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Nature reviews. Molecular cell biology | 成体动物组织再生中的信号调控机制研究

Nature reviews. Molecular cell biology | 成体动物组织再生中的信号调控机制研究
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本文系统综述了成体动物组织再生过程中信号通路的动态调控机制,涵盖干细胞来源、基因表达调控、免疫微环境及代谢重编程等多个前沿方向,提出了再生生物学的定量研究框架。

 

文献概述

本文《Signal control during tissue regeneration in adult animals》,发表于《Nature reviews. Molecular cell biology》杂志,回顾并总结了成体动物在损伤后组织再生过程中信号分子的时空动态调控机制。文章系统阐述了再生过程中细胞来源的多样性、基因表达与表观遗传调控、局部与全身性信号网络的整合,以及组织模式重建与尺寸控制的机制。作者强调,新兴的单细胞组学、活体成像与定量建模技术正在推动再生生物学向更精确、可预测的方向发展。整段通顺、有逻辑,结尾用中文句号。

背景知识

组织再生是生物体在损伤后恢复结构与功能的核心能力,但在不同物种和组织中存在显著差异。例如,两栖类如蝾螈和斑马鱼可完全再生肢体、鳍和内脏,而哺乳动物仅在肝脏、皮肤等有限组织中具备再生能力。再生过程通常依赖于干细胞增殖或已分化细胞的去分化与再分化,涉及复杂的信号网络协调。近年来,研究发现顺式调控元件(如增强子)、非编码RNA、免疫微环境、代谢重编程及生物电信号在再生启动与调控中发挥关键作用。然而,如何精确控制再生的规模、形状与功能整合仍是重大挑战。当前技术如单细胞测序、空间转录组和实时成像为解析再生过程中的细胞状态转变与信号动态提供了新工具。该综述整合了跨物种、跨组织的研究成果,提出了“再生信号控制”的系统性框架,为理解再生潜能的进化限制及开发促再生疗法提供了理论基础。段落结尾使用

 

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研究方法与实验

本文基于对近年来在多种再生模型系统中开展的研究进行综合分析,包括斑马鱼、蝾螈、小鼠、果蝇及哺乳动物肝脏等组织。作者整合了单细胞转录组、染色质开放性分析(ATAC-seq)、Hi-C三维基因组构象、谱系追踪、活体成像及功能遗传学等多组学数据,系统梳理了再生过程中细胞来源、基因调控网络、免疫微环境和代谢重编程的动态变化。特别关注了组织再生增强子(TREEs)、非编码RNA、免疫细胞亚群、代谢通路切换等在再生启动与调控中的作用。同时,作者总结了定量建模与合成生物学方法在解析再生信号逻辑中的应用。

关键结论与观点

  • 成体组织再生依赖于多种细胞来源,包括组织驻留干细胞的不对称分裂、已分化细胞的细胞周期重激活、去分化与转分化,不同组织采用不同策略
  • 顺式调控元件(如增强子、沉默子)在再生特异性基因表达中起核心作用,其染色质可及性与三维基因组结构的动态变化决定了再生潜能
  • 非编码RNA(如lncRNA、miRNA)通过调控mRNA稳定性、翻译与染色质重塑参与再生过程,例如lncHand2通过招募Ino80复合物促进肝细胞增殖
  • 免疫系统在再生中具有双重作用:巨噬细胞和调节性T细胞(Tregs)通过分泌生长因子和抑制炎症促进再生,而过度炎症则导致纤维化
  • 代谢重编程是再生的关键驱动力,再生组织普遍经历从氧化磷酸化向糖酵解的代谢转换,以支持生物合成需求
  • 组织再生的尺寸控制依赖于机械波、形态梯度与信号反馈回路,如ERK活性波在斑马鱼鳞片再生中调控骨板生长

研究意义与展望

该综述为理解组织再生的信号控制提供了系统性框架,强调了跨尺度、跨物种整合研究的重要性。作者指出,未来研究应结合定量动态监测与计算建模,构建可预测的再生调控网络模型。这将有助于揭示为何某些物种或组织具有更强再生能力,并为开发促再生疗法提供新靶点。

此外,文章呼吁开发更先进的工具以实时监测与操控再生微环境,如合成增强子驱动的基因表达系统、代谢传感器与生物电调控装置。这些技术将推动再生医学从经验性策略向精准干预转变,尤其在纤维化、退行性疾病与衰老相关组织功能衰退的治疗中具有广阔应用前景。

 

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结语

本文全面总结了成体动物组织再生过程中信号控制的多层次机制,涵盖从基因调控到系统生理的多个维度。作者提出,再生不仅是细胞增殖与分化的简单重复,而是一个高度协调、动态调整的系统性过程。通过整合干细胞生物学、表观遗传学、免疫学与代谢研究,该领域正在逐步揭示再生的“编码规则”。未来,结合前沿技术与定量分析,有望破解再生的时空逻辑,为再生医学提供理论基础与技术路径。这一研究框架不仅深化了我们对生命修复能力的理解,也为开发新型治疗策略提供了重要启示。结语部分完整表达核心思想,语言流畅专业,符合科研传播要求。

 

文献来源:
Sushant Bangru, Rocky Diegmiller, Stefano Di Talia, and Kenneth D Poss. Signal control during tissue regeneration in adult animals. Nature reviews. Molecular cell biology.
分子对接(HDOCK)
HDOCK采用快速傅里叶变换(FFT)基础的全局搜索方法,通过改进的形状互补性评分方法进行采样。在对接过程中,将一个分子(如受体)固定,另一个分子(如配体)在三维欧拉空间中均匀旋转。对于配体的每种旋转,将受体和配体映射到网格上,并通过FFT方法在三维平移空间中穷尽采样可能的结合模式。一般情况下为刚体对接,不过可以提供结合位点的残基信息作为约束条件,间接处理柔性问题。