摘要
水母因为是四面体对称的，所以是研究再生的一个很好的生物。本文阐明了水母再生能力（尤其是中部进食的器官“口柄”）下的机械力与细胞迁徙及增殖之间的关系。
碎片首先会驱动肌球蛋白去修复伞部，使平滑肌向中间集中，稳定中心，以及诱导Wnt6的相关表达。稳定的中心能够形成口腕，口腕的形成依赖于Wnt/β-连环蛋白和细胞的增殖，并受泄殖腔系统的调节。最终得出结论：水母的再生受到局部相互作用的调控。
前言
受伤中心会转化为信号中心，诱导缺失的细胞或者组织再生。结构和机械作用也有助于再生，例如，在涡虫幼体的碎片中，超细胞肌动蛋白纤维在细胞再生过程中机械地指导身体轴的方向。
Clytia水母呈4倍旋转对称，中心的进食器官称为口柄，因此各部位可以通过沿径向轴的位置，以及它们的角间距来定位（如图1A-D）。其中口柄、触手泡、性腺有真正的自主功能，可以看作是真正的器官。
内伞由三部分组成：
1）连着中胶层的内上皮细胞；
2）刺胞动物特有的径向平滑肌；
3）一圈在外缘的条带上皮肌细胞，能够收缩控制游泳，夹在另外两层之间。
本实验利用切割和嫁接实验来理解水母再生过程中的模式原理，并探讨潜在的细胞和分子机制，区分缺失器官的恢复过程中的伤口愈合、组织重塑和细胞增殖的贡献程度。
肌动蛋白驱动的伤口收缩会诱导伞部组织的重塑，形成一个暂时性的纵向肌细胞的中心标记。由于拓扑学机制，中心会稳定下来，预测新口柄生成的位点。CheWnt6基因能够在中心和口柄间提供一种分子连接，这种基因只会在收缩的伤口处表达。Wnt/β连接蛋白对胚芽的萌发和口柄的修复很重要。
作者还发现，来自其他器官的细胞(增殖干细胞和消化细胞)能为柄状突起提供能量，而如果与放射状管连接则决定了口柄的几何形状。所以水母的再生是局部各元素相互作用的结果。
图1半球美螅的再生潜能
A-D为半球美螅的解剖图。m是口柄、g是性腺、tb是触手泡、rc是辐管、cc是环管。作者依据辐管将其分为四部分。
E-J为半球美螅的再生，切割的部分用橙色虚线标记。
E:口柄在4天内再生，24h时出现了细胞积累，图中用白色虚线标出；
F:性腺的再生时间超过了8天；
G:触手泡在8天内再生；
H:荧光标记后显微镜下观察辐管的再生，与辐管相连的神经纤维用Tyr-Tub抗体标记（图中的红色部分）；
I:四分之一的水母碎片在24小时内变形成一个小水母，4天后可以看到口柄；
J:将水母边缘完全切除，水母会将其自身包裹，而不是再生。
dpd：解剖后的天数；hpd：解剖后的小时数；A与I-J的比例尺为1mm，E-G的比例尺为μm，H的比例尺为20μm。
结果
a)水母形态的恢复包括身体的重塑和器官的再生
组织切除实验证明，各个器官都可以再生。其中辐管还有口柄很快就复原了。性腺和刺胞依赖于食物的供给，需要细胞积累。
不同的伞部切割实验获得了一些数据，能够用来推算愈合的参数。伤口会很快的修复，减小受伤的面积，并在24h内恢复钟形。当口柄受伤时，会先恢复形状，再恢复功能。
切割实验表明：
i）现存的大部分器官和辐管不会受影响；
ii）残余的周围的环形辐管决定最终形成的伞的周长；
iii）最终伞的大小与组织片段有关
而只有当伞边缘都被去除后水母才会无法修复自身，剩余的片段缩成一个球，之后就死亡了。
水母组织修复后有很多拓扑不平衡的地方，有很多辐管没有恢复，且辐管与性腺间距不平衡。因此，要想恢复水母特有的四向对称，即器官和管道的规则角间距(图1B)，至少需要在再生过程中保留从口柄开始的全部四个径向管道的一部分
b)伤口的闭合以及身体的重塑先于繁殖的器官
在图1E中，外伞和内伞愈合时相互融合，将暴露的中胶层封闭起来（称之为阶段0，伤口封闭）；伞上的孔开始收缩，逐渐将四条辐管的切断端拉到一起，12h后闭合，四条辐管在中部汇聚并开始融合（阶段1，修复）；
图2口柄的再生先于伞状的修复，需要细胞增殖。
A：上方为不同阶段的口柄再生的时序图。下方为连续的时间内将口柄使用Phalloidin染色（白色）以及EdU的同化。橙色箭头指向阶段3形成的开放的胃腔。橙色虚线表示出修复的伤口。用下方的数字来量化表示重塑的口柄。
B、C：EdU在重塑口柄区域（B）以及辐管区域（C）同化的量化图。
D：DIC（左）和*伞素（右），对照（上）和羟基脲HU处理48h（下）的实验图。HU处理的会组织胚基的增殖，但不会阻止最初的细胞积累
E：重塑口柄的DIC图片，分别为对照和HU处理。HU处理可以阻止口柄的形成。橙色箭头表示对照组和经HU冲洗的重塑开放胃腔。
F、G：重塑细胞不需要细胞增殖。水母被切开24小时后，在口柄部和靠近重构边缘处检测到EdU掺入(搏动了12小时)(左图:hoechst染色的细胞核为蓝色，EdU为红色;右:黑色的EdU)。
G：修复后的水母片段，左图为控制，右图为HU处理。HU处理并没有影响到形状的恢复。
在辐管的连接处，细胞开始积累，这是器官开始再生的标志，24h后细胞团形成了一个扁平的正方形胚层（阶段2，胚层再生）；胚层逐渐增厚，48h后开始从中部分裂，形成可以分辨的胃腔（阶段3，开孔）；开始出现较厚的边缘，形成一个短管产物（阶段4，增长）；突起被拉长，4d后，发育出特有的唇褶，开始向四个方向分散，此时的口柄尽管比原先的小，但是已经具有完全的功能（阶段5，折叠）。（如图1）
在胸腺嘧啶类似物EdU（该物质可被染色观察）中孵育1小时评估细胞增殖对胸腺柄再生的贡献（图2A-C）。在剪下口柄的前一小时内，细胞增殖速度下降（尤其是在性腺和口柄间的辐管处，该处称为MG片段）。在重塑处细胞增殖速度在24h内显著增加，在辐管处细胞增殖速度在48h内显著增加.
在2-3阶段用DNA合成阻遏剂羟基脲HU来阻止口柄的合成，结果发现HU并没有阻止伤口的修复，这与新合成的细胞中很少有EdU染色相一致。
c)细胞再生后通过辐管形成口柄
在口柄形成过程中，在辐管内检测到了大量的EdU染色细胞，这说明前体细胞可能从其他部分合成，然后通过管道系统被运送到指定位点。
性腺和触手泡储存了很多多功能干细胞（间质干细胞i-cell，如图3A），通过辐管与口柄相连。
这种i-cell能够表达Nanos1基因，通过原位杂交实验可以看到重塑的口柄和辐管内都有该细胞。通过将性腺切换为EdU标记的性腺，再切除口柄观察组织的修复，可以发现干细胞的确生成于性腺（如图3C）。
图3i-cell在口柄修复过程中的动态迁移
出乎意料的是用EdU标记的卵母细胞（明显比i-cell大）也在辐管和口柄处检出。在未损伤的细胞中均未检测到卵母细胞和i-cell，说明这种细胞的出现依赖于组织修复。
有一种含有棕色素的细胞在细胞修复时做很积极的流动。检测受伤的水母发现这些细胞存在于口柄、性腺、触手泡的内胚层（图4A），称其为运动消化细胞（MGD）,这种细胞会随着营养的运输而流动。可以采用给水母喂食荧光珠来观察。
通过解剖分析那些用荧光珠标记的水母的口柄发现，再生口柄处的内胚层细胞确实来源于其他组织（图4B）。比如将一个用荧光珠标记的性腺移植到另一个移除了口柄的水母上，发现性腺的内胚层细胞移植到了口柄的内胚层上（图4E）。
当性腺和辐管都被移除时，就不会检测到MGD细胞，这说明MGD细胞只能通过胃管系统移动。移除实验证明，完整的管道系统对再生是必须的，如果将四个辐管都移除，则水母会无法再生或者再生畸形（图5B）。
总结来看，共研究了两种细胞，一种是多功能干细胞，一种是消化细胞。其中多功能干细胞会直接到损伤位点进行再生，而消化细胞则是通过胃管游走，可以定位在任何结构的内壁。
图4调动非靶向的胃消化细胞（MGD）至损伤位点进行修复。
d)辐管的方向决定再生的形状
为了进一步探索水母口柄对称与整体四向对称之间的联系，作者研究了不同切割拓扑条件下再生的柄形几何关系。
2分的和4分的水母分别长出了2瓣和1瓣口柄（图5C、D），不管拓扑学，再生的口柄瓣数往往与剩余的辐管数相关，比如3个辐管就会再生出3瓣口柄（图5C-F）。这种模式可能依赖于水母碎片中保存的圆形位置信息的一种内层机制，也可能依赖于来自管道本身的信号。只要辐管与性腺相连，就一定会长出完整的口柄
e)肌纤维的中心可以预测口柄形成的位点
胚基的位置与辐管有很高的相关性，所以作者研究了辐管或平滑肌对再生器管的作用。
缺失辐管的碎片在4天后没有形成胚基（如图6）。但是在2星期后形成了一个管状的口柄。这个发现表明口柄的形成并不严格依赖于管道系统，伞状组织也能再生形成新结构。
F-actin染色显示原基和再生的柄部与重塑过程中形成的平滑肌纤维聚集(枢纽)系统相关。
中心的形成不需要辐管，因为MG-片段的移除对其造不成影响（图6C）。当至少一个管道再生到中心的平滑肌枢纽时，口柄就开始再生。
图5辐管指导再生口柄的形态和位置
*虚线是切掉的部分，蓝虚线是辐管，*箭头指的是胃腔形成的方向。
A：触手泡和性腺对口柄再生的影响实验，最终得到了i）合成受阻的口柄；ii）再生不完整的口柄
B：与A相同，但其中一条辐管被完整的保存了下来
C-J：辐管数量与再生的口柄之间的相关性
图6平滑肌中心定位了口柄形成的位点
棕色方框标出的是被Phalloidin染成白色的区域。
图7附加的口柄对口柄再生的影响
总结来看，中心平滑肌纤维的再生在定位新器官形成的位置上至关重要，如果与辐管相连则更有助于胚基的生成与形态的产生。
为了测试平滑肌纤维中枢和口柄再生之间的关系，在去除口柄的水母上又纵向深深的切了一刀，这种切法破坏了伤口闭合的拓扑结构和修复过程，最终导致形成了两个单独的口柄胚基（如图6D）。
这个实验证明，i）肌中枢是重塑过程的产物，它的形成相对于辐管是独立的；ii）每个中枢定位了一个口柄形成位点。
f)为什么通常只再生了一个口柄？
调查结果显示，水母的任何碎片都可以再生出口柄，但存在一种控制机制使其只再生出一个。i）一种说法是水母口柄具有组织功能，能够提供抑制信号。为了验证这个想法，作者将额外的口柄附加在钟状体的不同位置（如图7A），发现附加的口柄可以和原先的口柄一起存在，并单独工作。新附加的口柄很快产生了新的辐管，并与现有的消化道相结合。除此之外，附加的新口柄并不会影响原先切除的口柄的再生，但如果把新口柄放在原先切除的口柄附近则会阻止再生，平滑肌不会在切口处聚集，而是平行排列。表明附加的口柄对新口柄的再生只有局部的抑制作用。
g)水母在肌动球蛋白的驱动下重塑恢复形状
在所有的例子中，都有一个连续的肌动蛋白连接在修复的边缘(图8)，在Clytia的伞外层的伤口部位周围没有这样的肌动蛋白环。这种束类似于许多物种中描述的钱袋口状结构，通过收缩超细胞结构肌动蛋白/肌凝蛋白缆索，沿着伤口边缘组装来收紧上皮伤口
在水母破碎时会产生剧烈的收缩，在之后仍会产生有节律的收缩。麻醉薄荷醇可以有效地阻止伞状收缩(图8-图1C补充)，但并没有阻止被分割的水母的重塑，只导致重塑的轻微延迟(图8I)。因此，横纹肌的节律性收缩并不是重建过程所必需的。
h)肌肉纤维的拓扑性可以预测原基中枢的形成
将水母切成大小两个片段，其中小片段没有口柄。小片段的平滑肌都连向了口柄本来应该在的地方，保持其与受伤的伞边缘的联系（如图9A）。
大片段中，被切断的纤维均集中在了伤口处（如图9B）
在这些实验中，平滑肌最初在伤口部位聚集成一个枢纽(12hpd)，但后来被移除，这是由于在48hpd没有再生出胚基。
因此提出一种假设：只有肌肉纤维没有连接口柄（或者集中在一起）时，才会再生出新的中心。
i)Wnt信号连接了肌纤维中枢的稳定和口柄的再生
讨论
a)细胞不同的行为在时间和空间上的协调
如图12，水母的修复可以从大尺度上来进行描述。
b)Clytia在形状回复过程中的机械控制
图12总结图
阶段1：由肌动蛋白驱动的修复圆形的过程，并产生了暂时的平滑肌中心，表达CheWnt6基因。
阶段2：在重塑中心完成后，中心持续表达CheWnt6基因，并转化为Wnt表达的中枢，以保证能够开始形成胚基。
只要有一根辐管就可以帮助细胞的转移，促进口柄的形成。最后水母的原型恢复了，但是无法形成原有的四面对称。
思考
该文章说明了水母的组织修复依赖于辐管传送干细胞，干细胞是由性腺产生的。水母在受伤时优先恢复辐管，然后是恢复口柄。这一系列的修复过程是由Wnt6基因决定的。
推测当水母受伤时，会产生能够诱导细胞向某一方向移动的信息素，这个信息素是通过辐管传送的。因此将受伤的水母放置在水中，可以在微观上诱导水母的细胞向该处迁移，在宏观上可以诱导水母向该方向移动，可以进行行为实验验证是否存在该种现象。
题目：
Patternregulationinaregeneratingjellyfish
作者：
ChiaraSinigaglia,SophiePeron,JeanneEichelbrenner,SandraChevalier,JuliaSteger,CarineBarreau,EvelynHouliston,LucasLecle`re
年份：
杂志：
《eLife》
DOI：