《西游記》里的孫悟空真是厲害，頭砍掉了立馬又冒出一個(gè)來。其實(shí)，有一類叫渦蟲的動(dòng)物，跟孫大圣的本領(lǐng)也不相上下——頭切掉能新長個(gè)頭出來，尾巴切掉重新長尾巴，就算將它粉身碎骨成279塊，每一塊都還能長出完整個(gè)體。
渦蟲之所以具有如此強(qiáng)大的再生能力，主要原因是其體內(nèi)有一種類似于人類干細(xì)胞的細(xì)胞，而且這種細(xì)胞占渦蟲細(xì)胞總數(shù)的25%。渦蟲具有幾乎無限的再生能力，在未受損傷的情況下，它能保持自己身體健康而不會(huì)死亡。這使得它成為科學(xué)家開展再生研究的一個(gè)非常難得的模型。
近年來，一系列渦蟲相關(guān)的研究工具被陸續(xù)開發(fā)出來，同時(shí)國際上多個(gè)頂級(jí)科研單位均建立了以渦蟲為模式生物的實(shí)驗(yàn)室。相關(guān)成果也已登上《自然》、《科學(xué)》等國際權(quán)威雜志。中國科學(xué)家也已從渦蟲中發(fā)現(xiàn)了近50個(gè)參與到再生過程中的基因。
殘?bào)w再生、長生不老，是人類自遠(yuǎn)古以來的愿望。或許找到這一門徑的鑰匙，就在渦蟲身上。
驚人無限的再生能力
渦蟲能在一周內(nèi)，重新長出切割掉的肌肉、皮膚、腸道、生殖系統(tǒng)，甚至整個(gè)大腦。而在適宜的生長條件下且未受到損傷的情況下，它能一直保持自身健康而不會(huì)死亡。
渦蟲是渦蟲綱動(dòng)物的總稱，是扁形動(dòng)物門中營自由生活（不需要寄生在其它生物體內(nèi)）的一類。它的進(jìn)化地位并不怎么高級(jí)，介于水螅（腔腸動(dòng)物門）和蚯蚓（環(huán)節(jié)動(dòng)物門）之間。
渦蟲的體表一般具有纖毛，并有典型的皮膚肌肉囊，以強(qiáng)化運(yùn)動(dòng)機(jī)能，表皮中的桿狀體有利于捕食和防御敵害。
它的感覺器官和神經(jīng)系統(tǒng)一般比較發(fā)達(dá)，能對(duì)外界環(huán)境如光線、水流及食物等迅速發(fā)生反應(yīng)。感覺器官包括眼、耳突等等。自由生活渦蟲的體表特別是耳突處分布有豐富的觸覺感受器、化學(xué)感受器及水流感受器，它們分別感受觸覺、化學(xué)及水流的刺激。
渦蟲具有2條發(fā)達(dá)的腹神經(jīng)索，與“腦”形成了原始的中樞神經(jīng)系統(tǒng)。渦蟲類具有消化系統(tǒng)，有口無肛門，三角渦蟲消化管分為3支（一支向前2支向后）。渦蟲通過體表從水中獲得氧，并將二氧化碳排至水中。原始的排泄系統(tǒng)為具焰細(xì)胞的原腎管系統(tǒng)，具有滲透調(diào)節(jié)和排泄作用。生殖方式上，渦蟲是雌雄同體，異體交配。
最令科學(xué)家驚奇的是，這種廣泛生活在潔凈水質(zhì)的池塘和溪流中的扁形動(dòng)物門生物具有近于無限的再生能力，再生過程也非常迅速——渦蟲能在一周內(nèi)，重新長出切割掉的肌肉、皮膚、腸道、生殖系統(tǒng)，甚至整個(gè)大腦。而在適宜的生長條件下且未受到損傷的情況下，它能一直保持自己身體健康而不會(huì)死亡——這簡直就是傳說中的長生不老。
渦蟲具備這種超級(jí)再生能力的主要原因是其體內(nèi)有一種類似于人類干細(xì)胞的細(xì)胞。這種細(xì)胞占渦蟲細(xì)胞總數(shù)的25%，一旦渦蟲受到損傷，這些細(xì)胞可以增殖，進(jìn)而分化成為渦蟲體內(nèi)大約40余種類型的細(xì)胞，再生出有功能的全新的組織、器官直至一個(gè)完整的渦蟲。
這種驚人的再生能力，使渦蟲成為再生醫(yī)學(xué)研究模式生物的不二之選。
物種間最基本的生物學(xué)過程都是高度保守的。由于進(jìn)化的原因，細(xì)胞生命在發(fā)育的基本模式方面具有相當(dāng)大的同一性，所以利用位于生物復(fù)雜性階梯較低級(jí)位置上的物種來研究發(fā)育共通規(guī)律是可能的。因?yàn)閷?duì)這些生物的研究具有幫助我們理解生命世界一般規(guī)律的意義，所以它們被稱為“模式生物”。在遺傳與發(fā)育生物學(xué)常見的模式生物有線蟲、果蠅、非洲爪蟾、蠑螈、小鼠等。
因此，在實(shí)驗(yàn)室里，模式生物通常代替人類接受疾病機(jī)理、藥物篩選等一系列實(shí)驗(yàn)和研究。正是得益于對(duì)不同生物的研究，才使得人類在生物和醫(yī)學(xué)領(lǐng)域不斷取得新的突破。
人們最為耳熟能詳?shù)哪Ｊ缴锬^于小白鼠。小鼠來源于野生鼷鼠，從17世紀(jì)開始用于解剖學(xué)研究及動(dòng)物實(shí)驗(yàn)，經(jīng)長期人工飼養(yǎng)選擇培育，已育成多達(dá)千余個(gè)獨(dú)立的遠(yuǎn)交群和近交系。由于小鼠繁殖快，飼養(yǎng)管理費(fèi)用低，并且遺傳物質(zhì)與人類具有高度的保守性，所以成為生物醫(yī)學(xué)研究中廣泛使用的模式生物，也是當(dāng)今世界上研究最詳盡的哺乳類實(shí)驗(yàn)動(dòng)物。目前全世界每天約有2500萬只小鼠被用于生物醫(yī)學(xué)研究。迄今為止，至少有30項(xiàng)諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)?lì)C發(fā)給了以小鼠作為模式生物研究的科學(xué)家。
從生命科學(xué)發(fā)展歷史來看，重大生物學(xué)現(xiàn)象和規(guī)律的發(fā)現(xiàn)都是從選擇一種合適的模式生物開始的，早在150多年前，在奧地利布隆城的一所修道院中，孟德爾開始了他的豌豆雜交試驗(yàn)，在苦心經(jīng)營8年之后，孟德爾發(fā)表了他的研究論文，并提出了遺傳學(xué)中兩個(gè)至關(guān)重要的遺傳定律——分離定律和自由組合定律，現(xiàn)在統(tǒng)稱為孟德爾定律。除了夜以繼日的努力工作以及天才般的思考方式，孟德爾獲得成功的一個(gè)極其重要的因素是他選擇了合適的模式生物——豌豆。
在豌豆實(shí)驗(yàn)之后，遺傳學(xué)中另一位舉足輕重的科學(xué)家摩爾根選擇了黑腹果蠅作為模式生物進(jìn)行研究。他不僅僅發(fā)現(xiàn)了染色體在遺傳中的作用，更重要的是創(chuàng)造了果蠅這一優(yōu)秀的遺傳學(xué)模式生物。摩爾根與其弟子米勒均因果蠅遺傳學(xué)研究獲得了諾貝爾獎(jiǎng)。
實(shí)際上，早在19世紀(jì)末，摩爾根在專注于果蠅研究之前，渦蟲就進(jìn)入了他的視野。他之所以對(duì)渦蟲感興趣，就是因?yàn)樗哂袠O其強(qiáng)大的再生能力。
生物體的整體或器官因創(chuàng)傷而發(fā)生部分丟失，在剩余部分的基礎(chǔ)上又生長出與丟失部分在形態(tài)和功能上相同的結(jié)構(gòu)，這一系列復(fù)雜的生物學(xué)過程稱為再生。
在再生的研究歷史上有著各種各樣的模式生物，水螅、海星、蝸牛以及蜥蜴、娃娃魚等都具有一定的再生能力，然而在渦蟲面前，這些模式生物的再生能力只能用“小巫見大巫”來形容——摩爾根發(fā)現(xiàn)將渦蟲切割到身體大小的279分之一時(shí)，渦蟲仍具有再生能力，可以重新再生出一個(gè)完整的個(gè)體。這種超強(qiáng)的再生能力在自然界是無與倫比的。
在細(xì)致的研究的基礎(chǔ)上，摩爾根發(fā)表了數(shù)十篇論文介紹渦蟲的再生現(xiàn)象。但是由于技術(shù)手段的限制，渦蟲再生機(jī)制的研究進(jìn)展非常緩慢。近年來隨著渦蟲整體原位雜交技術(shù)和RNAi敲低基因技術(shù)的出現(xiàn)，及地中海渦蟲基因組測(cè)序的完成，使得渦蟲再生機(jī)制的研究走向具體化和系統(tǒng)化。
如今，科學(xué)家們則迫切地希望通過分析渦蟲替換衰老的或者受損的組織和細(xì)胞的能力，來幫助理解再生和長壽的奧秘。相信在全球眾多科研工作者的共同努力下，人類必能解開渦蟲再生的秘密，進(jìn)一步對(duì)人體組織甚至器官的再生提供指導(dǎo)作用。而渦蟲也有可能在諾貝爾獎(jiǎng)牌榜上留名。
研究組織再生的理想模型
渦蟲具備超級(jí)再生能力的主要原因，是其體內(nèi)有一種類似于人類干細(xì)胞的細(xì)胞。而在人類體內(nèi)雖然也存在著干細(xì)胞，卻沒有辦法像渦蟲一樣再生出受傷、缺失的器官。這就是渦蟲的再生能力吸引無數(shù)生物學(xué)家注意的主要原因。
近十幾年，干細(xì)胞研究迅速崛起，再生醫(yī)學(xué)研究不斷升溫，成為當(dāng)今生物和醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的熱點(diǎn)和前沿。科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，在人類體內(nèi)也存在著干細(xì)胞，然而卻沒有辦法像渦蟲一樣再生出受傷、缺失的器官。
由于已有模式生物普遍缺乏比較強(qiáng)大的再生能力，發(fā)展新的用于研究干細(xì)胞調(diào)控機(jī)制及再生機(jī)理的模式生物就成為迫切需求，于是淡水渦蟲再次吸引了科學(xué)家的注意。科研人員希望利用渦蟲這種相對(duì)簡單的動(dòng)物作為一把“鑰匙”，試圖打開人類干細(xì)胞寶庫的大門，調(diào)動(dòng)人體內(nèi)的干細(xì)胞資源，為人類健康事業(yè)作一份貢獻(xiàn)。
過去一個(gè)世紀(jì)，渦蟲的再生能力盡管吸引了無數(shù)生物學(xué)家的注意，但是由于分子生物學(xué)和細(xì)胞生物學(xué)工具的缺乏，學(xué)術(shù)界對(duì)其再生的機(jī)理知之甚少。10年前，美國卡耐基研究所的桑切斯及其同事成功建立了淡水渦蟲的一種——地中海渦蟲的單克隆品系，結(jié)合當(dāng)時(shí)發(fā)現(xiàn)的dsRNA介導(dǎo)的基因沉默技術(shù)，使得渦蟲領(lǐng)域重新煥發(fā)生機(jī)。
就在這十年間，國際上多個(gè)頂級(jí)科研單位均建立了以渦蟲為模式生物的科研實(shí)驗(yàn)室，例如美國Stowers研究所、Whitehead研究所、伊利諾伊大學(xué)香檳分校等。日本、英國、德國、印度等國家研究組也開展了渦蟲的再生研究。中國國內(nèi)則有中科院上海生科院健康所、清華大學(xué)、鄭州大學(xué)、山東理工大學(xué)等多個(gè)院所，也都開始開展與渦蟲相關(guān)的研究。
近年來，一系列渦蟲相關(guān)的研究工具被陸續(xù)開發(fā)出來：例如轉(zhuǎn)錄組、基因組測(cè)序工作的陸續(xù)開展，生物信息學(xué)平臺(tái)不斷完善，為渦蟲作為模式生物奠定了基礎(chǔ)；雙鏈RNA介導(dǎo)的基因沉默方法可以敲低渦蟲中任何一個(gè)基因來探索缺失這些基因后對(duì)組織再生過程的影響；免疫熒光、原位雜交等技術(shù)則可以用來將渦蟲成體干細(xì)胞與其它終末分化細(xì)胞在體內(nèi)進(jìn)行區(qū)分；而流式細(xì)胞分選技術(shù)則可以將渦蟲成體干細(xì)胞純化出來進(jìn)行體外的研究。借助這些工具，以渦蟲為模型研究再生的機(jī)制在短短的十年間取得了令人矚目的進(jìn)展。
作為科學(xué)研究的模式動(dòng)物，除了具有超強(qiáng)的再生能力，渦蟲還具有許多其他模式生物難以望其項(xiàng)背的優(yōu)點(diǎn)。
首先，相對(duì)于其他用于再生研究的模式生物，渦蟲再生能力強(qiáng)、周期短。實(shí)驗(yàn)室使用的渦蟲大小在0.5~2厘米之間，即使最小的渦蟲切成3段仍可以完成再生。通常，從切割到再生完成只需要一個(gè)星期左右，這大大縮短了實(shí)驗(yàn)周期，可以在短時(shí)間內(nèi)得到實(shí)驗(yàn)結(jié)果，為科研工作者節(jié)省了大量的等待時(shí)間。
第二，實(shí)驗(yàn)室用渦蟲容易大規(guī)模飼養(yǎng)繁殖。實(shí)驗(yàn)使用的渦蟲通常飼養(yǎng)在塑料飯盒內(nèi)，一個(gè)1L的塑料飯盒可以飼養(yǎng)大約100~200只渦蟲，而一個(gè)2平方米的飼養(yǎng)架大約可以飼養(yǎng)200缸渦蟲。這就允許科研人員即使在有限的空間里也可以有足夠多的渦蟲供實(shí)驗(yàn)使用，方便進(jìn)行大規(guī)模的篩選試驗(yàn)，從大量功能未知的基因中尋找原創(chuàng)性的、新穎的影響渦蟲再生的基因。
第三，渦蟲中被稱為Neoblast的成體干細(xì)胞數(shù)量豐富。據(jù)文獻(xiàn)報(bào)道，有增殖能力的干細(xì)胞占到渦蟲蟲體細(xì)胞的25%。由于這些干細(xì)胞的數(shù)目龐大，研究過程中容易利用生物化學(xué)的方法進(jìn)行顯示，并且這個(gè)基數(shù)上的變化（比如干細(xì)胞類群數(shù)目增加或減少）比較容易觀察、統(tǒng)計(jì)，這對(duì)于科學(xué)研究提供了極大的便利。
第四，渦蟲是最簡單的具有三胚層分化的模式生物，其大部分基因和高等生物高度保守，并且具有較低的冗余性。科學(xué)研究表明，渦蟲的基因超過80%和人類同源，渦蟲干細(xì)胞在損傷后早期的反應(yīng)與人類等高等生物，也有驚人的相似。在渦蟲中發(fā)現(xiàn)的再生機(jī)制，極有可能與高等生物中的機(jī)制是相似的，理解這些基因的功能有利于理解高等生物成體干細(xì)胞在再生中的調(diào)節(jié)方式，進(jìn)而指導(dǎo)科研人員操作高等生物中的干細(xì)胞。
最后，目前渦蟲系統(tǒng)的分子生物學(xué)手段比較健全，已具備特異的分子標(biāo)志便于科研人員識(shí)別鑒定，遺傳操作簡單，研究基因表達(dá)和功能的方法技術(shù)日趨完善，這些特點(diǎn)都允許科研人員方便地進(jìn)行在體的多能性研究，減少對(duì)離體的細(xì)胞培養(yǎng)系統(tǒng)的依賴。
科研人員研究再生使用的渦蟲屬于渦蟲綱中三腸目。目前使用的渦蟲主要有兩種，分別是歐美國家普遍使用的地中海渦蟲和東亞三角渦蟲。
養(yǎng)在實(shí)驗(yàn)室里的渦蟲，還挺嬌貴——它要住在常年恒溫的渦蟲房中，水溫保持17~21度之間；它所用的水，必須用無菌的純水配制成含有一定濃度的鈉鉀鈣鎂等離子的鹽溶液；它的食物更是美味考究，每天喂食的是勻漿過的新鮮小牛肝，或煮熟的雞蛋蛋黃和搖蚊幼蟲。
20年間令人矚目的研究進(jìn)展
渦蟲真的是完全地再生嗎？再生出來的組織和原來的組織完全一樣嗎？在再生過程中它怎么知道哪個(gè)地方要長頭，哪個(gè)地方要長尾巴？這么強(qiáng)的再生能力，難道再生中不會(huì)出錯(cuò)嗎？它會(huì)長腫瘤嗎？人能不能像渦蟲那樣再生呢？……如此多的疑問，使全球科學(xué)家們的興趣不斷發(fā)酵，并直接推動(dòng)了渦蟲再生相關(guān)研究的飛速發(fā)展。
科學(xué)研究表明，渦蟲的基因超過80%和人類同源，渦蟲干細(xì)胞在損傷后早期的反應(yīng)與人類等高等生物，也有驚人的相似。近年來，越來越多的基因及信號(hào)通路被發(fā)現(xiàn)在組織再生中具有重要的功能，科學(xué)家正在嘗試操縱高等生物中類似的基因來研究其是否同樣具有相似的功能。理解渦蟲基因如何協(xié)作調(diào)控再生，或許將有利于我們尋找人體器官再生、延緩衰老過程的方法。
渦蟲再生的秘密在于它體內(nèi)存在一群豐富的干細(xì)胞，能夠通過不斷的自我復(fù)制，產(chǎn)生與自己類似的細(xì)胞，并且在需要的時(shí)候能變成其他任何類型的細(xì)胞。其實(shí)，人體也存在類似的細(xì)胞，但與渦蟲不同的是，人類只有少數(shù)器官具有非常有限的修復(fù)能力，并且這種能力隨著年齡的增加而削弱。科學(xué)家希望通過分析渦蟲利用這些細(xì)胞修復(fù)衰老的或者受損的組織和細(xì)胞的能力，來尋找治療因意外傷害而導(dǎo)致的身體缺陷或者老年性疾病的方法。
科學(xué)家的最終目標(biāo)是想通過操作人類身體內(nèi)源存在的干細(xì)胞，來修復(fù)受傷或者衰老的組織，進(jìn)而解決許多長期困擾人類健康的難題——這樣可能比外部注射干細(xì)胞要更安全、更有效。這些難題包括意外性組織損傷或缺失、神經(jīng)退行性疾病、癌癥，以及先天性疾病等。
為此，早在上世紀(jì)末，一群癡迷于再生的科學(xué)家，對(duì)渦蟲進(jìn)行了大量研究，直接推動(dòng)了相關(guān)研究的飛速前進(jìn)。
渦蟲真的是完全地再生嗎？再生出來的組織和原來的組織是完全的一樣嗎？在再生過程中它怎么知道哪個(gè)地方要長頭，哪個(gè)地方要長尾巴？這么強(qiáng)的再生能力，難道再生中不會(huì)出錯(cuò)嗎？它會(huì)長腫瘤嗎？人能不能像渦蟲那樣再生呢？……
日本的Kiyokazu
Agata教授，使用日本三角渦蟲為模型，著眼于渦蟲大腦的再生過程，并率先通過芯片和表達(dá)譜篩選的方法鑒定出了幾十個(gè)在渦蟲腦部特異性表達(dá)的基因。他首次發(fā)現(xiàn)，Nou-darake這個(gè)基因能夠控制渦蟲腦再生，敲低這個(gè)基因，渦蟲會(huì)出現(xiàn)渾身長腦的表型。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，Nou-darake特異性地表達(dá)在渦蟲的腦部，并且發(fā)現(xiàn)Nou-darake是通過抑制FGF信號(hào)通路來限制渦蟲大腦只能長在渦蟲的頭部。這是首次、并且是迄今唯一一次，在國際權(quán)威雜志《自然》上發(fā)表的與渦蟲相關(guān)的工作。
當(dāng)然，Kiyokazu
Agata教授對(duì)渦蟲再生研究的貢獻(xiàn)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不止這些。他第一次發(fā)明了渦蟲特異的流式細(xì)胞技術(shù)，專門用來分選渦蟲的成體干細(xì)胞。還首次鑒定出渦蟲神經(jīng)系統(tǒng)中起重要作用的6種神經(jīng)元及它們相應(yīng)的分子標(biāo)記。
與Kiyokazu Agata教授同一時(shí)期的Alejandro
S?hezAlvarado教授，同樣對(duì)渦蟲再生的研究起著重要的推動(dòng)作用。他推動(dòng)的地中海渦蟲全基因組測(cè)序項(xiàng)目，使得渦蟲再生的研究更加系統(tǒng)化，并把渦蟲再生研究帶進(jìn)了研究再生分子機(jī)制的新時(shí)代。
這位教授第一次將雙鏈RNA喂食敲低基因的方法引入到渦蟲領(lǐng)域，使得渦蟲再生機(jī)制的研究進(jìn)入了一個(gè)更深的層次。他首次大規(guī)模地篩選了1200多個(gè)在其它物種中高度保守的基因，發(fā)現(xiàn)其中243個(gè)基因?qū)u蟲的再生或穩(wěn)態(tài)的維持有重要的作用。這一結(jié)果無疑對(duì)后來再生機(jī)制的研究有重要的鋪墊和提示作用。
此外，他還通過基因芯片技術(shù)，率先篩選出了一批干細(xì)胞特異表達(dá)并且對(duì)渦蟲再生有重要作用的基因，并首次提出了渦蟲成體干細(xì)胞譜系假說。他于2012年在國際著名雜志《科學(xué)》上發(fā)表文章，發(fā)現(xiàn)渦蟲成體干細(xì)胞分裂過程中無中心體的形成，并且通過生物信息學(xué)的方法分析，發(fā)現(xiàn)中心體組分家族基因在渦蟲中缺失。
PhilNewmark教授開展渦蟲相關(guān)的研究稍晚一些，他的主要研究方向在渦蟲生殖系統(tǒng)再生方面。他通過對(duì)有性和無性兩種品系cDNA文庫的比較，發(fā)現(xiàn)了一批在有性渦蟲中特異表達(dá)的基因。他的發(fā)現(xiàn)對(duì)高等生物生殖系統(tǒng)發(fā)育調(diào)控有重要的指導(dǎo)作用。同時(shí)他們實(shí)驗(yàn)室的另一個(gè)方向是關(guān)注渦蟲神經(jīng)系統(tǒng)的發(fā)育，他們通過質(zhì)譜分析的方法發(fā)現(xiàn)渦蟲中存在許多神經(jīng)肽，為后續(xù)使用渦蟲研究神經(jīng)退行性疾病作了很好的鋪墊。
近些年在渦蟲再生領(lǐng)域很活躍的另一位科學(xué)家PeterReddien教授,在渦蟲再生研究中有不可磨滅的貢獻(xiàn)，他發(fā)現(xiàn)了是什么讓渦蟲能夠“頭缺長頭，尾缺生尾”，以及渦蟲的成體干細(xì)胞中存在一類具有全能性的細(xì)胞，能夠產(chǎn)生渦蟲再生所需的所有類型的細(xì)胞。他還發(fā)現(xiàn)了調(diào)控渦蟲眼睛再生的關(guān)鍵基因。他的工作多次發(fā)表在《科學(xué)》上。
中國科學(xué)家對(duì)渦蟲的研究開始得比較早，但社會(huì)關(guān)注不足，進(jìn)展不是很快。早期的工作主要還是集中在生物學(xué)的分類研究方面。近年來，中國科學(xué)院上海生命科學(xué)研究院/上海交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院健康科學(xué)研究所荊清研究員及清華大學(xué)吳畏教授等人率先在國內(nèi)展開相關(guān)工作，并且已經(jīng)有了一定的科研成果。
例如，荊清研究員的科研團(tuán)隊(duì)經(jīng)過7年多努力，從一個(gè)培養(yǎng)皿中的十幾只渦蟲養(yǎng)起，到現(xiàn)在已經(jīng)擁有一個(gè)現(xiàn)代化的渦蟲房，培養(yǎng)了數(shù)萬只渦蟲。他們成功克隆并篩選了近千個(gè)基因，制備了十余個(gè)渦蟲特異性抗體，自主設(shè)計(jì)并完成基因芯片，建立了染色質(zhì)免疫沉淀等技術(shù)手段，逐步完善了實(shí)驗(yàn)體系。在此基礎(chǔ)上，他們探索到了不少微小RNA信號(hào)通路和染色質(zhì)調(diào)控因子在組織再生中的功能。
從2008年起，他們開始關(guān)注再生過程中調(diào)控基因在特定時(shí)間、位置表達(dá)的過程，這當(dāng)時(shí)在世界上還少有人關(guān)注。組織器官的再生過程包括傷口愈合、細(xì)胞遷移、細(xì)胞增殖、細(xì)胞分化、細(xì)胞交流及形態(tài)建成等一系列復(fù)雜的生物學(xué)過程，再生得以正常進(jìn)行需要細(xì)胞內(nèi)的基因在受到損傷等刺激后，能夠按照再生的需要在特定的時(shí)間和特定的位置表達(dá)。微小RNA在基因轉(zhuǎn)錄后水平的調(diào)控以及染色質(zhì)調(diào)控因子在基因轉(zhuǎn)錄水平上的調(diào)控，這兩點(diǎn)是調(diào)節(jié)基因表達(dá)的時(shí)間和空間的重要因素。
首先，荊清團(tuán)隊(duì)通過敲低微小RNA信號(hào)通路的重要蛋白來解析其在組織再生中的功能，揭示了微小RNA在成體干細(xì)胞增殖及再生過程中的重要作用。緊接著，他們對(duì)染色質(zhì)調(diào)控因子在渦蟲組織再生中的功能進(jìn)行了探索，系統(tǒng)性地鑒定了渦蟲再生相關(guān)的關(guān)鍵染色質(zhì)因子。通過渦蟲基因系列比對(duì)分析，他們鑒定了210個(gè)潛在的染色質(zhì)蛋白編碼基因，其中205個(gè)基因被成功克隆，而12個(gè)基因的敲低明顯抑制了再生。
有趣的是，他們發(fā)現(xiàn)的許多再生基因在渦蟲中的功能，與其在哺乳動(dòng)物干細(xì)胞中的角色非常類似。通過整合篩選獲得的結(jié)果，他們構(gòu)建了一個(gè)渦蟲成體干細(xì)胞內(nèi)的表觀調(diào)控網(wǎng)路，更重要的是，這些重要的染色質(zhì)調(diào)節(jié)復(fù)合體都參與了哺乳動(dòng)物干細(xì)胞的調(diào)控，這提示渦蟲的成體干細(xì)胞使用了與高等哺乳動(dòng)物干細(xì)胞高度保守的染色質(zhì)調(diào)控機(jī)制，這些結(jié)果對(duì)于高等生物的干細(xì)胞研究有著借鑒意義。
鏈接 常見的模式生物
細(xì)數(shù)歷年的諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)，以線蟲、果蠅、非洲爪蟾蜍和小鼠為模式生物的相關(guān)研究分別有3項(xiàng)、5項(xiàng)、13項(xiàng)和30項(xiàng)。這些模式生物對(duì)于人類理解生物和醫(yī)學(xué)的基本規(guī)律做出了不可替代的貢獻(xiàn)。
關(guān)于組織為何以及如何再生的問題，一直以來吸引著無數(shù)的生物學(xué)家、生物醫(yī)學(xué)工程師以及臨床醫(yī)生。再生能力在同一生物的不同器官特別是不同生物之間存在著巨大的差異，不同的生物之間也利用不同的再生策略來完成再生過程。表一列舉了目前生物學(xué)研究中常用的具有完全或部分再生能力的模式生物。(見下表)
在無脊椎動(dòng)物中再生能力比較強(qiáng)大的動(dòng)物有水螅和渦蟲兩種，其中水螅的再生實(shí)際上是其出芽生殖方式的一種。
目前脊椎動(dòng)物再生研究比較集中于兩類：斑馬魚及兩棲動(dòng)物（分為有尾目和無尾目）。斑馬魚的再生研究主要集中于兩個(gè)方面：魚鰭和心臟。當(dāng)斑馬魚魚鰭受傷時(shí)，傷口周圍的上皮細(xì)胞可以遷移到傷口處，形成傷口上皮，隨后未受傷組織細(xì)胞“無序化”，間充質(zhì)內(nèi)的細(xì)胞進(jìn)行增值，經(jīng)歷12～48小時(shí)后最終形成一個(gè)芽基，隨后芽基繼續(xù)生長并進(jìn)一步分化來重建缺失的組織。而斑馬魚心臟受傷后，普遍認(rèn)為是啟動(dòng)了心肌細(xì)胞的去分化，隨即這些去分化形成的前體細(xì)胞增殖分化來彌補(bǔ)受傷的部分。兩棲動(dòng)物中的再生現(xiàn)象比較普遍，有尾目中的動(dòng)物像蜥蜴、蠑螈等，它們的尾巴、四肢受到損傷時(shí)可以類似于斑馬魚魚鰭受傷一樣首先形成傷口上皮、芽基，隨后通過芽基內(nèi)細(xì)胞的增殖分化來重建缺失的身體。無尾目的青蛙、蟾蜍的再生研究主要集中于蝌蚪形態(tài)時(shí)的尾巴和四肢，而機(jī)制也不盡相同。
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