Cell：新研究发现蝾螈的再生能力竟与交感神经系统有关

一项新研究揭示了墨西哥蝾螈如何通过激活全身（而不限于损伤部位）的干细胞来再生肢体。这种全身性反应是由交感神经系统触发的。

说到再生能力，蝾螈一直令生物学家着迷。一些无脊椎动物（如涡虫）可以从组织碎片中再生出完整的躯体，但蝾螈是唯一能够再生完整肢体的脊椎动物。

蝾螈为什么具备这种能力？哈佛大学等机构的研究人员近日解开了部分谜团——它们激活全身的干细胞，而不仅仅是损伤部位的干细胞。

研究人员揭示了墨西哥蝾螈（axolotls）的这种全身性反应如何由交感神经系统触发，也就是著名的“战斗或逃跑”神经网络。

这项研究成果于10月24日发表在《Cell》杂志上，表明未来有可能利用这些机制来再生人类肢体和器官。

第一作者、哈佛大学干细胞与再生生物学系的Duygu Payzin-Dogru博士表示：“我们已经证明了肾上腺素这种应激信号激素在细胞再生准备过程中的重要性。由于人体中也存在肾上腺素，这意味着我们可以借鉴墨西哥蝾螈的再生机制。”

蝾螈常被用作肢体再生的模式生物。当肢体被切断时，蝾螈会萌发出再生芽（blastema），也就是包含前体细胞的团块。这些前体细胞会逐渐特化，形成新的肢体或尾巴。

一些研究人员推测，所有四足动物（包括两栖动物、鸟类和哺乳动物）的远古共同祖先都具备肢体再生的能力，但这种能力在大多数进化谱系中消失了，唯独蝾螈例外。

哈佛大学干细胞与再生生物学系的Jessica Whited副教授一直致力于墨西哥蝾螈的研究。此前，研究团队发现，截肢会引发全身细胞增殖，甚至在未损伤的肢体和器官中也是如此，但调控这种反应的具体机制仍不清楚。

研究人员此次发现，这种系统性反应是由肾上腺素能信号网络协调的。这种信号网络属于交感神经系统，在极度压力状态下也控制着心率、呼吸和血流等非自主反应。

干细胞及其他祖细胞的系统性激活会“预先激活”其他未受伤的肢体，使其更快地再生——这种能力可能有助于蝾螈在野外生存，因为它们经常因捕食者或同类相食而失去多条肢体。

研究人员发现，被激活的细胞会重新配置它们的DNA结构，让某些基因更容易被激活，从而为未来的再生做好准备。

“这种动物似乎在全身范围内形成了对损伤的短期记忆，”Payzin-Dogru说。“体内某种机制感知到损伤后会进入‘待命’模式，以便更快地做出反应。”

不过，这种预先激活的持续时间很短：研究人员发现，系统性激活仅持续了几个细胞周期，这可能是因为高代谢模式只能维持很短的时间。

通过进一步分析，他们发现α2Α-肾上腺素能受体协调远端的细胞激活反应，而β-肾上腺素能受体则负责调控局部再生反应。肾上腺素能信号传导还触发了肢体再生所必需的下游级联反应，例如激活促进细胞生长和分裂的mTOR信号通路。

两个世纪以来，科学家们已经知道神经支配是肢体再生的必要条件，但许多人认为这个过程与感觉神经或运动神经有关。“我很少听到有人提及交感神经，”Whited说。

到目前为止，许多生物学家仍认为肢体再生只是损伤部位的局部现象。但Whited指出，越来越多的证据表明，肢体再生应被视为全身性事件。

“这项新研究具有范式转变意义，”她谈道。“我认为这将激发大量后续研究，不仅要揭示墨西哥蝾螈的再生机制，还要探索其他系统的再生原理。”