涡虫（planaria）是一种比苹果种子还小的生物，虽然小，它却有一项令其他动物都羡慕的能力。如果把一条涡虫切成若干段，每一段都会重新生长成一条完整的涡虫。几乎所有其他动物都没有这种再生能力。而现在，研究人员找到了促成这种再生过程的细胞和一种的关键蛋白质。

 

Ricardo Zayas 是加州圣地亚哥州立大学的一名发育生物学家，尽管并没有参与到研究中，但他认为这项发现 “在相关领域是一项巨大的突破。”

 

 

早在几十年前，研究人员就已经知道帮助涡虫再生的是一组被称为 neoblast 的非特异性干细胞，但具体是哪一种 neoblast 细胞发挥作用却不得而知。发育生物学家 Alejandro Sánchez Alvarado 就职于密苏里州堪萨斯城 Stowers 医学研究所，他最近利用新技术分离了单个细胞并鉴定了其基因活性。 这让他和同事们得以将该类再生细胞缩小到 12 个候选类型内。其中，一种 neoblast 细胞表面有一种特殊的蛋白质，这种蛋白质与名为四跨膜蛋白（tetraspanin）的细胞表面分子很相似，而四跨膜蛋白被认为与人类癌症有关—— 它们会让肿瘤细胞发展到身体其他部位。

 

研究人员在涡虫四跨膜蛋白打上荧光标签，成功分离出这种被称为 neoblast 2 号亚型（Nb2）的细胞类型，以便进一步检测。 该研究小组 6 月 14 日在 Cell 报告中说，他们切割涡虫并观察伤口发展时发现 Nb2 细胞数量迅速增加。 这些细胞愈合了涡虫身上由于切割造成的伤口。 在另一个实验中，接受了致死量辐射的涡虫被注射单个 Nb2 细胞，这个 Nb2 细胞得以大量繁殖分化来拯救濒死涡虫。

 

Nb2 细胞是一种特殊类型的干细胞。 在其他生物体中，只有发育中的胚胎的第一批细胞（称为全能细胞）能够形成所有身体组织。 其后的生命中，人类和其他动物的干细胞就只能形成有限的细胞类型（称为多能细胞）或单一细胞类型。 Sánchez Alvarado 解释说： “涡虫用某种我们不知道的方式保留了能形成任何组织的全能细胞。”

图 | Neoblast 干细胞可分化为任何形式的组织（图源：Cell）

 

Sánchez Alvarado 及其同事发现涡虫的整个身体都有 Nb2 细胞。但只有在受伤的个体中 Nb2 细胞的基因活性才会增加并生成四跨膜蛋白。当研究人员将不包含四跨膜蛋白的副胚层注入濒死的涡虫体内时，涡虫并不会恢复，这样看来蛋白质才是关键所在。

 

目前尚不清楚为什么这种蛋白质如此重要，但看来似乎与细胞间通讯有关。 四跨膜蛋白能传播癌细胞，或许这也意味着它能让细胞达到涡虫需要修复的地方。

 

利用可以标记和分离 Nb2 细胞的抗体，Sánchez Alvarado 和其他人现在可以更详细地了解四跨膜蛋白如何工作的，以及到底是什么启动了细胞四跨膜蛋白的合成。其他人也正逐渐在再生的分子细节问题上取得进展。 上个月，MIT 的发育生物学家 Peter Reddien 在《科学》（Science）杂志上报道说，他的研究小组在涡虫再生时成功追踪了每个细胞中的基因活性。另一组研究人员也进行了类似的研究。

 

Reddien 渴望回到他的研究中，看看他的团队对所有细胞的全面了解是否也能用来识别 Nb2 细胞类型。 他说：“现在说将这些发现用于治疗，来重建人体部分还为时过早，但发现自然再生的机制是一个好的开始。”