Wnt信号途径控制干细胞命运，诱导附肢再生

　　

生物通报道：减掉蜥蜴的一只腿，新的腿会马上长出来，但是大多数动物已经丧失了这种再生能力。最近Salk研究所研究人员发现鸡胚能够再生出翅膀。传统意义上认为没有再生能力的物种竟然能够再生出翅膀，似乎提示所有哺乳动物，包括人类在内都具有这种再生能力。研究结果刊登于11月17日《Genes and Development》电子版。

研究人员证实脊椎动物再生受到Wnt信号系统的控制。激活Wnt信号系统能够越过神秘障碍帮助正常情况下不具有再生能力的小鸡再生出丢失的翅膀；抑制具有再生能力动物（青蛙、斑马鱼、蜥蜴）的Wnt信号途径，会关闭它们再生出缺失腿和尾的能力。

“实验过程中，我们移去鸡胚的部分翅膀，同时激活Wnt信号，最终得到了整个翅膀——一个漂亮的完整的翅膀，”文章作者、基因表达实验室Juan Carlos Izpisúa Belmonte 博士说，“通过改变一小部分基因的表达情况，能够改变脊椎动物再生附肢的能力，重建血管、骨骼、肌肉和皮肤——发育所需的任何部分。”

这种新发现“开辟了一片崭新的研究领域，” Belmonte说。“尽管这些动物在进化过程中失去了再生附肢能力，但是保守的遗传机制仍然存在，能够恢复功能。”以前，研究人员相信干细胞能够转化为肌肉、骨骼等细胞，这是它们的命运？假如这些细胞受损，它们不能再生，只会留下疤痕。

Belmonte认为操作人类Wnt信号，可能有助于目前利用干细胞重建新的人体组织的研究。比如，Wnt信号能够帮助成熟细胞“去分化”变回干细胞样细胞，以实现再次分化，补充建立附肢所需的所有类型组织。

“这与我们目前利用干细胞治疗的出发点截然不同。所以弄清这个过程具有探路作用，我们可以利用Wnt信号途径使附肢受损位点的成熟细胞去分化，引领这些去分化细胞完成重建新结构的任务。”

Wnt基因家族成员（“wingless”最初发现于果蝇中）在细胞增生过程，如胚胎发育和肿瘤发展中发挥重要作用，Belmonte实验室已经研究了Wnt信号在附肢生长中的关键作用。1995年，Salk研究人员首次证实他们能够诱导鸡胚额外附肢生长。2001年，他们发现Wnt信号系统在激发正常和非正常附肢生长中发挥关键作用。

目前的实验主要任务是观察Wnt信号是否与附肢再生能力有关。实验包括三种脊椎动物：终身具有再生附肢能力的斑马鱼和蜥蜴；整个生命周期中只在特定阶段具有再生附肢能力的青蛙；没有再生能力的小鸡。

为了对动物的再生能力进行操作，实验过程中Salk研究人员将动物附肢剪断后，立即在剩余的凸起部位直接添加Wnt信号的刺激因子和抑制因子。研究发现用抑制因子阻断Wnt信号后，成年斑马鱼和蜥蜴正常再生能力丧失。相反，用激活因子处理突变（无再生能力）斑马鱼，鱼翅再生能力恢复。在青蛙依赖再生激活的发育窗口（regeneration-enabled developmental window）关闭前，添加抑制因子导致再生能力丧失，但是在青蛙再生能力退化后，添加激活因子，再生能力恢复。

接下来，研究人员做了一项关键实验，成功证明了激活因子诱导鸡胚附肢再生能力。“信号重新启动了这个过程，附肢发育起始基因重新活化，” Belmonte说，“简直难以置信。”

程序非常巧妙，然而Belmonte强调，如果这些动物Wnt信号活化时间过长，也有可能导致癌症。“应该通过一种可控制途径，利用一少部分细胞作用于特异时间。事实上，这种途径涉及到细胞分化，不管是不是再生附肢都要控制干细胞，否则会导致癌症。”（生物通记者 小粥）