再生能力是一种既能修复受损或丢失组织的日常现象，也堪称一种现实生活中的超能力。受蝾螈或海星等动物惊人再生能力启发，健康研究正在探索未来疗法如何促进难以愈合的组织、肢体甚至整个器官的再生。
一篇发表于《科学进展》的新研究进一步阐明了一个不太可见却至关重要的问题：当组织愈合后，再生过程如何成功结束？
“很多人问过一个问题：‘再生是如何开始的？为什么某些动物和组织可以再生，而其他动物却不行？’”细胞与发育生物学副教授雷切尔·史密斯-博尔顿（Rachel Smith-Bolton）说，“这些都是非常重要的问题，也是我们一直在研究的，但很少有人问，在这个过程结束时……‘它是如何结束并重建应有的结构的？’”
作为这项研究的主要负责人，史密斯-博尔顿与研究生阿尼什·博斯（Anish Bose）及其同事合作，试图找出支持再生结束的机制。他们选择了一种看似不可能的实验对象——果蝇幼虫（Drosophila）。尽管果蝇缺乏像某些其他动物那样显著的再生能力，但几十年的生物研究使其成为研究基因功能的强大模型。此外，果蝇从幼虫到蛹再到成虫的发育过程也为研究再生提供了意外的机会。
果蝇幼虫像其他经历变态的昆虫一样，含有称为“想象盘”的组织。这些想象盘是上皮细胞的构建模块，在蛹期会转变为成虫的眼睛、触角、腿和翅膀等解剖结构。如果在蛹化之前对想象盘造成损伤，它们将会再生。研究人员可以通过精确方式人为造成这种损伤，并追踪想象盘的再生过程。
博斯、史密斯-博尔顿及其合著者假设，特定基因负责确保再生过程结束后产生正确的细胞数量和类型。史密斯-博尔顿的实验室特别关注一个名为Zelda的基因。尽管该基因的名字听起来轻松愉快，但它在发育过程中已知的重要角色令人印象深刻。通过使用一种特殊形式的基因（当幼虫暴露于蓝光时会被失活），他们追踪了在不同再生阶段失活Zelda时，幼虫翅膀盘的恢复情况。
结果显示，在Zelda失活的幼虫中，未受损的翅膀盘正常发育，受损的翅膀盘也可以开始再生。然而，如果没有Zelda，新生成的细胞无法完成任务。当果蝇完成蛹化后，它们的翅膀生长异常，表现为缺失或错位的翅脉和刚毛，以及翅膀各部分之间的边界混乱。
“这项研究最激动人心的发现之一是Zelda在再生过程中的惊人特异性，”该论文的第一作者博斯表示。“在再生的中期阶段，Zelda对于翅膀盘的正确恢复变得至关重要。这揭示了组织在发育过程中生长与损伤后自我修复之间的一个显著区别。”
研究人员还试图将这一令人惊讶的发现与Zelda在发育中已知的功能结合起来。通过该基因，细胞会产生一种转录因子蛋白，其作用是帮助激活其他基因。进一步实验表明，在再生盘中，Zelda帮助控制那些指导组织正确发育的基因的活性。
即使在转录因子中，Zelda也属于一个特殊类别。“这类转录因子被称为先锋转录因子，”史密斯-博尔顿解释道，“这意味着，如果基因组的某个区域被紧密封闭而不表达基因，它可以进入并打开该区域，从而允许基因表达。”“我们现在假设，先锋转录因子可能在这些转变中发挥重要作用。”
虽然Zelda本身是节肢动物特有的基因，但其作为先锋转录因子的身份指向了这项由美国国立卫生研究院（NIH）和伊利诺伊大学支持的研究对我们理解愈合与疾病的意义。此外，不适当的组织生长是癌症的一个标志性特征，对其他先锋转录因子的研究已经导致了新型癌症疗法的发现。
“如果再生疗法的理念是添加驱动过程的因素，那么你必须知道如何适当控制这些因素，同时了解它们可能导致的错误以及如何防止这些错误，”史密斯-博尔顿说，“你如何控制和防止模式及细胞命运的变化？作为实验室，我们一直在识别一些有助于防止这些错误的因素。”
博斯还期待更好地理解Zelda的不同功能，以及由此延伸出的再生动力学。“在正常发育过程中人为增加Zelda水平是否会带来危害？当再生没有发生时，有哪些分子机制能够控制Zelda？”博斯问道，“这些是我们实验室渴望探索的激动人心的方向。”
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