涡虫学家培育新头的指南

切掉这条虫子身体的任何部位，它就会再生。这就是被称为涡虫的淡水扁虫壮观而神秘的再生能力。怀特海研究所成员彼得·雷迪恩的实验室研究了这一非凡壮举背后的原理

在他们发表在PLOS Genetics上的最新研究中，第一作者、科学家M.Lucila Scimone、Reddien及其同事描述了涡虫如何通过操纵信号通路来恢复其神经系统的大部分，甚至用功能齐全的大脑再生新的头部

这条被称为Delta Notch信号通路的通路使神经元能够引导一类祖细胞（将分化为特殊类型的未成熟细胞）分化为胶质细胞，即支持和保护神经元的非神经元细胞。该机制确保在损伤后精确恢复给定位置的神经元和神经胶质的空间模式和相对数量

“这一过程使涡虫能够更有效地再生神经回路，因为神经胶质细胞只在需要的地方形成，而不是在体内广泛产生并随后被消除，”Reddien说，他也是麻省理工学院的生物学教授和霍华德·休斯医学研究所的研究员

协调再生

多种细胞类型共同作用，形成功能正常的人脑。这些包括神经元和一组更丰富的细胞，称为神经胶质细胞——星形胶质细胞、小胶质细胞和少突胶质细胞

尽管神经胶质细胞不是神经系统的基本单位，但它们在维持神经元之间的连接（称为突触）、清除死细胞和其他碎片以及调节神经递质水平方面发挥着关键作用，有效地将神经系统像胶水一样粘在一起

几年前，Reddien及其同事在涡虫中发现了看起来像神经胶质细胞并具有类似神经支持功能的细胞。这导致了2016年首次对涡虫中的神经胶质细胞进行表征。

与哺乳动物不同，哺乳动物中的同一组神经祖细胞同时产生神经元和神经胶质，涡虫中神经胶质细胞起源于一组单独的、专门的祖细胞。这些祖细胞被称为吞噬祖细胞，不仅可以产生神经胶质细胞，还可以产生决定蠕虫颜色的色素细胞，以及其他鲜为人知的细胞类型

为什么涡虫中的神经元和胶质细胞起源于不同的祖细胞，以及最终决定吞噬祖细胞分化为胶质细胞的因素是什么，这些问题仍然困扰着Reddien和团队成员。然后，一项研究表明，涡虫神经元在神经胶质形成之前会再生，这让研究人员怀疑神经元和吞噬祖细胞之间的信号机制是否指导涡虫神经胶质的鉴定

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解开这一谜团的第一步是研究Notch信号通路，该通路在其他生物体的神经元和胶质细胞发育中起着至关重要的作用，并确定其在涡虫胶质细胞再生中的作用

为此，研究人员使用RNA干扰（RNAi）——一种减少或完全沉默基因表达的技术——来关闭参与Notch通路的关键基因，并截断涡虫的头部。事实证明，Notch信号传导对涡虫的神经胶质再生和维持至关重要——RNAi后，动物体内没有发现神经胶质细胞，而其他类型吞噬细胞的分化不受影响

在研究人员测试的不同Notch信号通路成分中，Notch-1、delta-2和无毛抑制基因的转动产生了这种表型。有趣的是，信号分子Delta-2在神经元表面发现，而Notch-1在吞噬祖细胞中表达

有了这些发现，研究人员假设神经元上的Delta-2和吞噬祖细胞上的Notch-1之间的相互作用可能决定了涡虫神经胶质细胞的最终命运

为了验证这一假设，研究人员将缺乏notch-1基因的涡虫或缺乏delta-2基因的涡鱼的眼睛移植到野生型动物体内，并评估了移植部位周围神经胶质细胞的形成。他们观察到，notch-1缺陷的眼睛周围仍然形成神经胶质细胞，因为notch-1在宿主野生型动物的神经胶质祖细胞中仍然是活跃的

然而，即使吞噬祖细胞中的Notch信号通路完整，delta-2缺陷的眼睛周围也没有形成神经胶质细胞，这证实了感光神经元中的delta-2是吞噬祖细胞分化为眼睛附近神经胶质细胞所必需的

Scimone说：“这项实验确实向我们展示了同一枚硬币的两面——一个是表达Notch-1的吞噬祖细胞，一个是表示Delta-2的神经元——共同指导生物体内胶质细胞的鉴定。”

研究人员将这种现象命名为协调再生，因为它允许神经元在特定位置影响胶质细胞的模式和数量，而不需要单独的机制来调整神经元和胶质细胞的相对数量

该小组现在有兴趣研究同样的现象是否也可能涉及其他组织类型的再生 More information: M. Lucila Scimone et al, Coordinated neuron-glia regeneration through Notch signaling in planarians, PLOS Genetics (2025). DOI: 10.1371/journal.pgen.1011577

Journal information: PLoS Genetics