从伤口愈合到再生的信号转导途径

再生现象是200多年前在淡水水螅中发现的。然而，到目前为止，损伤后失去的组织或器官的有序再生是如何被激活的，这在很大程度上还不清楚。在对Hydra的研究中，海德堡大学的一个跨学科研究团队能够展示受伤时释放的伤口愈合信号是如何转化为模式形成和细胞分化的特定信号的。

　　

再生现象是200多年前在淡水水螅中发现的。然而，到目前为止，损伤后失去的组织或器官的有序再生是如何被激活的，这在很大程度上还不清楚。在对水螅的研究中，海德堡大学的一个跨学科研究团队能够展示受伤时释放的伤口愈合信号是如何转化为模式形成和细胞分化的特定信号的。必要成分是丝裂原活化蛋白激酶(MAPK)和Wnt信号通路-分子机制在进化过程中保持相对不变。

动物的再生能力各不相同。大多数哺乳动物和脊椎动物的再生能力有限，而在进化早期出现的基础和简单动物，如刺胞动物和涡虫，可以再生整个身体。在所有情况下，再生的过程都是从伤口愈合开始的。损伤部位的细胞增殖并形成一个未分化的团块——胚芽，缺失的结构从那里重新形成。这就激活了控制胚胎发育的遗传过程。为了确定其中的分子机制，Thomas W. Holstein博士带领的研究小组对淡水水螅进行了研究，以了解水螅再生活化的基本特征。

他们研究的核心是Anja Tursch的博士论文。她重复了日内瓦博物学家亚伯拉罕·特朗布利(1710年-1784年)的关键实验，该实验使他发现了再生现象。水螅是一分为二的，促使上半部分再生出一个新的“头”，下半部分再生出一个新的“脚”——因此，完全不同的身体部位可以从中间切口面的完全相同的组织生长出来。海德堡大学(Heidelberg University)生物研究中心的研究人员在他们之前关于九头蛇再生的工作的基础上，现在展示了这是如何实现的。

无论发生在哪里，任何损伤都会通过钙离子和活性氧的产生触发损伤反应的非特异性信号，例如伤口愈合。信号通过三种丝裂原激活的蛋白激酶p38、JNKs和ERK在细胞内传递。这三个分子的激活对头和脚的再生都是必需的。然后，Wnt信号通路被激活，这在胚胎发育过程中对基本器官和体轴的形成很重要。创面愈合的一般信号因此被转移到位置特异性信号的模式和细胞分化再生。

“我们的实验表明，Wnt信号通路是最初一般损伤反应的主要组成部分，并根据信号强度，指导组织头部或脚部发育，”Holstein教授解释说。这就是为什么在MAPK抑制的情况下，可以通过人工生成的重组Wnt蛋白诱导原本不存在的再生。“同样令人惊讶的是，在头部和脚都被切除的身体中间部位，头部可以通过这种方式在两端诱导，”Suat博士补充说。

Wnt/β-catenin是Wnt信号通路中的一个片段，已知它为新头部结构的形成编码位置信息。在与Anna Marciniak-Czochra教授领导的数学家的合作中，研究团队开发了一个模型，该模型显示了组织中的基础位置信息如何通过Wnt信号通路将最初的未分化损伤反应转化为差异模式过程。Thomas Holstein强调:“因为MAPKs和Wnts在进化上高度保守，这种机制可能深深嵌入在我们的基因组中，这对脊椎动物和哺乳动物的再生过程也很重要。”

这项研究是在德国研究基金会资助的“Wnt信号的机制和功能”合作研究中心(CRC 1324)的赞助下完成的。研究结果发表在《美国国家科学院院刊》(PNAS)上。

Injury-induced MAPK activation triggers body axis formation in Hydra by default Wnt signaling