2024年Cnidofest会议揭示刺胞动物生物学新突破：从再生机制到神经进化

第三届Cnidofest会议聚焦刺胞动物模型研究，通过单细胞测序、空间转录组学和扩展显微镜等技术，揭示了水螅再生中Wnt/ERK信号调控、刺细胞分化机制及神经回路演化等关键发现，为理解动物发育保守性和多样性提供了新视角。

　　

在动物进化树上，刺胞动物（包括水母、珊瑚、海葵等）与两侧对称动物分道扬镳已超过5亿年。这个古老类群具有独特的生物学特性：既能通过简单的两胚层身体结构完成复杂生命活动，又展现出惊人的再生能力和多样化的生活史。然而，其发育调控机制与高等动物的异同、特殊细胞类型（如刺细胞）的演化起源等核心问题长期困扰着进化发育生物学家。2024年8月在美国利哈伊大学举办的第三届Cnidofest会议，汇集了11个国家的刺胞动物研究者，通过前沿技术揭示了这些"活化石"中隐藏的生命密码。

为系统解析刺胞动物的生物学特性，由Lehigh大学Michael J. Layden团队牵头，联合康奈尔大学、加州大学戴维斯分校等机构的研究人员，采用多组学联用、功能验证和新型成像技术，对30余种刺胞动物展开研究。相关成果发表在《EvoDevo》期刊，主要运用了单细胞转录组测序（scRNA-seq）构建细胞图谱、空间转录组学定位基因表达、Magnify扩展显微镜（分辨率达25nm）观察亚细胞结构、以及微流控芯片结合光遗传学操控神经活动等技术。样本涵盖经典模式生物Hydra vulgaris（水螅）和Nematostella vectensis（星海葵），以及新开发的模型如Astrangia populata（星珊瑚）。

【Exploring current models and mechanisms in cnidarian regeneration】
研究团队发现水螅头部再生需要基质金属蛋白酶（MMPs）介导的细胞外基质（ECM）重塑，移植实验显示间充质干细胞能迁移至再生区域。通过药理学抑制实验证实ERK信号通路特异性调控wnt9/10C转录，而wnt3则不受影响，揭示再生基因调控网络（GRN）的层级复杂性。单细胞测序进一步显示再生过程中细胞通过"形态重组"（morphallaxis）逐步重建轴向身份。

【Exploring developmental innovation】
对钵水母Haliclystus sanjuanensis的研究发现，其幼体触手组织会重塑为成体吸附器，伴随刺细胞类型从eurytele/isorhiza向rhopaloid转变。水母Cassiopea xamachana的无性生殖芽体与胚胎发育共享Hox基因表达模式，暗示生殖策略的演化保守性。比较基因组学分析揭示刺胞动物中24个ANTP-class同源框基因在medusa阶段的特异性富集，提示视黄酸可能调控水母形态发生。

【Recent advances in cnidarian genomics】
通过对350个葡萄牙战舰水母（Physalia physalis）样本的全基因组测序，结合公民科学数据，确认该物种存在4个地理隔离的演化支系。染色体进化分析显示刺胞动物主要通过融合（收缩）或断裂（扩张）改变核型，其中Hox基因簇等关键调控元件保持拓扑关联。

【A deep dive on cnidarian symbiosis】
在共生海葵Exaiptasia diaphana中首次分离出共生体（symbiosome），鉴定200余个候选蛋白。抗生素处理实验显示微生物组恢复存在四类动态模式：敏感型（如红杆菌）、耐药型（如交替单胞菌）、选择性富集型（如鞘氨醇单胞菌）和机会型（如盐单胞菌）。

【Expanding our understanding of cnidarian cell biology】
Hippo通路效应因子Yorkie（Yki）在Hydractinia symbiolongicarpus的出芽生殖中高表达，抑制剂处理降低出芽率60%，证实该通路在再生中的保守功能。发现刺胞动物黏液中共生的破囊壶菌（thraustochytrids），建立Calcofluor White-FACS纯化方案提升组学数据质量。

【Uncovering mechanisms of function】
RNA依赖的RNA聚合酶（RdRPs）在N. vectensis抗病毒反应中发挥关键作用，CRISPR敲除RdRPa1导致病毒载量调控异常。代谢组学显示低氧胁迫影响珊瑚幼虫81种代谢物，特别是脂肪酸氧化相关通路。

【Cutting-edge advances in cnidarian neurobiology】
水螅体内RP2神经元被证实调控排水行为，双光子消融该神经元使收缩频率降低50%。发育追踪显示Hydra胚胎神经网通过Enl/Ec4B神经元亚群逐步组装。新型机械感受神经元（II型毛细胞）的发现，解释了N. vectensis触手精准捕食的神经基础。

【Exploring cnidarian development】
单细胞多组学揭示Wnt信号通过细胞类型特异性顺式调控元件发挥作用。Notch信号在N. vectensis内胚层（实际为咽部外胚层）特化中的功能，暗示其与两侧对称动物胚层分化的同源性。肌动蛋白拓扑缺陷（topological defects）被证实是水螅再生启动的物理触发因素。

这项研究通过跨物种、多组学的系统比较，确立了刺胞动物作为研究再生、神经进化与共生机制的理想模型。技术层面，Magnify扩展显微镜和空间转录组学的应用，使刺胞动物研究分辨率提升至纳米级别；理论层面，发现两侧对称动物发育调控通路（Wnt/Hippo/Notch）在刺胞动物中既执行保守功能，又衍生出新调控模式。特别值得注意的是，刺细胞与神经元的单细胞图谱比较支持"神经-刺细胞同源假说"，为细胞类型演化提供实证。这些发现不仅填补了动物进化树关键节点的知识空白，其揭示的再生机制与共生策略更为生物医学和生态保护提供新思路。随着2026年下届Cnidofest的筹备，刺胞动物研究正迈向"细胞图谱时代"，有望在神经可塑性、气候适应等前沿领域产生突破性认知。