Nature頭條：指尖再生的秘密
日期：2013-06-14 09:18:50
如果蜥蜴失去了一條腿，它可以生長出一條新的。盡管人類和其他的哺乳動物沒有如此的幸運，但只要還有足夠的指（趾）甲，我們就可以再生出我們的指（趾）尖。科學家們大約在40年前第一次證實了這一點；而今天研究人員最終揭示出了指甲為指尖再生必要條件的原因。
來自紐約大學的干細胞生物學家Mayumi Ito領(lǐng)導(dǎo)研究人員利用小鼠開展研究，鑒別出了指甲根處下的一個干細胞群，并證實這些細胞可以協(xié)調(diào)修復(fù)部分切除的指頭。研究人員發(fā)現(xiàn)，指甲干細胞利用了一種對于胚胎四肢發(fā)育至關(guān)重要的信號通路，在組織再生過程中幫助了神經(jīng)、新指甲以及骨細胞協(xié)調(diào)信號傳導(dǎo)，這些新認識可能有助于實現(xiàn)未來的干細胞治療。研究成果發(fā)表在6月12日的《自然》（Nature）雜志上。
西北大學發(fā)育生物學家Hans-Georg Simon（未參與該研究）說：“這是一項了不起的研究，它描述了促成哺乳動物再生的分子和細胞過程。”研究結(jié)果顯示，支配哺乳動物再生的分子程序與兩棲類動物中見到的相似——表明存在一種可為其他組織所利用的保守的再生程序。
不同于某些兩棲類動物能夠在成年時再生出完整的四肢，哺乳動物的再生能力有限。但小鼠和人類可以在有限程度上再生出指尖——這一現(xiàn)象表明，指尖和頭發(fā)及皮膚一樣，都是自我更新組織。Ito說：“對于指甲上皮細胞的調(diào)控機制我們所知甚少。我們只知道它們一直在生長，但卻不知道這是如何發(fā)生的。”
為了更深入仔細地觀察指甲生長和再生，Ito和第一作者Makoto Takeo利用遺傳標記確定了干細胞在小鼠指甲中的位置。不同于遠離小鼠指尖的的組織，這些細胞表達Wnt信號通路蛋白。眾所周知，在胚胎發(fā)育過程中Wnt信號通路對于指（趾）甲和四肢的生長至關(guān)重要。在成體小鼠中，條件性敲除ß-catenin（Wnt下游的一個轉(zhuǎn)錄因子）可以阻止指甲分化。
研究結(jié)果表明，在切除這些嚙齒動物的指尖后，只有還存在某些指甲干細胞時指尖才會再生，這表明這些指甲干細胞作為一個“信號傳導(dǎo)中心”，協(xié)調(diào)了骨組織和指甲組織的再生反應(yīng)。敲除ß-catenin則阻斷再生，表明Wnt信號通路對于指甲干細胞的作用至關(guān)重要。
指甲干細胞缺失ß-catenin還阻止了神經(jīng)朝著損傷部位生長，這一過程已知對于兩棲類動物成功再生四肢至關(guān)重要。這些神經(jīng)可以促使小鼠指甲上皮分泌成纖維細胞生長因子FGF，這一蛋白在指頭再生過程中促進了骨形成細胞分化和增殖。沒有來自這些指甲干細胞的信號，指甲和骨組織之間就不會發(fā)生互作。
然而，研究人員發(fā)現(xiàn)，當他們切除干細胞位點之外的小鼠指頭時，盡管激活ß-catenin信號，骨形成細胞被誘導(dǎo)，指頭仍然無法再生，這表明指甲干細胞還分泌了其他的因子，刺激了再生過程。
東北大學再生生物學家James Monaghan （未參與該研究）說：“這項研究工作確實地闡明了哺乳動物并未完全喪失再生能力，只是適當?shù)陌l(fā)育信號沒有被開啟。它第一次證實，哺乳動物指頭再生與兩棲類動物四肢再生非常地相似。”
雖然這項研究工作提供了關(guān)于哺乳動物再生的一些認識，“現(xiàn)在說是否有可能在其他的位點再生出切斷的肢體，仍然為時太早，”德國Dresden再生治療中心再生生物學家Elly Tanaka（未參與該研究）說。
鑒別出這些指甲干細胞釋放調(diào)控再生的其他重要分子，將是重要的第一步。Ito實驗室正在對此開展一系列的調(diào)查。并且他們還希望能夠確定移植指甲干細胞是否有助于再生。Simon期望能夠制造出干細胞分泌的因子“雞尾酒”，或許在不需要移植的情況下就可以刺激再生。
Simon說：“再生研究正進入到新的時代。”他預(yù)測將兩棲類動物的肢體再生能力轉(zhuǎn)換至操控一個哺乳動物模型系統(tǒng)已非常非常地接近于目標達成。
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