美西螈（Ambystoma mexicanum, 也稱鈍口螈，六角恐龍）和其他的蠑螈是唯一能夠再生全肢的四足動(dòng)物。在這個(gè)復(fù)雜的過程中，基因表達(dá)的變化調(diào)節(jié)著新的附屬肢體長(zhǎng)出，但是人們對(duì)損傷如何誘導(dǎo)肢體細(xì)胞形成能夠分化為多種細(xì)胞類型的再生性祖細(xì)胞知之甚少。在肢體再生過程中，對(duì)單個(gè)細(xì)胞進(jìn)行追蹤和分子分析將會(huì)鑒定出不同的分化途徑，并為細(xì)胞如何從成熟的靜息狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)樵偕约?xì)胞譜系提供線索。

美西螈的肢體由許多不同的細(xì)胞類型組成，這些細(xì)胞類型源自神經(jīng)細(xì)胞譜系、肌源性細(xì)胞譜系、表皮細(xì)胞譜系和結(jié)締組織（connective tissue, CT）細(xì)胞譜系。肢體截肢后，來自截肢平面附近的細(xì)胞聚集在一個(gè)稱為芽基（blastema）的獨(dú)特組織中，芽基起著作為再生新肢體的祖細(xì)胞來源的作用。

在一種轉(zhuǎn)基因美西螈品系中，不同的成體細(xì)胞類型的后代能夠在再生過程中被標(biāo)記、追蹤和分離出來，這就為理解特定的細(xì)胞譜系在芽基形成和隨后的肢體再生期間是如何發(fā)育的提供了機(jī)會(huì)。將轉(zhuǎn)基因美西螈品系與單細(xì)胞RNA測(cè)序（scRNA-seq）相結(jié)合能夠追蹤單個(gè)細(xì)胞類型，以及重建這些特定的細(xì)胞譜系的再生過程背后的分子步驟。

作為側(cè)板中胚層（lateral plate mesoderm）的后代，CT細(xì)胞是最為豐富的細(xì)胞譜系，有助于促進(jìn)芽基產(chǎn)生，并且包圍著骨骼和軟骨、肌腱、骨骼外周（periskeleton）以及真皮成纖維細(xì)胞和間質(zhì)成纖維細(xì)胞。這些細(xì)胞檢測(cè)截肢部位所在的位置，導(dǎo)致適當(dāng)?shù)闹w部分再生，從而使得CT細(xì)胞成為破譯和理解再生分子程序的關(guān)鍵細(xì)胞譜系。

在一項(xiàng)新的研究中，德國(guó)研究人員采用一種誘導(dǎo)型Cre-loxP熒光系統(tǒng)建立遺傳標(biāo)記的轉(zhuǎn)基因美西螈品系用于分離成體肢體組織中的CT細(xì)胞和芽基中的CT細(xì)胞后代。他們利用scRNA-seq沿著芽基形成和再生胳膊長(zhǎng)出的密集時(shí)間過程以及胚胎肢體的發(fā)育階段對(duì)CT細(xì)胞進(jìn)行分子分析。這種分子分析表明CT細(xì)胞表達(dá)一進(jìn)入誘導(dǎo)再生時(shí)就失去的成體表型。這種源自CT細(xì)胞的異質(zhì)細(xì)胞群體會(huì)聚到一種均勻而又短暫的芽基祖細(xì)胞狀態(tài)，這種狀態(tài)在后面的階段能夠重現(xiàn)胚胎肢體出芽樣程序。相關(guān)研究結(jié)果發(fā)表在2018年10月26日的Science期刊上，論文標(biāo)題為“Single-cell analysis uncovers convergence of cell identities during axolotl limb regeneration”。

值得注意的是，這些研究人員并沒有在成熟的胳膊中發(fā)現(xiàn)CT干細(xì)胞或芽基樣前體細(xì)胞存在的證據(jù)。他們發(fā)現(xiàn)CT細(xì)胞亞型對(duì)再生胳膊中的近端隔室和遠(yuǎn)端隔室作出空間限制的貢獻(xiàn)。具體而言，一種特定的CT細(xì)胞亞型---骨骼外周細(xì)胞（periskeletal cell）---在截肢部位延伸切斷的骨骼，然而成纖維細(xì)胞性的CT細(xì)胞從頭再生遠(yuǎn)端的骨骼節(jié)段。

通過使用高通量單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組學(xué)分析和一種基于美西螈的腦彩虹克隆譜系追蹤技術(shù)，這些研究人員能夠在再生的最后階段追蹤C(jī)T細(xì)胞譜系的再分化軌跡。

這些發(fā)現(xiàn)確立了多能骨骼祖細(xì)胞（multipotent skeletal progenitor cell）的形成，而這些多能骨骼祖細(xì)胞導(dǎo)致肌腱、韌帶、骨骼、骨骼外周和成纖維細(xì)胞產(chǎn)生。

綜上所述，CT細(xì)胞是理解肢體再生的關(guān)鍵細(xì)胞類型，這是因?yàn)樗鼈冃纬蓤D案化的肢體骨骼，從而指導(dǎo)其他肢體組織（比如肌肉）的再生。鑒于CT細(xì)胞的異質(zhì)性以及與其他細(xì)胞類型混合在一起，人們通常很難研究CT細(xì)胞如何形成再生性芽基細(xì)胞。對(duì)這些新培育出的轉(zhuǎn)基因美西螈報(bào)告品系的使用，再結(jié)合單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組學(xué)分析和克隆追蹤，允許這些研究人員確定出當(dāng)具有不同分子特征的CT細(xì)胞去分化為一種常見的類似于胚胎肢芽細(xì)胞的多能祖細(xì)胞時(shí)，它們經(jīng)歷一種獨(dú)特的分子狀態(tài)。

在未來，測(cè)試這種過渡狀態(tài)中的哪些組分是這種去分化過程所必需的將是比較重要的。此外，這項(xiàng)研究為探究再生相關(guān)基因及其相關(guān)的染色質(zhì)結(jié)構(gòu)在這種過渡過程中如何受到調(diào)節(jié)提供了可能性。最后，這項(xiàng)研究也提供了這樣的一種可能性：在哺乳動(dòng)物動(dòng)物中觀察到的有限再生能力是由于無法將CT細(xì)胞重編程到這樣的胚胎狀態(tài)。

參考資料：Tobias Gerber1,*, Prayag Murawala2,3,*,†,‡, Dunja Knapp et al. Single-cell analysis uncovers convergence of cell identities during axolotl limb regeneration. Science, 26 October 2018, 362(6413):eaaq0681, doi:10.1126/science.aaq0681.

原標(biāo)題：Science：利用單細(xì)胞分析揭示蠑螈再生肢體機(jī)制