敲除一個基因可以開啟蠕蟲再生身體部分的能力，甚至能夠使其長出一個新的頭部。這樣一個簡單的操作能夠恢復癒合能力的事實，為研究動物體內參與此過程的幹細胞如何被調動提供了新的見解。
一些動物，例如蠑螈和 newts，可以再生整個身體部分，而小鼠如果留下足夠的指甲，則可以再生腳趾（參見《指甲如何再生失去的指尖》）。然而，包括人類在內的其他物種，在截肢後只會產生疤痕組織。今天發表在《自然》網站上的三項研究為這些差異背後的原因提供了新的線索。
所有三項研究都著眼於 Wnt 基因，這些基因編碼一系列酶，這些酶將資訊從細胞外部傳遞到細胞核，最終產生稱為 β-連環蛋白的蛋白質，從而調節基因表達。Wnt 基因存在於所有動物中，但這些研究著眼於它們在渦蟲中的作用。一些渦蟲可以從尾巴等小身體部分完全再生，而其他渦蟲物種的再生能力則較為有限。
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渦蟲，自我治癒
科學家們已經知道，Wnt 基因在蠕蟲的身體中以梯度方式表達——從尾部的高表達量到頭部低表達量——並且懷疑這些基因參與了在癒合過程中指導幹細胞。在最新的研究中，研究人員想找出特定蠕蟲物種再生能力較差是否是由於 Wnt 基因表達不足造成的。
當這些物種在距離尾端一半以上的位置被切開時，它們可以從頭部再生出尾部，但尾部無法形成新的頭部。然而，如果傷口更靠近頭部——距離頭部不超過大約三分之一的位置——那麼兩個部分都將完全再生。
為了解釋這種差異，德國德累斯頓馬克斯·普朗克分子細胞生物學與遺傳學研究所的分子生物學家約亨·林克將一種名為Dendrocoelum lacteum的蠕蟲沿著身體的不同位置切開。然後，他和他的團隊對來自不同傷口的 RNA 進行了測序。研究人員發現，在確實再生出頭部的傷口中，編碼參與 Wnt 通路的一系列酶的基因表達有所增加。但林克說，在那些無法再生的部分中，Wnt 基因“甚至沒有抽搐”。
在第二項研究中，伊利諾伊大學厄巴納-香檳分校的發育生物學家菲利普·紐馬克和詹姆斯·賽克斯（現任職於加利福尼亞州舊金山大學）在另一種名為Procotyla fluviatilis的蠕蟲中發現了 Wnt 基因的類似作用。
但或許最令人驚訝的是，兩個團隊都發現，透過抑制其渦蟲中調節 Wnt 功能的基因，他們可以讓通常不具有再生能力的組織塊長出功能齊全的頭部。
“這對我們的領域來說是一個絕佳的廣告，”英國牛津大學研究渦蟲的生物學家阿齊茲·阿布巴克說，他沒有參與任何一項研究。“這裡的情況是，這些動物不會再生大腦，但透過敲除一個基因，就可以挽救這種情況。”
令人興奮的事情
在第三項研究中，現任職於日本德島大學的梅園義彥及其同事發現，在渦蟲Phagocata kawakatsui中，另一個訊號級聯——細胞外訊號調節激酶 (ERK) 通路——在再生中起著先前未曾預料到的作用。
在給《自然》雜誌的電子郵件中，梅園認為 ERK 蛋白質和 Wnt 蛋白質的作用相互抵消。如果 Wnt 通路占主導地位，則會發出尾部生長的訊號，但如果 ERK 抑制其影響，則可以形成頭部。
由於 Wnt 和 ERK 蛋白質存在於所有動物中，林克認為再生能力可能存在於許多物種中，但可能處於休眠狀態，因為它被沉默了。他認為，一旦消除這種沉默，再生就可能重新出現。
“當然，這是一種可能性，”阿布巴克說。但他認為，其影響不僅僅是蠕蟲重新長出頭部。
“這裡發生的事情是，細胞正在讀取它們在身體中的位置，然後重建所需的結構，”阿布巴克說。“當您肝臟或腎臟的細胞自我替換時也會發生這種情況——如果我們能夠更好地理解這些過程，那將很有用。”