某些物种，如星水母，具有在严重受伤后再生身体大部分的惊人能力。研究表明，这一再生过程涉及身体远离受伤部位的细胞和分子，旨在恢复动物的原始形状。这项研究强调了维持动物体形的重要作用，并加深了我们对支配再生的分子途径的理解。
我们的身体以惊人的方式适应变化的环境。例如，无论夏天多么炎热或冬天多么寒冷，我们的体内温度都保持在约37°C，这一过程被称为体内平衡。这个看不见的平衡行为对生存至关重要，使动物能够在外界环境波动时保持内部条件稳定。来自EMBL海德堡的Ikmi小组的最新研究发现，体内平衡可能超越内部调节，积极地重塑生物的形态。
星水母（Nematostella vectensis）以其卓越的再生能力而闻名。如果其头部或脚被切除，它会简单地再生出新的。如果被切成两半，两个半部分都会再生成完整的、功能正常的水母。
与一些再生动物（如蝾螈和鱼）专注于重建与剩余部分成比例的失去部分不同，这种水母采取了一种独特的方法。它重新塑造其整个身体，以保持相同的整体形态，即使这涉及改变未受伤的部分。这种特性同样可以在能够进行全身再生的扁虫和其他生物中观察到。
“再生根本上是关于在组织损失或受伤后恢复功能，”EMBL的研究小组负责人、近期在《发育细胞》期刊上发表新研究的高级作者Aissam Ikmi说。“大多数研究通常关注再生的模式和大小，但我们的结果表明，保持形状也是至关重要的——这是生物体主动管理的内容。”
这一发现的契机是当Stephanie Cheung（Ikmi小组的博士研究员）注意到一个异常现象。在一只水母的脚受伤后，她发现不仅受伤部位有细胞分裂，还有意想不到的分裂发生在口部，身体的另一端。这表明水母在对受伤作出反应时，通过其身体传递信号。
为了进一步研究这一现象，研究团队运用了一种称为空间转录组学的技术，以及精密的成像方法。这使他们能够识别在再生过程中水母身体不同部分活跃的基因。他们的发现出乎意料：伤口引发了接近和远离伤口的区域的分子变化。细胞迁移和组织重组，有效地重塑了整个生物体。
有趣的是，身体重塑的程度受到受伤严重程度的影响。失去一只脚仅引起轻微调整，而被切成两半则导致广泛的重塑。研究人员识别出一组称为金属蛋白酶的酶，它们在失去更多组织时变得越来越活跃。这些酶不仅在伤口部位起作用，还遍布整个身体，帮助组织重新对齐。
“这是首次在这样的动物中记录金属蛋白酶活性，”Ikmi小组的一位主要作者、资深研究技术员Petrus Steenbergen说。“我必须为Nematostella创建和完善实验条件，因为对于其他物种的信息有限。这花了一些时间，但最终的发现是非常令人满意的。”
这一突破发生在研究人员意识到所有这些变化都是为了将水母恢复到其原始形状。通过计算长宽比——长度与宽度的关系——他们发现水母恢复到了受伤前的比例。因此，即使在受伤后缩小，它仍然保持其整体形状。
“我们可以观察到驱动这一重塑的全身协调，”Ikmi说。“这种比例反应使水母能够恢复其形状，说明像Nematostella这样的生物如何感知和响应组织损失，尺度适合于所遭受的损伤。”
这项研究是一个合作倡议。荷兰Hubrecht研究所的Rik Korswagen团队帮助在水母中实施空间转录组学技术。EMBL海德堡和德国癌症研究中心（DKFZ）的Oliver Stegle小组提供了分析空间基因表达数据所需的生物信息学专业知识和统计方法。
“通过将我们在数据分析和细胞生物学方面的专长结合起来，共同解读这项研究的发现是令人兴奋的，”该研究的另一位主要作者Tobias Gerber说。“这个项目真的是一个合作的体验，我很高兴能参与其中。”
展望未来，Ikmi和他的团队渴望进一步探讨更多问题。“下一个重要的问题是，为什么维持形状如此重要，”Ikmi说。“生物体如何感知自己的形状？是什么使它能够知道自己当前的样子？”
以这种令人瞩目的星水母为模型，他们期待揭示更多关于生物体如何愈合和维持平衡的见解。
