“永生”蠕虫改写再生之谜

2025年10月15日，《细胞报告》发表了一项由斯托尔斯研究所博士后研究员弗雷德里克·“比夫”·曼博士领导的研究，该研究挑战了一个长期存在的生物学原理：多数干细胞生活在固定的“微环境”中，即由邻近细胞决定其何时分裂、变成何种细胞的物理位置。
曼博士举例：“人类造血干细胞就位于骨髓的微环境中，在那里分裂以自我更新并产生新的血细胞。”
涡虫改写了再生规则。研究人员发现，涡虫非凡的再生能力——无论是再生被截断的头部，还是从碎片再生出整个身体——都与其干细胞有关，这些干细胞比大多数其他动物的干细胞运作更自由。
斯托尔斯研究所所长兼首席科学官亚历杭德罗·桑切斯·阿尔瓦拉多博士表示：“理解活生物体中干细胞的调控机制是干细胞生物学和再生医学领域的重大挑战之一。这项发现挑战了我们对干细胞‘微环境’的认知，可能极大促进我们对如何控制干细胞修复受损组织能力的理解。”
成体涡虫干细胞能转化为任何类型的细胞，这与大多数动物的干细胞不同，后者通常被严格限制只能形成少数几种细胞类型。这种严格控制有助于防止不受控的生长——这一过程可能导致癌症。
桑切斯·阿尔瓦拉多博士说：“我们希望揭示引导干细胞形成特定组织而非失控的基本规则，因为人类大多数肿瘤的发生始于干细胞不再遵循这些规则之时。”
曼博士解释道：“传统微环境的作用更像是微观管理者，指示细胞‘你可以是干细胞，但只能是特定类型的’。然而，我们现在发现，正常的微环境可能并非干细胞发挥作用所必需。有些干细胞，比如涡虫的干细胞，已经找到了独立运作的方式，无需邻近微环境就能转化为任何类型的细胞。”
研究团队利用一种名为空间转录组学的先进技术，检测了单个细胞及其周围环境中哪些基因处于活跃状态。这揭示了意想不到的邻近细胞，包括一种此前从未被描述过的细胞——一种表面伸出许多指状突起的大型细胞。研究人员将这些细胞命名为“百臂细胞”（hecatonoblasts），取自希腊神话中多臂巨人赫卡同克瑞斯。
曼博士说：“由于它们与干细胞位置非常接近，我们惊讶地发现百臂细胞并不控制干细胞的命运和功能，这与典型的干细胞-微环境关系相悖。”
干细胞最强的指令并非来自邻近细胞，而是来自数据集中第二常见的细胞类型——肠道细胞。这些远处的细胞似乎在再生过程中影响着涡虫干细胞的位置和功能，即便距离较远。
共同通讯作者布莱尔·本哈姆-派尔博士（德克萨斯州休斯顿贝勒医学院助理教授，前斯托尔斯博士后研究员）说：“我倾向于将这视为局部与全局通讯网络。虽然干细胞与其邻近细胞的相互作用影响干细胞的即时反应，但远距离相互作用可能控制干细胞对生物体重大变化的响应。”
研究揭示，涡虫干细胞的运作无需固定的、基于接触的微环境。本哈姆-派尔博士表示：“我们发现，干细胞旁边并没有特定的细胞类型或因子控制其身份。”研究团队认为，这种独特的独立性或许解释了为何涡虫能完全再生，而大多数动物却不能。
本哈姆-派尔博士指出：“关键发现是，整个涡虫具有一种特性，既允许微妙的局部相互作用，也允许全局信号事件，使干细胞能够实现这些非凡的再生壮举。”
桑切斯·阿尔瓦拉多博士说：“最令人惊讶的发现是，至少在涡虫中，干细胞所处的环境并非固定不变，而是动态的——干细胞的生存位置本质上是由干细胞及其后代在分化过程中‘结交’的‘朋友’所构建。我们越了解邻近细胞和体内整体信号如何协同增强干细胞的能力，就越能更好地开发改善身体自然愈合的方法。这些知识未来可能有助于开发人类新的治疗方法和再生疗法。”