Science发现了一种帮助鳉鱼再生鳍的关键成分

自发损伤，如肢体丧失或脊髓损伤，人类是不可能修复的。然而，一些动物在受伤后具有非凡的再生能力，这种反应需要精确的细胞事件序列。现在，来自斯托斯医学研究所的一项新研究揭示了一个关键的时间因素——特别是细胞对损伤积极反应的时间——与调节再生有关。

2024年9月20日发表在《科学》杂志上的一项最新研究试图确切地了解生物体是如何知道受伤后损失了多少组织的。在Stowers总裁兼首席科学官Alejandro Sánchez Alvarado博士的实验室中，由前博士前研究员Augusto Ortega Granillo博士领导的研究小组调查了非洲鳉鱼在受伤后如何正确地再生其尾鳍。通过分析再生过程中的组织动力学，他们发现，除了已知的因素，包括参与修复的细胞数量和位置，细胞参与修复过程的时间长度也是关键。

Sánchez Alvarado说:“再生的最大未解之谜之一是生物体如何知道受伤后失去了什么。”“从本质上讲，这项研究指出了再生方程式中的一个新变量。如果我们能够调节组织启动再生反应的速度和时间，这将有助于我们设计出可能激活并可能延长正常情况下不会这样做的组织的再生反应的疗法。”

在鳉鱼尾巴受伤后不久，剩下的组织需要知道发生了多大的损伤。然后，这个组织必须争取适当数量的修复细胞在适当的时间内到达损伤部位。损伤感知、修复细胞招募和定时必须以某种方式协同工作，才能使尾巴再生。

“如果一种可以再生四肢的动物，比如尾巴，只失去了一小部分，它怎么知道不是再生出一整条新尾巴，而是只再生出缺失的那部分?”为了解决这个问题，研究小组探测了鳉鱼尾鳍受伤的不同位置。

他们发现，受伤部位附近和远处未受伤部位的皮肤细胞都会启动一种基因程序，使整个动物为修复反应做好准备。然后，受伤部位的皮肤细胞维持这种反应，并暂时改变它们的状态来修饰周围的物质，称为细胞外基质。Ortega Granillo将这种基质比作海绵，它吸收来自受伤组织的分泌信号，然后引导修复细胞开始工作。如果信号没有被正确接收或解释，再生过程可能无法恢复尾巴的原始形状和大小。

Ortega Granillo说:“我们非常清楚地定义了何时何地——在损伤后24小时和细胞外基质中——瞬时细胞状态在鳍组织中起作用。”“知道何时何地观察，使我们能够进行基因破坏，并更好地了解这些细胞状态在再生过程中的功能。”

为了研究这些不同的细胞状态是否在修复过程中向细胞外基质(细胞周围的支持结构)传递信息，研究人员使用了CRISPR-Cas9基因编辑技术。他们特别针对一种已知的修饰细胞外基质的基因，因为他们已经观察到它在再生反应开始时的激活。通过破坏该基因的功能，研究小组旨在确定其在再生过程中将信息从细胞传递到基质中的作用。

“这些被改造过的动物不再知道损失了多少组织，它们仍然可以再生，但组织生长的速度不足。这告诉我们，通过改变细胞外空间，皮肤细胞告诉组织损失了多少以及它应该以多快的速度生长。”

事实上，这些转基因鳉鱼再生组织的速度和数量都有所增加，无论尾巴损伤是轻微还是严重。这一发现开启了细胞状态改变基质增加再生再生的可能性。如果细胞状态可以调整，这可能是刺激更强大的再生反应的一种方法。

从进化的角度来看，理解为什么某些生物擅长再生，而其他生物(如人类)的再生能力有限，是再生生物学领域的推动力。通过确定具有高再生能力的生物体的一般原理，研究人员的目标是潜在地将这些见解应用于增强人类的再生。这种比较方法不仅阐明了再生的进化方面，而且为再生医学开发新的治疗策略提供了希望。

“我们的目标是了解如何塑造和培养组织，对于那些受伤或器官衰竭的人来说，再生疗法可以恢复他们在生病或受伤后受损的功能。”