受损胚胎有神奇再生能力

　　

早在80年前，德国科学家Hans Spemann做了一个举世闻名的实验建立了胚胎发育的基础理论框架。他把受精卵结扎为背腹两半、只有背方一半能产生出正常胚胎，而腹侧开始萎缩（说明背方含有形成整个胚胎所必需的物质）。尽管，受精卵腹侧已经枯萎，但是背侧的一半发育形成头部、脑部和脊髓，并继续发育，再生丢失的腹侧的功能，最终形成一个完整的胚胎，这个完整的胚胎比正常的体型小点，但是却是功能齐全的胚胎。Spemann接下来又进行了另外一个实验，这次他从受精卵的背侧抽取一些细胞出来，并将这些细胞注入另一个胚胎的腹侧。

令他惊讶的是，接受了细胞移植的胚胎发育形成两个头，来自另一个胚胎的细胞发育形成一个头。此外，尽管这个双头胚胎比正常的胚胎体型要小，但是所有的组织器官比例都很适宜（体型小却不影响胚胎比例），功能也如常。这一发现使他获得了1935年的生理学或医学诺贝尔奖。

但是这些是如何发生的？尽管个头比正常的要小这半个胚胎是如何如何维持组织器官的发育比例和正常功能的？

在这项研究后的多年里，这一问题一直没人能解答，直到现在。自从80年Spemann的经典实验后，以色列威兹曼科学研究所分子遗传系的Naama Barkai教授，Benny Shilo教授和学生Danny Ben-Zvi与耶路撒冷希伯来大学Hadassah医学院的Abraham Fainsod教授合作开展胚胎发育学的研究，最终找出背部半个胚胎能发育形成完全胚胎的机理。

先前的研究展示，细胞和器官的生长发育某种程度上与一组特殊的物质称为形态发生素的物质有关。形态发生素产自胚胎的某个具体位置，并以不同的浓度分布到胚胎的每个位置。科学家们开始意识到胚胎细胞的命运，可以这么说，胚胎细胞具体发育成为什么组织，什么器官，最终都受与细胞接触的形态发生素的调控。但是，这一发现还不能解释为什么各器官可以维持一定比例？

这一办法来自威兹曼研究所的Naama Barkai教授和她的同事，他们建立了一个胚胎发育的数学模型，主要描述发育过程中遗传网络信息间的相互作用。

模型的数据证实形态发生素中以不同的浓度分布到胚胎中的理论与先前认识的不一样。研究小组预测存在一种抑制剂分子，可能是某半胚胎集中分泌的，这种抑制剂分子可与形态生成素结合，协助形态生成素转移至另外半边胚胎中（就像是摆渡人一样将人们渡到河对岸）。因此，数学模型给出的答案是，两种分子相互作用使胚胎发育中的组织器官维持一个固定不变的比例。确实，研究者们通过青蛙胚胎实验验证这些预测的理论。

形态形成物质起重要的作用，并且它们作用的机制也被证实在整个进化过程中是保守的，从蠕虫到果蝇到高等动物如人类都存在小程度的变异。所有说，了解胚胎细胞发育的机制具有广泛的应用前途。比如说，将来，科学家们就能将此理论用于组织修复了。

    关于Spemann的胚胎学研究背景
施佩曼毕生从事两栖类胚胎早期发育的研究。当蝾螈受精卵分裂为二细胞（即二分裂球）时，他用初生小儿的头发在两个分裂球之间加以结扎，结果每个分裂球都发育成一个完整的胚胎；如果在较晚时期──原肠期结扎，则两半各自发育为半个胚胎，这意味着在早期和晚期之间发生了某种过程，使胚胎各部分的“命运”确定下来。他把这一过程叫做“决定”。以后，他又通过异位移植实验，发现在原肠形成之前，如果使外胚层的任何部分与中胚层接触，都能发育为神经组织；但如将原来要发育为神经组织的外胚层移到不与中胚层接触的部位，便不能发育为神经组织，从而首次接触到精确控制胚胎某一部分发育方向的机制问题。他又根据把受精卵结扎为背腹两半、只有背方一半能产生出正常胚胎的情况，说明背方含有形成整个胚胎所必需的物质。由此出发，他建议H.曼戈尔德在早期原肠胚上把背唇移植到将来产生腹唇的部位，结果在宿主腹方产生出第二个胚胎，于是施佩曼把胚胎的背唇区域称为组织者。这一发现使他获得了1935年诺贝尔生理学或医学奖。

原文标题：Weizmann Institute scientists discover how an injured embryo can regenerate itself
（生物通 张欢）