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墨西哥钝口螈肢体再生过程中，肢体神经对芽基细胞模式形成能力的诱导机制不明。研究人员利用能力辅助肢体模型（CALM）开展研究，发现其模式形成能力诱导需 5 - 6 天，与 H3K27me3相关，FGF 和 BMP 信号可诱导，该成果为再生研究提供新思路。
在神奇的动物王国里，墨西哥钝口螈宛如一位拥有 “再生超能力” 的小魔法师，它能够再生出完整且复杂的肢体结构。然而，人类和大多数哺乳动物在肢体受损后，却只能望 “肢” 兴叹，再生能力极为有限。这种巨大的差异，吸引着无数科研人员不断探索，试图揭开墨西哥钝口螈肢体再生的神秘面纱。目前，虽然我们知道墨西哥钝口螈的肢体再生依赖于成熟肢体细胞去分化为芽基细胞，这些芽基细胞能够对引导组织再生的模式信号做出响应。但是，肢体神经在使芽基细胞获得模式形成能力过程中的具体机制，却因为截肢肢体中复杂且重叠的信号而迷雾重重。为了深入了解这一机制，美国马萨诸塞大学波士顿分校的研究人员开展了相关研究。
研究人员巧妙地开发了能力辅助肢体模型（CALM），这一模型就像是一把精准的 “钥匙”，帮助他们开启了研究模式形成能力诱导和维持机制的大门。通过一系列严谨的实验，研究人员得出了许多重要结论。这些结论不仅揭示了墨西哥钝口螈肢体再生过程中细胞命运转变的分子机制，也为人类再生医学的发展提供了新的方向和希望，相关研究成果发表在《Communications Biology》上。
在研究方法上，研究人员主要运用了以下几种关键技术：一是基因表达分析，通过收集组织样本，提取 RNA 并反转录为 cDNA，再利用 qRT - PCR 技术检测目标基因的相对转录水平，从而了解基因在不同组织和处理条件下的表达变化；二是染色质免疫沉淀测序（ChIP - seq）和切割并运行（CUT&RUN）技术，用于分析与模式形成能力相关的染色质修饰，探究基因表达调控的表观遗传学机制；三是构建不同的动物手术模型，如神经偏离（ND）手术、肢体截肢、去神经等，模拟肢体再生过程中的不同状态，为研究提供多样的实验条件 。
下面来具体看看研究结果。在 “肢体神经对模式形成能力诱导的需求” 方面，研究人员通过对比神经偏离（ND）手术后的前肢芽基（ND - A）和单纯前肢外侧伤口对维甲酸（RA）处理的反应，发现单纯伤口不足以诱导模式形成能力，而 ND - A 芽基对 RA 处理有明显的转录和形态学反应，这表明肢体神经对于诱导肢体伤口细胞的模式形成能力是必需的。
“模式形成能力诱导的时间” 研究中，研究人员利用 qRT - PCR 分析 RA 处理后不同时间点 ND - P 位点中 Shh 的表达，结合转基因 RARE - eGFP 报告基因的诱导表达情况，发现伤口组织在 5 - 6 天可获得模式形成能力。
关于 “芽基中模式形成能力的维持”，研究人员对不同发育阶段的截肢芽基进行 RA 处理，发现只有早期未分化的芽基（EB）和顶端晚期芽基（apical - LB）对 RA 处理有明显的 A/P 模式基因表达变化，且去神经处理会导致芽基提前分化并降低模式形成能力，这说明模式形成能力在未分化的芽基细胞群体中得以维持。
“H3K27me3的全局变化与模式形成能力相关” 研究中，通过 ChIP - seq 分析发现，在向模式形成能力细胞转变的肢体细胞中，H3K27me3在模式基因上的富集是动态调节的，且细胞周期、免疫和应激反应相关基因也是 H3K27me3在模式形成能力细胞中的调控靶点。
在 “利用 CALM 确定模式形成能力所需和足够的特定神经信号” 研究中，研究人员通过在伤口处植入浸泡不同生长因子组合的明胶珠，发现 BMP2 与 FGF8 是诱导肢体伤口组织模式形成能力所需且最小充分的信号。进一步利用抑制剂处理和 CUT&RUN 技术分析，确定了 H3K27me3的富集模式与 FGF 和 BMP 信号的关系，以及 ErBB 信号通路是 FGF/BMP 信号下游 H3K27me3调控的靶点。
在对 FGF 和 BMP 依赖的肢体模式基因标记的深入分析中，研究人员发现所有有显著 H3K27me3富集变化的模式基因都包含对 FGF 和 / 或 BMP 信号敏感的区域，且这些区域在基因内的位置不同，其 H3K27me3富集受 FGF 和 BMP 信号抑制的影响也不同，尤其在 A/P 模式基因中更为明显。
研究结论和讨论部分指出，本研究利用 CALM 分析确定了模式形成能力诱导的最小环境因素、时间以及相关表观遗传变化。研究发现成熟肢体细胞获得模式形成能力所需时间较长，这背后的机制还需进一步探索。同时，研究揭示了表观遗传学在模式形成能力诱导中起着重要作用，H3K27me3的变化与神经信号、细胞去分化以及模式基因表达相关。此外，研究还发现了 CALM 检测的局限性，并提出未来应寻找更通用的模式形成能力分子标记。总体而言，该研究为理解肢体再生过程中细胞如何获得模式形成能力提供了重要依据，也为哺乳动物肢体再生研究提供了有价值的参考，有望推动人类再生医学领域的发展，帮助我们找到促进人类肢体再生的新方法和潜在治疗靶点。
