科学家发现了帮助鳉鱼再生鳍片的关键成分

人类无法修复自发性损伤，例如肢体缺失或脊髓损伤。然而，有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，斯托尔斯医学研究所的新研究揭示了一个关键的时间因素，即细胞对损伤做出积极反应的时间长度，参与调节再生。

2024 年 9 月 20 日发表在iScience上的一项最新研究试图准确了解生物体如何知道受伤后失去了多少组织。在前博士前研究员 Augusto Ortega Granillo 博士的带领下，该团队在 Stowers 总裁兼首席科学官 Alejandro Sánchez Alvarado 博士的实验室中研究了非洲鳉鱼在受伤后如何正确地重新长出尾鳍。

通过分析再生过程中的组织动态，他们发现，除了已知因素(包括有多少细胞参与以及它们位于何处)之外，细胞参与修复过程的时间长度也是关键。

“再生领域最大的未解之谜之一是生物体如何知道受伤后失去了什么，”桑切斯·阿尔瓦拉多说。“从本质上讲，这项研究指出了再生方程中的一个新变量。如果我们能够调节组织启动再生反应的速度和时间长度，这可以帮助我们设计出可以激活甚至延长正常情况下不会这样做的组织再生反应的疗法。”

鳉鱼尾部受伤后不久，剩余的组织需要知道损伤程度。然后，该组织必须在适当的时间内招募适当数量的修复细胞到受伤部位。损伤感知、修复细胞募集和时间安排必须以某种方式共同作用才能使尾巴再生。

桑切斯·阿尔瓦拉多说：“如果一种动物能够再生肢体，比如尾巴，但却失去了一小部分，它怎么知道不是要再生一条新尾巴，而是只再生缺失的部分呢?”为了解决这个问题，研究小组对鳉鱼尾鳍的不同受伤位置进行了探索。

他们发现，受伤部位附近的皮肤细胞和远处未受伤部位的皮肤细胞都会启动一个基因程序，使整个动物做好修复反应的准备。然后，受伤部位的皮肤细胞会维持这种反应，并暂时改变其状态，以修改周围的物质，即细胞外基质。

Ortega Granillo 将此基质比作海绵，它吸收受伤组织分泌的信号，然后引导修复细胞开始工作。如果信号没有被接收或没有被正确解读，再生过程可能无法恢复尾巴的原始形状和大小。

Ortega Granillo 表示：“我们非常清楚地确定了瞬时细胞状态在何时何地(受伤后 24 小时和细胞外基质中)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，研究人员采用了 CRISPR-Cas9 基因编辑技术。他们专门针对一种已知可以修改细胞外基质的基因，因为他们观察到该基因在再生反应开始时被激活。

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从细胞向基质传递信息的作用。

“这些经过基因改造的动物不再知道损失了多少组织，”奥尔特加·格拉尼洛说。“它们仍然能够再生，但组织生长速度不够快。这告诉我们，通过改变细胞外空间，皮肤细胞可以告知组织损失了多少以及应该以多快的速度生长。”

事实上，无论尾部损伤是轻是重，这些转基因鳉鱼的组织再生速度和数量都有所增加。这一发现表明，改变基质的细胞状态可能会增加再生性再生。如果可以调整细胞状态，这可能是刺激更强劲再生反应的一种方法。

从进化的角度来看，了解为什么某些生物体擅长再生，而其他生物体(例如人类)的再生能力有限是再生生物学领域的驱动力。通过确定具有高再生能力的生物体的一般原理，研究人员旨在将这些见解应用于增强人类的再生能力。

这种比较方法不仅揭示了再生的进化方面，而且为开发再生医学的新治疗策略带来了希望。

“我们的目标是了解如何塑造和生长组织，”Ortega Granillo 说道。“对于遭受伤害或器官衰竭的人来说，再生疗法可以恢复患病或受伤后受损的功能。”