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【编辑推荐】为探究再生失败机制，研究人员以环节动物 Capitella teleta 为模型，对比头尾片段再生差异。发现 Wnt/β-catenin 信号在头片段再生中激活，激活该信号可诱导尾片段表达干细胞标记、促进分化。研究为揭示再生调控机制提供新视角。
再生能力的奥秘：探寻 Wnt/β-catenin 信号通路在组织修复中的关键作用
生命的自我修复能力一直是生物学领域的迷人谜题。从涡虫断头重生到蝾螈断肢再长，不同生物展现出悬殊的再生潜力。然而，大多数动物的再生能力受限，人类更是仅能修复部分组织，深入理解再生失败的机制成为破解再生密码的关键。目前，再生研究多聚焦于高再生能力物种，却忽视了非再生组织的潜在机制，这种研究偏差导致我们对再生调控的认知存在重大缺口。环节动物门（Annelida）作为再生能力多样性的代表类群，其不同物种有的能前后轴再生，有的仅能单向再生，有的完全丧失再生能力，为研究再生演化和分子机制提供了理想模型。其中， Capitella teleta 因其头尾片段再生能力的显著差异 —— 头片段可再生尾部，尾片段却无法再生头部，成为解析再生不对称性的独特对象。
为填补这一研究空白，国外研究机构的研究人员以 Capitella teleta 为研究模型，开展了一系列实验，旨在揭示再生失败的分子机制及 Wnt/β-catenin 信号通路在再生中的作用。研究成果发表在《Developmental Biology》上，为再生生物学领域带来了新的见解。
研究人员主要采用了以下关键技术方法：通过细胞增殖实验（EdU 标记）检测分裂细胞，利用免疫标记（抗乙酰化微管蛋白抗体）观察神经和肌肉再生，运用原位杂交（in situ hybridization）分析基因表达模式，以及通过药物（AZA、CHIR-98014 激活 Wnt/β-catenin 信号，iCRT-14 抑制该信号）进行信号通路扰动实验。
头尾片段再生的分子与形态差异
通过对比头尾片段截肢后的响应，发现头片段在 3 天形成 blastema（芽基，未分化增殖细胞团），表达干细胞标记基因 Ct-piwi1 和 CapI-vasa，并再生肌肉、肠道和神经系统；而尾片段虽能愈合伤口，但无 blastema 形成，干细胞标记基因不表达，肌肉和肠道无法再生。值得注意的是，尾片段的神经系统在截肢后出现动态响应，神经突延伸甚至反向生长，但未能触发再生，提示其存在潜在再生程序但缺乏关键信号。
Wnt/β-catenin 信号通路与再生能力的关联
进一步研究发现，Wnt/β-catenin 信号通路组件（如 Ct-β-catenin、CapI-Wnt1、Ct-wnt11 ）在头片段的 blastema 中特异性表达，而尾片段截肢处无该信号激活。通过药物激活尾片段的 Wnt/β-catenin 信号（AZA 处理），可诱导其表达干细胞标记基因，促进伤口处细胞增殖，并形成 blastema，伴随肌肉分化和肠道后段特征（纤毛化）出现。此外，激活该信号还诱导了尾部截肢处的后轴特征基因（如 CapI-Wnt1、CapI-Post2 ）表达，表明信号激活赋予了伤口后轴身份。
信号激活的时间窗口与功能验证
时间窗实验表明，Wnt/β-catenin 信号需在截肢后 24-72 小时内激活才能诱导再生响应，过早或过晚干预均无效。使用另一种 GSK3-β 抑制剂 CHIR-98014 重复实验，获得了与 AZA 一致的表型，排除了药物非特异性效应，证实了 Wnt/β-catenin 信号的关键作用。
信号通路的保守性与再生调控
研究发现，Wnt/β-catenin 信号在再生中指定后轴身份的功能在进化上保守，类似现象在涡虫、刺胞动物等类群中也有报道。然而，抑制该信号并不能拯救 Capitella teleta 尾片段的前轴再生，提示前轴再生所需的 “头部极化信号” 缺失。这一结果与涡虫中抑制 Wnt 信号可诱导头部再生形成对比，突显了不同物种再生程序的差异。
研究结论与意义
本研究首次在环节动物中证实 Wnt/β-catenin 信号通路对后轴再生的关键作用，揭示了非再生组织中潜在再生能力可通过信号激活唤醒。尾片段的神经动态响应暗示其保留了祖先的再生相关程序，而 Wnt 信号的缺失是再生失败的主要障碍之一。尽管再生响应不完全，研究结果仍为理解再生调控网络提供了新框架，并为唤醒哺乳动物等低再生能力物种的再生潜力提供了跨物种启示。未来研究可进一步探索前轴再生所需的协同信号，以及染色质调控在再生程序激活中的作用，为再生医学的突破奠定基础。
