鱼鳍和肢体的再生依赖于共享的细胞程序

美国 - 艾赫巴里通讯社

鱼鳍和肢体的再生依赖于共享的细胞程序

一项加深我们对生物再生理解的发现中，科学家们识别出了一种共同的细胞和基因“工具箱”，使某些脊椎动物能够再生失去的鱼鳍和肢体。这项发表在《自然·通讯》杂志上的研究，聚焦于塞内加尔比丘鱼、蝾螈（墨西哥钝口螈）和斑马鱼，展示了它们非凡的再生能力，为理解这一现象在动物界中的早期进化历史提供了关键见解。

塞内加尔比丘鱼（Polypterus senegalus）因保留了古老性状而被视为“活化石”，是再生研究的绝佳模式生物。该物种拥有在截肢后完全再生整个鱼鳍的非凡能力，这使其成为理解肢体再生起源的重要研究对象。由于它位于现代硬骨鱼类进化树的底部，比丘鱼为研究再生能力的古老发展提供了独特的视角。

由路易斯安那州立大学进化发育生物学家伊戈尔·施耐德领导的研究团队，调查了这些机制。他们通过比较，对截肢后的比丘鱼鳍伤口处的基因活动进行了细致追踪，并将这些数据与以肢体再生闻名的墨西哥钝口螈以及能够再生其鱼鳍骨质尖端的斑马鱼的类似新旧数据集进行了对比。这种比较方法旨在识别保守的细胞和分子过程。

研究揭示了免疫细胞在所有三种物种再生初期阶段的关键作用。受伤后，免疫细胞会迅速迁移到损伤部位。虽然它们的首要任务是抵抗潜在的细菌感染——即使在人类中也能观察到这种典型反应——但在比丘鱼和墨西哥钝口螈中，这些细胞会迅速改变功能。它们会主动抑制可能导致疤痕组织形成的炎症反应，从而促进更顺利的再生过程。

血供中断和氧气流动受阻是伤口愈合中的常见挑战。新数据显示了这些物种如何克服这一障碍。伤口内的多种细胞类型开始通过一种不依赖氧气的代谢途径产生能量。这种自主的能量生产为新细胞的增殖以及复杂再生过程所需的必需蛋白质和其他材料的合成提供了动力。

另一个令人惊讶的发现是，在鱼类覆盖伤口的皮肤细胞中出现了肌红蛋白——一种对肌肉中氧气储存至关重要的蛋白质。更令人意外的是，红细胞在比丘鱼和墨西哥钝口螈的截肢部位大量涌入，最终占到伤口部位所有细胞的20%。与鱼鳍或肢体健康组织中通常低于2%的比例相比，这是一个显著的增长。

与失去细胞核的成熟人类红细胞不同，比丘鱼和墨西哥钝口螈的红细胞都保留了细胞核。研究人员发现，在这些细胞核内，与调节免疫反应和监测截肢后氧气水平相关的基因的活性显著上调。施耐德博士认为，认为这些有核红细胞可能在向其他细胞提供“指导信号”，从而帮助协调再生过程，是“诱人的”。

与此同时，与肢体发育和DNA修复相关的基因被激活。此外，还出现了两类不同的修复细胞：一类位于再生结构基部附近，另一类位于尖端附近。这项研究的共同作者、发育生物学家菲·继峰（Ji-Feng Fei）表示，这种全面的协调是理解再生“如何被组织起来”的“一大步”。尽管这些物种在大约4亿年前就已经分化，但它们在再生方面共享许多共同特征，这强调了这种非凡生物能力的古老起源。

施耐德博士希望通过对能够再生尾巴但不能再生肢体的蜥蜴进行类似研究，进一步探索再生机制。他幽默地指出，电影中的蜘蛛侠反派，如果目标是肢体再生，也许使用蝾螈的DNA会更成功，除非他特别想再生一条尾巴。

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