再生是动植物体内替换或恢复受损或缺失的细胞、组织、器官，甚至整个身体部位以实现其全部功能的自然过程。动物成体再生程序包括炎症反应、伤口修复、细胞增殖和缺失结构的替代。尽管再生在一些动物中很常见，但在某些脊椎动物中，再生却受到很多限制或者根本不可能。在再生能力有限的脊椎动物 (如哺乳动物) 中，伤口修复通常以纤维化疤痕的形成而告终，随后不再再生。在再生能力较强的动物中，伤口修复和再生是联系在一起的，但这两个过程之间的分子关系尚不清楚。成体干细胞在再生中的作用仅在少数模式动物中进行了研究，其中突出的是涡虫、蝾螈和硬骨鱼。我们将这些研究扩展到了一个非传统的研究模型，即被囊动物亚门的玻璃海鞘 (Ciona intestinalis)。海鞘已存活5.4亿年，是进化程度最高的无脊椎动物。海鞘作为理解胚胎发育基本原理的模型有着悠久的历史，被认为是脊椎动物的脊索动物姐妹群。海鞘具有很强的再生能力，作为最接近脊椎动物的无脊椎动物，在进化研究中占据重要位置。因此，海鞘对于理解干细胞对再生的贡献以及脊索动物门内再生能力的进化提供了一种比较学的研究方法。 

　　海鞘的再生涉及位于咽部鳃囊脉管系统中的成体干细胞的增殖以及祖细胞向远端损伤部位的迁移。将海鞘身体一分为二后，再生发生在近端片段，但不发生在远端，即使远端包括鳃囊的一部分干细胞。我们利用从再生的近端身体片段中获得的鳃囊转录组信息，研究了这种单向再生的分子基础。转录组中上调最明显的基因是编码伴侣蛋白的hsp70以及编码伴侣蛋白相关蛋白的dnaJb4和bag3，其在鳃囊脉管系统中表达，而鳃囊脉管系统之前已被鉴定为干细胞和祖细胞。siRNA介导的基因敲除显示，在再生过程中，hsp70和dnaJb4 是祖细胞在损伤部位聚集所必需的，并且热休克可以诱导含有部分鳃囊组织的身体远端片段的完全再生，这表明再生依赖于压力反应的激活。压力反应是由远端损伤后鳃囊脉管系统中hsp70、dnajB4 和 bag3 的上调决定的，这对于再生至关重要。远端片段中通常不存在压力反应，但热休克可以诱导压力反应，从而激活鳃囊脉管系统中的细胞分裂并促进再生。研究结果表明，热休克可诱导鳃囊脉管中的细胞增殖和海鞘远端组织的完全再生。这项研究证明了压力反应对于基底脊索动物干细胞激活和再生的重要性，这可能对于理解其他动物 (包括脊椎动物) 有限的再生能力有意义。 　　  

　　图注：热休克对hsp70和dnaJb4表达、细胞增殖和远端片段再生的影响。 　　  

　　该研究成果近日发表在国际著名学术期刊《BMC Biology》上，论文题目为 “Differentially expressed chaperone genes reveal a stress response required for unidirectional regeneration in the basal chordate Ciona”。马里兰大学的Jeffery 教授和中国科学院昆明动物研究所的马莉研究员是该论文的共同通讯作者。该项目历时五年，样本的采集和实验在位于美国马萨诸塞州的芝加哥大学伍兹霍尔海洋生物学实验室和法国罗斯科夫生物站完成。该研究由Jeffery 教授和马莉研究员策划，Jeffery 教授和马莉研究员完成了实验样本的制备，生物信息学分析由昆明动物研究所洞穴鱼类发育与进化学科组的博士研究生李博和昆明动物研究所计算生物与医学生态学组的特别研究助理李连伟完成。功能实验由Jeffery 教授在伍兹霍尔海洋生物学实验室和罗斯科夫生物站完成。这项工作得到了美国马里兰大学Jeffery 教授实验室的Mandy Ng 和罗斯科夫生物站？pela Gori？ki 的帮助和支持。 　　  

　　图注： 热休克压力反应下口腔虹吸管的再生模型。 

　　论文链接： https://bmcbiol.biomedcentral.com/articles/10.1186/s12915-023-01633-y