斷尾再生，蠑螈和蜥蜴大不同

蠑螈的斷尾能完全恢復成原先的樣子，但是蜥蜴重新長出的尾巴里缺乏神經細胞。一項新研究發現，這主要是因為兩種動物神經幹細胞分化能力的差異。

上：KUTTELVASEROVA STUCHELOVA/SHUTTERSTOCK; 下：HOLLY GUERRIOX/ISTOCKPHOTO

撰文 Leah Rosenbaum

翻譯 阿金

審校 戚譯引

蠑螈和蜥蜴都有斷尾再生的能力，但是效果不完全相同。

蠑螈重新長出的尾巴幾乎跟原先的一模一樣，從內部骨骼到所有種種，而蜥蜴的新尾巴裡面只有軟骨，沒有神經細胞。上月 13 日發表在《美國科學院院報》（Proceedings of the National Academy of Sciences）的一項研究指出，這樣的區別源於它們脊髓內幹細胞的差異。

當蠑螈失去尾巴的時候，其脊髓內的神經幹細胞能夠分化成任意類型的神經系統細胞，包括神經細胞，或者說神經元。但是在演化的過程中，蜥蜴的神經幹細胞卻「已喪失這種能力」，該論文的合作者，來自匹茲堡大學（University of Pittsburgh）的生物學家托馬斯·洛奇托（Thomas Lozito）提到。他們發現，蜥蜴雖然能夠重新長出軟骨和皮膚，但是卻再也製造不出神經元。

洛奇托和同事們研究了墨西哥鈍口螈（Ambystoma mexicanum）和兩種蜥蜴（綠色安樂蜥(Anolis carolinensis)和哀鱗趾虎(Lepidodactylus lugubris)）的神經幹細胞，他們想了解蜥蜴自身的幹細胞是否真的無法分化成神經元，以及蜥蜴尾巴的環境會不會阻止神經元的再生。因此，研究人員將蠑螈的神經幹細胞移植入五條鱗趾虎的斷尾末端，一些細胞在重新長出的尾巴中變成了神經元，這說明是蜥蜴的幹細胞出了問題。

這個發現表明，要想讓蜥蜴長出更完整的尾部，科學家只需要改變它的幹細胞，而不是尾巴的其他部分。

在熒光顯微鏡成像中，蜥蜴和蠑螈原來的尾巴橫截面（左）中都有軟骨（綠色）和神經細胞（紅色）。在再生的尾巴（右）中，蜥蜴的尾巴（右上）主要由軟骨構成，而蠑螈的尾巴（右下）還長出了新的神經細胞。

為什麼蜥蜴丟失了重新製造神經元的能力，而蠑螈卻保留了這種能力，這仍然是個謎。科學家知道，物種在演化樹上的地位和其身體部位的再生能力有一定關係。「物種越複雜，它能再生的部分就越少」，維也納分子病理研究院（ Research Institute of Molecular Pathology）的發育生物學家卡特琳娜·拉斯特（Katharina Lust）評論，她沒有參與此項研究。作為有機體，像蜥蜴這樣的爬行動物要比蠑螈這樣的兩棲動物複雜得多。

研究人員計劃使用 CRISPR/Cas9 基因編輯技術，探索是否能改造蜥蜴的神經幹細胞，從而讓它們長出完美的尾巴。最終，研究團隊希望將來能夠改造哺乳動物的幹細胞，使其能夠再造身體部位。

洛奇托說：「我的目標是造出第一隻能夠斷尾再生的小鼠，而蜥蜴就像是通往這個目標的一塊墊腳石。」

文章鏈接：

https://www.sciencenews.org/article/how-salamanders-can-regrow-tails-lizards-cant

論文信息

【標題】Differences in neural stem cell identity and differentiation capacity drive divergent regenerative outcomes in lizards and salamanders

【作者】Aaron X. Sun, Ricardo Londono, Megan L. Hudnall, Rocky S. Tuan, and Thomas P. Lozito

【期刊】PNAS

【時間】13 August 2018

【DOI】10.1073/pnas.1803780115

【摘要】While lizards and salamanders both exhibit the ability to regenerate amputated tails, the outcomes achieved by each are markedly different. Salamanders, such as Ambystoma mexicanum, regenerate nearly identical copies of original tails. Regenerated lizard tails, however, exhibit important morphological differences compared with originals. Some of these differences concern dorsoventral patterning of regenerated skeletal and spinal cord tissues; regenerated salamander tail tissues exhibit dorsoventral patterning, while regrown lizard tissues do not. Additionally, regenerated lizard tails lack characteristically roof plate-associated structures, such as dorsal root ganglia. We hypothesized that differences in neural stem cells (NSCs) found in the ependyma of regenerated spinal cords account for these divergent regenerative outcomes. Through a combination of immunofluorescent staining, RT-PCR, hedgehog regulation, and transcriptome analysis, we analyzed NSC-dependent tail regeneration. Both salamander and lizard Sox2+ NSCs form neurospheres in culture. While salamander neurospheres exhibit default roof plate identity, lizard neurospheres exhibit default floor plate. Hedgehog signaling regulates dorsalization/ventralization of salamander, but not lizard, NSCs. Examination of NSC differentiation potential in vitro showed that salamander NSCs are capable of neural differentiation into multiple lineages, whereas lizard NSCs are not, which was confirmed by in vivo spinal cord transplantations. Finally, salamander NSCs xenogeneically transplanted into regenerating lizard tail spinal cords were influenced by native lizard NSC hedgehog signals, which favored salamander NSC floor plate differentiation. These findings suggest that NSCs in regenerated lizard and salamander spinal cords are distinct cell populations, and these differences contribute to the vastly different outcomes observed in tail regeneration.

【鏈接】http://www.pnas.org/content/early/2018/08/07/1803780115/tab-figures-data

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