电可刺激蝌蚪断尾再生

　　

生物通报道：生物学家操作电场，使处于发育过程特定阶段的蝌蚪再生出尾巴

2月28日《Development》文章报道，电场可以激发受损动物组织的再生功能。生物学家已成功操作组织中的电场，使处于发育特定阶段（此阶段的蝌蚪一般情况下已失去再生能力）的青蛙蝌蚪的断尾再生。

“这为我们提供了一组控制细胞的全新按钮，”研究小组带头人、波士顿Forsyth研究所Michael Levin说。电场帮助“控制细胞同一性、细胞数量、位置和运动，这些几乎涉及到从胚胎发育到再生再到癌症的方方面面，几乎所有的可以想象的到的生物医学现象。”

长期以来，人们一直认为向伤口施加电流，能够增强鱼到哺乳动物等许多物种的断肢和受损脊髓的再生能力。最近，Levin小组利用多种离子传输阻滞剂对Xenopus laevis蝌蚪进行观察，鉴别对断尾再生发挥重要作用的传输物质，结果发现了V-ATPase H+ 泵。Levin小组发现蝌蚪的尾巴断裂6小时后，剩余的尾部细胞表达V-ATPase，这比已经发现的再生标志（断裂24小时后）要出现时间要早很多。

研究人员利用电压敏感染料绘制断裂处断裂前后的电特征，发现断裂后，V-ATPase H+ 泵使再生芽基细胞发生极化，通过抽空损伤位点的质子而产生跨越芽基的电场。没有这些电场，再生所需的细胞不能增生，不能表达下游再生的遗传标记。神经生长——其它组织再生所需的重要先驱被破坏。

“这里我们得到的是一个主调节者，” Levin说，“它是一个与众不同的尾部发育主调节者，但激活的成份相同。通过打开这一个按钮，我们启动尾部生长的整个程序。”

为了证明是电信号而非V-ATPase基因本身诱导再生，研究人员向通常情况下已丧失再生能力的蝌蚪的断尾插入一个无关的酵母H+ 泵，结果尾巴还是再生了。

然而在一封电邮中，盐湖城犹他大学医学院从事再生研究的HHMI研究人员Alejandro Sánchez Alvarado指出，青蛙模型还有相当多的限制因素。蝌蚪并非成熟生物体，因此不能代表脊椎动物再生。“并且尾巴，无论如何，在变形过程中都是被吸收的。”

Sánchez Alvarado也不确信 V-ATPase产生的电场是再生的一个主调节者。“Levin所发现的生物电在特定的再生实例中发挥重要作用，理论上我们都可以在这点上从研究中总结到。”

Levin认为，这项发现的应用领域不止于Xenopus系统，组织再生的电诱导应该有重要价值。治疗领域中，将来也许不必对再生的每个步骤进行显微操作而启动非常复杂的再生程序。进一步说，与干细胞或者生长因子有关的再生技术相比，额外的细胞再生导致肿瘤的风险更小，利用电场操作内源性生长程序可能会诱导一个天然的、自我限制的过程。“当再生完毕，过程终止。

的确，Purdue大学再生生物物理学家Richard Borgens称此实验“非常巧妙”，并建议研究人员利用离子泵操作干细胞，控制干细胞增殖。“这可能是一个控制它们势力的非常有趣的方法。”（生物通记者 小粥）

参考文章：
C.D. McCaig et al, Controlling cell behavior electrically: current views and future potential, Physiol Rev, 85(3):943-78, 2005.