墨西哥中部的霍奇米尔科湖（LakeXochimilco）中生活着一种罕见的蝾螈——墨西哥钝口螈 （Ambystoma mexicanum）。在野外，钝口螈不会变态发育：它们的成体与幼体的外形非常相似。钝口螈的身体终生具有再生能力（如：断肢再生）。再生过程可能需要几个月，新生肢体与原来并无区别，功能健全，不留疤痕。这种现象在蝾螈中很普遍，但在其他脊椎动物中却十分罕见。
非洲爪蟾和墨西哥钝口螈
在大西洋的另一端，撒哈拉以南的非洲湿地上生活着非洲爪蟾（Xenopus laevis）。与蝾螈不同，爪蟾会经历变态发育过程：蝌蚪变成蟾蜍，并失去了大部分再生能力。成年爪蟾的腿被截断后，会逐渐被尖尖的、不分节的软骨取代，形同金刚狼。
由分子病理学研究所Elly Tanaka和苏黎世联邦理工学院Barbara Treutlein领导的国际团队对蝾螈和蛙类之间的差异感到困惑，于是，他们在细胞和分子水平上展开了相关研究。
当钝口螈失去一条附肢时，同类型细胞会聚集在一起形成芽基。这是一团去分化的细胞，它们能以复杂的方式重建失去的肢体。从肌腱到骨头、软骨和韧带，来自芽基的干细胞使所有组织得以重新生长。欧洲分子生物学实验室的博士后Tobias Gerber说：“我们发现非洲爪蟾的芽基不能产生再生干细胞，而再生干细胞是重新长出附肢所必需的。钝口螈似乎具有一些额外的机制，帮助它实现再生。”
非洲爪蟾芽基的奇怪行为有两种可能的解释：细胞的内部机制阻止它们回到干细胞阶段；或爪蟾体内的某些机制出现问题（如免疫系统）。论文第一作者Tzi-Yang Lin说：“我们想要了解，成年非洲爪蟾的芽基细胞脱离原本的环境后会发生什么。我们将来自芽基的细胞移植到蝌蚪发育中的肢芽中，结果表明，即使在这种不受限制的发育环境中，成年芽基也不能产生具备功能的肢体。”
随后，研究人员采用单细胞RNA测序方法，试图明确哪些基因在成年爪蟾芽基、胚胎肢芽（爪蟾）和钝口螈芽基细胞中的表达存在差异。他们发现，成年爪蟾软骨的再生在分子层面既不同于其胚胎时期，也不同于钝口螈。即使将成体芽基细胞移植到蝌蚪的肢芽中，其基因表达也没有跟上。这些细胞仍然没有反应，也没有形成肢体，这表明它们从根本上就无法被重新编程。
本次研究为再生的分子基础提供了新见解，对再生医学具有重要意义。“当我谈到对钝口螈再生的研究时，想到的第一个问题总是‘为什么人类不能再生肢体？’”研究人员说，“我们将非洲爪蟾作为基石，来理解为什么人类等其它动物的再生能力如此有限。”Elly Tanaka补充道：“我们的研究首次检测了，钝口螈和非洲爪蟾的细胞能否以同样的方式形成再生干细胞。最终，我们希望这项工作能够帮助人们理解哺乳动物的再生。”
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编译：灯丝 审稿：西莫 责编：陈之涵
期刊来源：《发育细胞》
期刊编号：1534-5807
原文链接：
https://phys.org/news/2021-05-frogs-regenerate-lost-limbs-axolotls.html
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