作者伊娃·弗雷德里克，怀特黑德生物医学研究所 显微图像显示涡虫新生细胞(蓝色)和分化细胞(黄色)
一些新生细胞和分化细胞表达一种产生肠细胞所需的基因，用粉色圆点表示
荣誉:陈月娇·拉兹/怀特海研究所 涡虫是小型水生蠕虫，以其再生能力而闻名
如果你把一个切成十块，你会得到十个完整的蠕虫
虽然人类拥有大量的特殊干细胞，可以创造出我们的再生身体部分，如头发和皮肤，但这些蠕虫的再生超能力归功于一种特殊的干细胞——新生细胞
这些细胞中至少有一部分是“多能性的”，这意味着它们可以在任何时候分裂成几乎任何类型的细胞
新细胞实际上是涡虫中唯一的分裂细胞——像眼睛或肠道中的完全承诺细胞不能再分裂
“对我们来说，最大的问题是，一个新粒子如何从能够制造任何东西，到制造一个特定的东西？”怀特黑德研究所的博士后研究员陈月娇·拉兹说，她在怀特黑德研究所成员彼得·雷德迪恩的实验室里进行了她的研究生研究
“它们是如何从能够在体内制造任何东西变成，比如说，一个肠细胞，它将一直保持肠细胞直到死亡？” 现在，在4月20日在线发表在《细胞干细胞》杂志上的一篇论文中，怀特海研究所的研究人员提出了一个新的模型，说明这些干细胞如何决定自己的命运，并继续创造完全分化的细胞
细胞分化的过程通常被视为一个层级，一个特殊的干细胞位于顶端，它可以通过许多潜在的途径达到一个特定的状态
这通常被认为发生在一系列细胞分裂过程中，在这些分裂过程中，每一代人的命运逐渐受到限制
“我们提议发生一些与传统观点非常不同的事情，”资深作者雷德迪恩说，他也是麻省理工学院的生物学教授和霍华德·休斯医学研究所的研究员
“我们认为干细胞可以在不经历一系列限制命运的分裂的情况下进行大范围的状态跳跃
我们称之为单步命运模型
" 在新模型中，正在创造皮肤细胞或肠细胞的新生细胞可以产生后代细胞，这些后代细胞可以改变命运来创造其他类型的细胞
这项工作是理解这些蠕虫再生能力的漫长道路上的一步，并可能在遥远的未来为再生医学方法提供信息
这篇论文的第一作者拉兹说:“涡虫干细胞从本质上改变命运的能力真的非常非常强大。”
“显然，这还有很长的路要走，但理论上，干细胞命运转换的概念可以应用于再生医学，通过人类干细胞编程
" 提升等级 新胚可以分为许多“类”
“例如，一类新生细胞包含了制造皮肤细胞的所有材料，其他的则拥有形成蠕虫原始肾脏或肠道的必要工具包
根据层级模型，这些特殊的新生细胞是位于层级顶端的多能细胞和非分裂体细胞之间的中介
“你可以想象顶部的特殊细胞是一块空白的石板，对任何细胞类型都没有倾向性——它可以制造任何东西，”拉兹说
“这就是我们经常想象的开发工作方式
" 但是拉兹、雷德迪恩和奥姆里·伍尔兹尔，一位现在特拉维夫大学雷德迪恩实验室的前博士后，在注意到涡虫细胞的一些神秘特性后，开始质疑这个假设
首先，研究人员在过去已经观察到，当用辐射处理涡虫以杀死所有现存的干细胞时，一个新胚可以通过形成包含许多不同种类新胚的群体来拯救该动物
如果像以前的理论所建议的那样，有一个单一的新胚类导致了所有这些类型，拉兹和雷德迪恩推断这个类应该是形成的每个殖民地的共同居民
然而，在创造了许多这样的群落并分析了它们的组成后，研究人员发现事实并非如此
“对于我们观察的每一个类，都有大量的群体完全缺乏那个类，”雷德迪恩说
“在所有殖民地都没有独特的阶级
" 另一个症结是:研究人员开始意识到，当应用层级模型时，涡虫细胞分裂和效力的数学计算是不相符合的
在之前的一项细胞移植研究中，雷德迪恩实验室发现，他们测试的许多新细胞是多能的——在这项研究中，他们发现，如果只有非特化的新细胞是多能的，这个比例会比他们预期的要大
“当你把所有不同种类的特殊新胚加在一起时，它至少占新胚总数的四分之三，而且几乎肯定比这个数字还要高
”拉兹说
因此，研究人员想知道一些特殊的新生细胞是否也具有多能性
雷德迪恩实验室的另一项研究表明，皮肤特异性新生细胞不能通过一次以上的细胞分裂来保留皮肤的命运
此外，在涡虫所有细胞分裂的大约一半中，两个子细胞将彼此不同
这增加了特化新生细胞不对称分裂的可能性，这可能是干细胞改变命运的途径
此外，再生的时间线是偏离的——涡虫能够再生身体部分的速度不允许几轮限制命运的分裂
在进行了研究这些不同情况的实验后，拉兹、伍尔兹尔和雷德迪恩为他们的新细胞分化模型创造了一个案例
“我们认为正在发生的是，涡虫在它们的一般干细胞群体中具有大量的可塑性，其中单个细胞可以在细胞分裂的过程中进出不同的特定阶段，以产生所需的东西，”Raz说
“这只是探索这个过程的开始，尽管我们已经研究了很多年，”雷德迪恩说
“着眼于模型，我们建议细胞可以选择一种命运，然后通过具有不对称结果的分裂过程，其中一个子细胞现在可以再次分裂并选择不同的命运
命运转换过程可能是解释多能性的基础
" Reddien的实验室将继续研究新胚命运的机制，包括特化如何与细胞周期的时间相一致
“理解细胞谱系的结构和命运的选择是理解成人干细胞生物学的基础，以及在损伤和修复的背景下，新细胞是如何产生的，”雷德迪恩说
“他们必须经历漫长而复杂的血统轨迹吗？或者说他们能从干细胞状态大跳跃到最终状态吗？这有多灵活？所有这些事情对于广泛理解干细胞生物学都有潜在的影响，我们希望这项工作将突出这些机制中的一些，并为将来探索一般原理提供机会
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