新研究揭示了微调维甲酸（也叫视黄酸）代谢如何使蝾螈再生复杂的肢体，为再生医学开辟了新的可能性。
在Nature Communications杂志最近发表的一项研究中，美国研究人员探索了细胞色素P450家族26个亚家族B成员1（CYP26B1）介导的维甲酸（RA）分解如何在蝾螈肢体再生期间调节近端（PD）特性。
该研究还解决了再生过程中如何建立RA梯度以及这些机制如何转化为再生医学的未来应用等尚未解决的问题。
背景
想象一下，失去一条肢体，看着它一根接一根地、一个接一个地完美地长回来。虽然这听起来像是人类的科幻小说，但axolotls（墨西哥蝾螈，白化变种）经常这样做。他们以惊人的精度再生肢体，将正确的节段从肩部（柱脚）恢复到手部（自动脚架）。这种能力取决于胚芽，胚芽是一簇“记住”其原始位置的干细胞。RA影响这种记忆，但在再生过程中其水平是如何控制的尚不清楚。了解这些控制可以改变再生医学。需要进一步研究来破译指导位置一致性的分子机制。作者还注意到，虽然RA在位置识别中的重要性已经确定，但RA合成是沿肢体轴分级的还是均匀的，而是由局部退化控制的，这仍然是一个悬而未决的问题。
关于研究
该研究使用截肢近端（PD）水平的轴索动物，包括上柱足（US）、下柱足（LS）、上角足（UZ）和自动足（A），来研究RA信号。采用定量逆转录聚合酶链反应（qRT-PCR）、杂交链反应荧光原位杂交（HCR-FISH）和单细胞核糖核酸测序（scRNA-seq）评估基因表达。参与RA合成的酶和基因，包括视网膜醛脱氢酶1（RALDH1）、RALDH2和RALDH3，RA降解，如CYP26A1和CYP26B1，RA反应，包括维甲酸受体α（RARA）和维甲酸受体γ（RARG），在近胚芽（PB）和远胚芽（DB）上进行了分析。
为了控制RA水平，动物接受了浓度为0.1μM、1μM和5μM的CYP26酶抑制剂塔拉唑（TAL，也称为R115866）治疗。使用RA反应元件：增强型绿色荧光蛋白（RARE:EGFP）报告动物测量RA活性。在一些实验中，TAL与泛RALDH抑制剂二硫仑（DIS）或泛维甲酸受体（RAR）拮抗剂AGN 193109（RAA）结合。评估模式基因Meis同源框1和2（Meis1，Meis2）、同源框A簇基因（Hoxa9，Hoxa11，Hoxa13）和矮小同源框（Shox，Shox2）的表达。使用簇状规则间隔短回文重复序列/CRISPR-associated protein 9（CRISPR/Cas9）生成Shox基因敲除动物（Shox-/-）来评估其功能作用。
研究结果
研究证实RA信号在PD轴上发生变化，PB中的水平高于DB。CYP26B1在DBs间质中的表达显著增高。相反，Meis1和Meis2是与近端同源性相关的RA反应基因，在PB中富集。Hoxa13在DBs中高度表达。这些表达模式与肢体片段位置相匹配，并且在进化上是保守的。
RARE:EGFP报告显示，用TAL抑制RA降解可增加RA信号，并诱导远端截肢的近端肢体重复。TAL处理导致DB再生stylopods或zeugopods，而不是autopods。在TAL为1μM时，66.7%的DB出现了完全的柄脚重复。相反，使用相同TAL浓度治疗的近端截肢肢体正常再生，尽管较高剂量会损害再生。这些作用证实了CYP26B1调节RA浓度对片段特异性图案形成至关重要。
TAL处理的DBs显示Hoxa13减少，Meis1表达增加。RNA测序显示了剂量依赖性转录重编程，TAL处理的DB采用与二甲基亚砜（DMSO）处理的PB类似的表达谱。在差异表达的基因中，有Shox和Shox2，它们是RA-反应基因，富含PBs。Shox表达与Hoxa13呈负相关，与Meis1共定位，表明其作用于RA信号和Meis1的下游。作者注意到，在这个调控级联中，Meis1可能是Shox的上游，这得到了启动子分析的支持，并且Shox和Hoxa13表达细胞是相互排斥的。
使用CRISPR/Cas9诱导的Shox基因敲除动物进行的功能研究表明，Shox-/-蝾螈发育出缩短的柱足类和角足类，软骨内骨化受损。组织学染色和苏木精-伊红分析显示，未成熟软骨细胞未能成熟成骨。然而，自动密码没有受到影响。尽管有这些骨骼缺陷，Shox-/-动物还是再生了肢体，这证实了Shox对再生不是必需的，但对近端骨骼节段的模式化至关重要。该研究还观察到，虽然近端缺陷持续存在，但Shox2表达在某些情况下可以部分补偿Shox的丢失，并且远端元件中软骨细胞的形成是Shox独立的。
Shox主要在间充质细胞中表达，在TAL处理的DB中激活。当TAL与DIS或RAA联合给药时，DBs的近邻化被阻断，表明RA合成和受体介导的信号传导都需要达到这种效果。此外，在接受TAL治疗的Shox?/-动物中，肢体重复发生，但重复片段发育不全，这表明Shox是执行但不是启动RA诱导的近端模式的必要条件。
虽然该研究提供了强有力的证据，证明Cyp26b1介导的RA降解控制了节段特性，但它还讨论了再生过程中Cyp26b1的上游调节器（如Hoxa11、Hoxa13或FGF信号）仍有待确定。
结论
总之，本研究表明，CYP26B1依赖性维甲酸（RA）降解对蝾螈肢体再生过程中PD特性的建立至关重要。通过调节胚芽中RA的水平，CYP26B1使模式基因的片段特异性激活。RA水平升高通过Meis1和Shox促进近端认同，而RA降解支持Hoxa13标记的远端认同。Shox对于茎突和轭足类元素的形成和骨化至关重要，但对于自噬体的形成或整体再生则不是必需的。
尽管该论文强调了RA合成本身是否沿PD轴均匀或分级的不确定性，但研究结果也与特定于分段的位置一致性阈值模型一致（类似于法国国旗模型）。这些见解强调了局部RA代谢在复杂结构再生中的重要性，并可能为未来医学和发育生物学中的再生策略提供信息。
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