Nature头条：指尖再生的秘密

　　

生物通报道  如果蜥蜴失去了一条腿，它可以生长出一条新的。尽管人类和其他的哺乳动物没有如此的幸运，但只要还有足够的指（趾）甲，我们就可以再生出我们的指（趾）尖。科学家们大约在40年前第一次证实了这一点；而今天研究人员最终揭示出了指甲为指尖再生必要条件的原因。

来自纽约大学的干细胞生物学家Mayumi Ito领导研究人员利用小鼠开展研究，鉴别出了指甲根处下的一个干细胞群，并证实这些细胞可以协调修复部分切除的指头。研究人员发现，指甲干细胞利用了一种对于胚胎四肢发育至关重要的信号通路，在组织再生过程中帮助了神经、新指甲以及骨细胞协调信号传导，这些新认识可能有助于实现未来的干细胞治疗。研究成果发表在6月12日的《自然》（Nature）杂志上。

西北大学发育生物学家Hans-Georg Simon（未参与该研究）说：“这是一项了不起的研究，它描述了促成哺乳动物再生的分子和细胞过程。”研究结果显示，支配哺乳动物再生的分子程序与两栖类动物中见到的相似——表明存在一种可为其他组织所利用的保守的再生程序。

不同于某些两栖类动物能够在成年时再生出完整的四肢，哺乳动物的再生能力有限。但小鼠和人类可以在有限程度上再生出指尖——这一现象表明，指尖和头发及皮肤一样，都是自我更新组织。Ito说：“对于指甲上皮细胞的调控机制我们所知甚少。我们只知道它们一直在生长，但却不知道这是如何发生的。”

为了更深入仔细地观察指甲生长和再生，Ito和第一作者Makoto Takeo利用遗传标记确定了干细胞在小鼠指甲中的位置。不同于远离小鼠指尖的的组织，这些细胞表达Wnt信号通路蛋白。众所周知，在胚胎发育过程中Wnt信号通路对于指（趾）甲和四肢的生长至关重要。在成体小鼠中，条件性敲除ß-catenin（Wnt下游的一个转录因子）可以阻止指甲分化。

研究结果表明，在切除这些啮齿动物的指尖后，只有还存在某些指甲干细胞时指尖才会再生，这表明这些指甲干细胞作为一个“信号传导中心”，协调了骨组织和指甲组织的再生反应。敲除ß-catenin则阻断再生，表明Wnt信号通路对于指甲干细胞的作用至关重要。

指甲干细胞缺失ß-catenin还阻止了神经朝着损伤部位生长，这一过程已知对于两栖类动物成功再生四肢至关重要。这些神经可以促使小鼠指甲上皮分泌成纤维细胞生长因子FGF，这一蛋白在指头再生过程中促进了骨形成细胞分化和增殖。没有来自这些指甲干细胞的信号，指甲和骨组织之间就不会发生互作。

然而，研究人员发现，当他们切除干细胞位点之外的小鼠指头时，尽管激活ß-catenin信号，骨形成细胞被诱导，指头仍然无法再生，这表明指甲干细胞还分泌了其他的因子，刺激了再生过程。

东北大学再生生物学家James Monaghan （未参与该研究）说：“这项研究工作确实地阐明了哺乳动物并未完全丧失再生能力，只是适当的发育信号没有被开启。它第一次证实，哺乳动物指头再生与两栖类动物四肢再生非常地相似。”

虽然这项研究工作提供了关于哺乳动物再生的一些认识，“现在说是否有可能在其他的位点再生出切断的肢体，仍然为时太早，”德国Dresden再生治疗中心再生生物学家Elly Tanaka（未参与该研究）说。

鉴别出这些指甲干细胞释放调控再生的其他重要分子，将是重要的第一步。Ito实验室正在对此开展一系列的调查。并且他们还希望能够确定移植指甲干细胞是否有助于再生。Simon期望能够制造出干细胞分泌的因子“鸡尾酒”，或许在不需要移植的情况下就可以刺激再生。

Simon说：“再生研究正进入到新的时代。”他预测将两栖类动物的肢体再生能力转换至操控一个哺乳动物模型系统已非常非常地接近于目标达成。

（生物通：何嫱）

生物通推荐原文摘要：

Wnt activation in nail epithelium couples nail growth to digit regeneration

The tips of mammalian digits can regenerate after amputation1, 2, like those of amphibians. It is unknown why this capacity is limited to the area associated with the nail2, 3, 4. Here we show that nail stem cells (NSCs) reside in the proximal nail matrix and that the mechanisms governing NSC differentiation are coupled directly with their ability to orchestrate digit regeneration. Early nail progenitors undergo Wnt-dependent differentiation into the nail. After amputation, this Wnt activation is required for nail regeneration and also for attracting nerves that promote mesenchymal blastema growth, leading to the regeneration of the digit. Amputations proximal to the Wnt-active nail progenitors result in failure to regenerate the nail or digit. Nevertheless, β-catenin stabilization in the NSC region induced their regeneration. These results establish a link between NSC differentiation and digit regeneration, and suggest that NSCs may have the potential to contribute to the development of novel treatments for amputees.