人类虽然可以定期替换某些细胞，如血液和肠道细胞，但却无法自然再生身体其他大多数部位。例如，当内耳中的微小感觉毛细胞受损时，往往会导致永久性听力丧失、耳聋或平衡问题。相比之下，鱼类、青蛙和雏鸡等动物却能轻松地再生这些感觉毛细胞。
现在，Stowers医学研究所的科学家们发现了两种不同基因如何引导斑马鱼感觉细胞的再生过程。这项发现加深了我们对斑马鱼再生机制的理解，并可能指导未来关于听力损失和再生医学的研究，尤其是在哺乳动物中。
“像我们这样的哺乳动物无法再生内耳中的毛细胞，”该研究的合著者、Stowers研究所研究员Tatjana Piotrowski博士表示。“随着年龄增长或长期暴露于噪音环境中，我们会逐渐失去听力和平衡能力。”
Piotrowski实验室发表在《自然通讯》（Nature Communications）上的这项新研究表明，细胞分裂是如何被调控以同时促进毛细胞再生并维持干细胞供应的。研究团队由前Stowers研究员Mark Lush博士领导，他们发现控制细胞分裂的两个不同基因分别调控着斑马鱼中两类关键感觉支持细胞的生长。这一发现可能帮助科学家研究未来是否能在人类细胞中触发类似的过程。
Piotrowski解释道：“在正常组织维护和再生过程中，细胞需要增殖以替代那些死亡或脱落的细胞——但这只有在存在可以分裂的细胞时才有效。要理解增殖是如何被调控的，我们需要了解干细胞及其后代何时分裂以及何时分化。”
斑马鱼是研究再生的理想模型。从头部到尾鳍，它们身上分布着一种称为神经丘（neuromasts）的感觉器官，排列成一条直线。每个神经丘看起来像一头大蒜，顶部长出“毛细胞”。周围的各种支持细胞可以生成新的毛细胞。这些帮助斑马鱼感知水流运动的感觉细胞，与人类内耳中的细胞非常相似。
由于斑马鱼在发育过程中是透明的，且其感觉器官系统易于接触，科学家可以直观观察、进行基因测序并修改每一个神经丘细胞。这使他们能够研究干细胞更新机制、祖细胞（毛细胞的直接前体）的增殖，以及毛细胞再生过程。
Piotrowski表示：“我们可以操控基因，测试哪些基因对再生至关重要。通过理解这些细胞在斑马鱼中如何再生，我们希望找出为何哺乳动物中不会发生类似的再生，并探讨未来是否有可能鼓励这种过程。”
研究揭示了新的见解，可能有助于未来听力损失治疗的研究。神经丘中有两个主要的支持细胞群体参与再生：位于神经丘边缘的活跃干细胞和靠近中心的祖细胞。这些细胞进行对称分裂，使得神经丘能够持续生成新的毛细胞，同时不耗尽其干细胞库。研究团队使用测序技术确定每种细胞类型中活跃的基因，结果发现两种不同的cyclinD基因只存在于其中某一个细胞群体中。
随后，研究人员在干细胞和祖细胞群体中分别对这两个基因进行了遗传改造。他们发现，不同的cyclinD基因各自独立调控这两种细胞类型的分裂。
Piotrowski说：“当我们让其中一个基因失效时，只有对应的一个细胞群体停止分裂。这一发现表明，器官内的不同细胞群可以被单独控制，这或许有助于科学家理解其他组织如肠道或血液中的细胞生长。”
缺乏特定cyclinD基因的祖细胞不再增殖，但仍然形成了毛细胞，这说明细胞分裂与分化是可以分离的。值得注意的是，当将原本只在干细胞中起作用的cyclinD基因引入祖细胞后，祖细胞的分裂得以恢复。
华盛顿大学研究斑马鱼侧线感觉系统的教授David Raible博士评论了这项研究的重要性：“这项工作揭示了一种精妙的机制，在促进毛细胞再生的同时保持了神经丘干细胞的稳定。它可能帮助我们探索类似过程是否存在于哺乳动物中，或者是否可以被激活。”
由于cyclinD基因也在许多人体细胞（如肠道和血液细胞）中调节增殖，研究团队的发现可能不仅限于毛细胞再生领域。
Piotrowski总结道：“来自斑马鱼毛细胞再生研究的洞察，最终可能为其他器官和组织的研究提供参考，无论是那些自然再生的还是不能再生的。”
更多信息：
Stem and progenitor cell proliferation are independently regulated by cell type-specific cyclinD genes, Nature Communications (2025). DOI: 10.1038/s41467-025-60251-0
期刊信息： Nature Communications
引用方式：
Regrowing hearing cells: New gene functions discovered in zebrafish offer clues for future hearing loss treatments (2025, July 14) 取自
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