俗称“九头蛇”的水螅为啥只长一个头？

　　

（多头水螅）

淡水水螅（Hydra）能够再生身体任何部位，重建整个个体。小水螅有两个发育组织中心，一个位于头部，一个位于底部。头部组织器的作用是激活，底部是抑制防止形成多余的头。日内瓦大学的研究人员发现了抑制器的一个关键蛋白Sp5，并破译了两种对抗性活动之间的对话。研究发表在Nature Communications，这种发育对抗在水螅和人类进化过程中都是保守的，因此Sp5可能是抑制人类肿瘤的潜力候选者。

水螅有着惊人的再生能力，通常被认为是不朽的。近300年前，日内瓦的博物学家Abraham Trembley发现了这种生物。虽然它只有大约1厘米长，但是它体内任意由几千个细胞组成的身体碎片都能使整个动物再生。“头的再生依赖于将被砍的部位转化为一种名叫头部组织中心（head organizing centre）的组织，这种组织具有发育特征，并且像建筑师一样，指导未来头部建设。”

阴阳对话形成

主组织者进行两个相反的活动，一个是激活，一个是抑制。第一种诱导干细胞分化为专门的头部细胞，活化剂是一种名叫Wnt3的生长因子，其作用允许启动一个3D细胞分化程序。在没有Wnt3的情况下，头部再生程序无法继续。抑制剂生产受活化剂控制，可以阻止多头形成。生物学说：“两种对立的活动建立了对话，但我们既不知道抑制剂的身份，也不知道这种对话的天然属性。”

根据德国研究小组对真涡虫的研究结果，生物学家开发了一种基因筛选策略来鉴定这种抑制剂。“我们从124种符合特定标准的候选者开始，挑选出编码Sp5蛋白质的基因，”遗传和进化系研究员、本文第一作者Matthias Vogg说。

科学家随后证明，Sp5与编码Wnt3的基因调节区结合，阻断了Wnt3表达，从而抑制头部形成。

淡水水螅的七个头

“我们量化了编码Wnt3和Sp5的基因在完整或截肢水螅体内不同部位的表达情况，发现二者的活动是根据每个基因表达的位置和数量建立的，”Brigitte Galliot指出。因此，在完整的动物中，生长因子Wnt3主要存在于头部，而Sp5主要在周边区域活动，以防其他头出现。

当研究人员阻断Sp5表达后，水螅（完整的或再生的）发展出了多个头部，具有完美的所有功能，它们的触角附着在食物上，引导食物进入口腔。“我们还在完全分离出来的水螅肉细胞上复制了这些结果，多头水螅在4-5天内即可完全重新形成，”Matthias Vogg解释。

在人类中，Wnt3激活的信号通路主要存在于胚胎发育期间，以及不同类型的成人肿瘤。如果证明Sp5在我们物种中的作用，那么这种蛋白可能是针对利用Wnt3途径进行增殖的癌细胞的候选治疗方法。

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原文检索：An evolutionarily-conserved Wnt3/β-catenin/Sp5 feedback loop restricts head organizer activity in Hydra

（生物通：伍松）