許多生物都具有特殊的能力，使它們在眾多物種中獨(dú)樹一幟。例如，豹每小時(shí)能奔跑60英里；螞蟻能舉起自身體重100倍的物體；扁形渦蟲可以再生出截肢部位?？茖W(xué)家們花了幾十年的時(shí)間，來研究驅(qū)動(dòng)這些驚人特技的機(jī)制，并希望他們能發(fā)現(xiàn)任何的秘密，為人類生物學(xué)帶來新的觀點(diǎn)，并帶來新的方法改善健康和緩解疾病。

現(xiàn)在，來自美國斯托瓦斯醫(yī)學(xué)研究所的研究人員，發(fā)現(xiàn)了一個(gè)關(guān)鍵的分子，可指導(dǎo)渦蟲干細(xì)胞來復(fù)制自己。這個(gè)分子稱為EGFR-3，是一連串信號的一部分，這些信號似乎控制著這些細(xì)胞分裂和分化的方式，以響應(yīng)近致死輻射水平。這一結(jié)果發(fā)表在2016年8月11日的《Developmental Cell》雜志上，對于促進(jìn)再生醫(yī)學(xué)和發(fā)展更有效的癌癥療法，具有重要的意義。

這項(xiàng)研究的通訊作者、斯托瓦斯醫(yī)學(xué)研究所和霍華德休斯醫(yī)學(xué)研究所的Alejandro Sánchez Alvarado博士指出：“在這個(gè)信號級聯(lián)中的所有基因，在從渦蟲到人類之間都是保守的。類似的過程也可能發(fā)生在我們自己的細(xì)胞內(nèi)，只是我們不知道而已。事實(shí)上，擾亂我們身體的任何事情——老化、損傷，甚至辣的食物，都可能影響我們干細(xì)胞的功能。如果我們更好的了解渦蟲如何調(diào)節(jié)它們干細(xì)胞的種群動(dòng)態(tài)，那么就可以為應(yīng)對我們自己的疾病，提供線索。”

渦蟲因其再生性能而享譽(yù)世界。從中間將其分裂成兩半，會在其位置上出現(xiàn)兩個(gè)相同的生物。從動(dòng)物身體上切割約1/279的一個(gè)碎片，它會再生出一只完整的動(dòng)物。這種能力來源于一組特殊的成人干細(xì)胞——稱為成體未分化細(xì)胞（neoblasts），它們散布在這些淡水蠕蟲的體內(nèi)。幾年前，研究人員通過使這些生物接受近致死劑量的輻射，測試了這些有再生能力的生物的極限。他們發(fā)現(xiàn)，即使只存在一個(gè)單一的未分化細(xì)胞，仍然足以再生出渦蟲干細(xì)胞的全部群體。

在本研究中，Sánchez Alvarado想找到形成這些戲劇性種群動(dòng)態(tài)的確切信號。他實(shí)驗(yàn)室的博士后Kai Lei，決定尋找與干細(xì)胞相關(guān)、因此在該過程中發(fā)揮作用的普通嫌疑因子——即EGF、FGF、胰島素、VEGF、TGF-β、Wnt/β-catenin、Hedgehog和Notch信號通路。首先，Lei和他的同事們采用了一種*的分子技術(shù)——被稱為RNA干擾，來沉默可疑信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路中的不同基因。接下來，他讓渦蟲暴露于一定劑量的輻射，該劑量會殺死大部分、但不是全部的成體未分化細(xì)胞。然后，他等待觀察，每一個(gè)沉默的基因?qū)?ldquo;未分化細(xì)胞恢復(fù)、重新繁殖并恢復(fù)輻射動(dòng)物生存的能力”有什么影響。

研究人員發(fā)現(xiàn)，egfr-3基因是未分化細(xì)胞增殖所必需的。這種基因編碼的一種蛋白質(zhì)——被稱為表皮生長因子，位于細(xì)胞表面，已知可刺激另一種細(xì)胞類型的生長、增殖和分化。當(dāng)他們采用熒光染色照亮成體未分化細(xì)胞上的EGFR-3蛋白來確認(rèn)他們的研究結(jié)果時(shí)，他們偶然發(fā)現(xiàn)了一些奇怪的現(xiàn)象。在細(xì)胞頂端的蛋白質(zhì)，就像研究人員預(yù)期的那樣，不是被隨機(jī)分布在整個(gè)表面，而是都聚集在一邊，像一頭任性的頭發(fā)。

EGFR -3的不均勻分布表明，該蛋白可能參與了一種稱為不對稱細(xì)胞分裂的現(xiàn)象，它與對稱細(xì)胞分裂一起，構(gòu)成了細(xì)胞復(fù)制自我的兩種方式。在不對稱的細(xì)胞分裂中，母細(xì)胞分裂成兩個(gè)有不同命運(yùn)的子細(xì)胞——一種可能是成體未分化細(xì)胞，另一種可能是肌肉細(xì)胞或光感受器細(xì)胞。在對稱的細(xì)胞分裂中，母細(xì)胞分裂成兩個(gè)具有相同屬性的子細(xì)胞。

Lei說：“盡管有研究早就提出，細(xì)胞不對稱分裂存在于渦蟲中，但是這項(xiàng)研究提供了其存在的直接分子證據(jù)。”他表明，當(dāng)EGFR -3正常發(fā)揮作用時(shí)，已輻射的neoblasts有一半時(shí)間通過不對稱細(xì)胞分裂而進(jìn)行分裂，另一半的時(shí)間則是通過對稱細(xì)胞分裂進(jìn)行分裂。但當(dāng)他沉默EGFR-3的時(shí)候，不對稱分裂的細(xì)胞受損。

研究人員認(rèn)為，這一特定的途徑可能提供了一種質(zhì)量控制，以確保通過輻射或其他損害而發(fā)生的基因組錯(cuò)誤不會傳播。事實(shí)上，當(dāng)他們進(jìn)一步分析這個(gè)途徑時(shí)，Sánchez  Alvarado和他的團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)了DNA修復(fù)相關(guān)的幾個(gè)基因。

Sánchez Alvarado說：“不對稱的細(xì)胞分裂可能是除掉‘害群之馬’的一種方式。雖然我們沒有證據(jù)，但我們認(rèn)為，這一信號通路有助于除掉攜帶缺陷的細(xì)胞，從而使它們有不同的命運(yùn)，這樣它們就不再制造更多的干細(xì)胞（成體未分化細(xì)胞）。”