JMT日本干细胞涡虫干细胞全身都是干细胞的涡虫的机制是指

本篇文章概述

·涡虫的所有细胞中有10％是干细胞

·涡虫干细胞是可以分化为所有细胞的“全能干细胞”

涡虫是一种体长约为1至3厘米的生物，为了获取再生医学实际应用的线索正在利用它进行研究。

在本文中，将解释干细胞研究中必不可少的涡虫的机制。

目录

1.涡虫的再生能力

2.涡虫全身都有干细胞

3.从涡虫中分离出干细胞

4.干细胞的分子机制

1.涡虫的再生能力

被称为涡虫的生物以其“再生能力”而闻名，将其切成两半后，被切开的身体会再生为两个个体。许多人可能都记得它，因为它出现在初中科学教科书中。自1900年以来，这种涡虫的再生已得到确认，迄今已进行了100多年的研究。

涡虫，也称为Turbellaria，生活在淡水，海水和潮湿地方的土地中。属于扁形动物，涡虫是涡虫纲所属以外的扁形动物，并且大部分是寄生虫，例如绦虫和阔节裂头绦虫等。

这一类的动物多种多样，有些地方的分类和名称并不明确。在日本，被称为涡虫的又被分为了涡虫目、涡虫亚目、三角涡虫科。

这种涡虫的再生能力非常强，如果将身体切成三部分，则头部到腹部、腹部到底部，尾巴到头部以及中间片段到头部和尾巴都将被再生。换句话说，不仅身体再生，而且可以按照身体的方向正确再生。该方向称为“极性”，但是正确再现该极性的机制仍不清楚，目前正在研究中。

即使制成了100个以上的片段，虽然再生速度有所不同，但是有报告说所有的片段都可以再生。但是，它不能从咽部或眼睛周围再生。另外，在尝试切割时，如果涡虫不处于断食状态，则自己体内的消化液就会把身体分解掉。

涡虫具有很强的适应环境的能力，例如无性繁殖（它会像细胞分裂一样由一个生成两个）和有性繁殖（根据周围的环境而使用精子和卵）。

2.涡虫全身都有干细胞

用高倍率的显微镜观察涡虫的话，就会发现它全身分布着核大、细胞质小的细胞。这个“核大，细胞质小（细胞体积中核占的比例大）”的细胞是未分化的细胞，也就是干细胞的可能性高的细胞形态特征。

如果放射线照射到涡虫上，这个拥有大核的细胞就会消失。这也是未分化细胞的特征。分化后的细胞会抑制增殖能力，或者消失，起到各个细胞的作用。另一方面，一般未分化的细胞增殖能力很高，不断地进行细胞分裂增殖细胞。

细胞分裂的时候，需要DNA的复制。放射线照射到那个细胞的话，DNA上会发生变异，诱导细胞死亡。因此，干细胞等未分化细胞对放射线具有较弱的性质。

这个未分化的细胞估计就是干细胞，因为全身都分布有干细胞存在，所以可以预想到涡虫不管怎么被切断都会再生，但是如果是100多个碎片也会再生的话，全身就需要相当数量的干细胞。并且，因为是完全身体再生，可以预想到涡虫具有的干细胞是无论什么细胞都能分化的全能性干细胞。

3.从涡虫中分离出干细胞

日本京都大学的研究小组试图分离涡虫干细胞。使用细胞排序技术将干细胞分离，通过X射线的照射确认这是干细胞，调查了细胞数后发现，涡虫全部细胞中有10%是干细胞。

进一步分析的话，证实了涡虫干细胞有2种，存在着大量细胞分裂的干细胞和不进行细胞分裂的静止期的干细胞，也就是冬眠状态的干细胞。而且这两种类型的干细胞分布倾向不同，冬眠状态的干细胞在表皮一侧，其内侧存在着进行大量细胞分裂的干细胞。

关于为什么存在这两个干细胞，已经提出了假说。静止期的干细胞，有管理者的作用，只在必要的时候进行分裂。复制生成的细胞大量进行细胞分裂，以提供干细胞的假设为基础，现在正在进行研究。

但是，静止期的干细胞如果被给予信号的话，有可能开始细胞分裂。因此，研究小组预测，涡虫体内存在着将干细胞从周围环境中分隔开、维持静止期的微小环境（壁龛）。这是一种机制，只有在必要的时候才能拆除隔离壁，管理细胞复制生成干细胞，供给必要的干细胞。

而且，我们还知道，涡虫的干细胞有细胞增殖的干细胞和处于静止期的干细胞两种，piwi这个基因的出现是必要的。细胞分裂中性格迥异的两种细胞，如果没有piwi基因的发现，就不能维持干细胞的性质。

4.干细胞的分子机制

Piwi基因最初在果蝇生殖细胞中发现，是维持生殖细胞性状的重要基因。真核生物（包括人和果蝇）的基因组中存在一种称为转录调控子的基因发挥重要作用。因为只有分化的细胞的种类也存在这个转印调节因子群的调节模式的种类，DNA上稍微的变异也会产生很大的影响。

该转录调控子在生殖细胞中的自由运动增加了遗传信息无法准确地传递给后代的可能性。Piwi已被证明可以通过抑制转录调控子的表达来保护生殖细胞DNA免受转录调控子基因突变的影响。

有了这种理论，可以理解为Piwi对干细胞也很重要。干细胞可以分化为多种细胞，并同时充当主数据，就像涡虫静态干细胞一样。当转录调控子引起干细胞DNA突变时，干细胞可能无法正确分化。为了避免这种情况，认为piwi也在干细胞中表达，其功能抑制转录调控子引起的DNA突变，并以正确的序列保持DNA。

当在DNA上引入突变时，携带突变的DNA细胞可能会因细胞死亡而从活体中移出。这是因为凋亡系统中包含的DNA检查功能发挥作用。但是，被该检查功能忽略的突变有细胞分裂或增殖的风险。因此，除了DNA检查功能外，细胞还具有抑制引起DNA突变的机制的系统。

可以分化成所有细胞的“全能干细胞”，例如涡虫干细胞，必须具有分化成所有细胞的能力。当分化成每个细胞时，调节基因表达的“转录调节子”的功能很重要。由于仅针对分化的细胞类型，该转录调节基团具有不同类型的调节模式，因此即使DNA中的微小突变也具有很大的作用。

已有100多年的研究解释了涡虫再生，揭示了复杂基因转录调控机制如何正确发挥作用，准确表达目的基因以及合成所需蛋白质的干细胞机制的一部分。对例如人类和小鼠等非哺乳动物以外的生物，以及诸如涡虫和果蝇之类的生物的研究仍在积极进行中，因为可以从各个角度进行研究，往往可以找到可应用于人类的研究结果。由于干细胞存在于许多动物中，因此已经在广大的动物（如浮游动物到人类）中对它们进行了研究。