涡虫神经系统再生

林政 颜溵汝

摘要：神经系统在调控生理活动与行为控制上，起着非常重要的作用。涡虫的神经系统拥有特殊的再生性，因此涡虫成为探究神经再生机制的模式研究动物。本文简要介绍了涡虫神经系统结构、神经再生相关基因及作用部位，有助于人们进一步了解高等动物神经系统再生。

关键词：涡虫;神经再生;基因;信号通路

中图分类号：G4 文献标识码：A

一、涡虫神经系统结构

Masson染色、HE染色和Van Gieson染色是神经系统结构早期的主要染色方法。涡虫神经系统的结构在这三种方法的使用下都可以被清晰的显示出来，但Masson染色会对咽部的横、纵神经有更显著的显示。不同的涡虫含有不同种类、不同密度的神经递质与递质前体，在Masson染色上也会产生不同结果[1]。对各种综合性形态学的研究进行整合分析可得，涡虫神经系统的形状实际上并没有在个体上有太大差异。它由中枢神经系统（CNS）和周围神经系统（peripheral nervous PNS）组成。中枢神经系统由神经元胞体和神经索组成。基本上，它由一对前“大脑”（或脑神经节）、一对眼点和两条垂直贯穿于全长的腹部神经索（VNC）组成，随着VNC沿涡虫全长向下，还存在有横向连接的横神经（transverse commissures）沟通两条VNC[2]。外周神经系统（PNS）是表皮，由表皮下神经网状组织、下部肌肉网状组织和胃肠网状组织组成。表皮下部网状组织是表皮与肌壁之间的稀网状结构。下部肌肉网状组织是位于肌肉壁下方的神经网络，由在交叉点向多个方向延伸的神经纤维束形成。它比表皮网状组织更厚更密。胃肠网状组织的解剖结构尚不清楚，被认为是围绕其肠的单个神经纤维的精细网络[3]。

二、涡虫神经再生——基因

涡虫神经元与其他高等无脊椎动物和脊椎动物相似程度比较高。因此，在分子水平上研究再生机制可能是研究脊椎动物神经系统形态的基础。涡虫的网格蛋白重链基因（planarian clathrin heavy chain gene， DjCHC）对于中枢神经系统的正常再生和内部环境的稳定至关重要。体内外分析结果表明，DjCHC RNA干扰（RNA interference， RNAi））可以抑制细胞存活和神经突起生长，实验结果表明DjCHC  RNAi导致中枢神经系统萎缩，这对分化神经元造成较大影响，但对干细胞并没有明显影响。

涡虫神经再生之时背腹轴（dorsoventral，DV）进行接受信号建立的过程中，noggin基因（noggin-likegene， Djnlg）参与配置背腹轴 （dorsoventral， DV） 信号系统。它与 BMP 相互作用以刺激胚泡形成和 DV 模式化。这个过程在脊椎动物的胚胎发生的过程中也常有发生。

涡虫在对脑部进行切除后，脑再生中最重要的事件是干细胞增殖、脑活力和脑细胞分化。 DjPsa沉默抑制了新的大脑独特的早期神经元簇的形成。用DjPsa RNAi 处理的再生 涡虫大脑区域比正常再生大脑更薄，U形颅神经在 10 天后不会形成闭合状态。该结果表明 DjPsa是相关于脑结构的再生的。在再生的早期，脑基础的形成与脑细胞的分化和正常大脑的形成有关。Atg6在神经系统再生中也发挥着重要作用，涡虫CNS的再生涉及到许多细胞生物学过程，如细胞增值、细胞分化等，其中必定会涉及到细胞自噬介导的蛋白质降解系统。在未进行涡虫切割实验时，Atg6基因在涡虫个体之中并没有较高的表达量，但在进行切割之后，其表达量则会在切割的各部分逐渐提升。用RNAi-Atg6处理涡虫头部，发现涡虫头部再生速度减缓、神经节大小削减，且下调了部分神经系统有关基因的表达。

复制因子 C（Replication Factor）支持 DNA 损伤反应和 DNA 修复过程，并有助于在生物过程中维持基因组稳定性。 Rfc2 是 RFC 小节之一。涡虫由 Djrfc2表示。使用蛋白质组学技术，研究鉴定并分析了在完整再生涡虫中区分表达的蛋白质，发现 Rfc2 的分布倾向于在受损区域。 Djrfc2用 RNAi 处理已显示增加分裂细胞的数量并增加新涡虫中标记基因的表达水平，导致Dj-Rho 相关蛋白激酶 2 （DjRock2） 基因存在于中樞神经系统中，特别是在颅骨神经节中表达。它的主要功能是支持视神经的形成和维持。有人提出通过调节Rock经典信号通路，调节多功能成体干细胞的增殖和分化，从而额外调节肌球蛋白轻链（myosinlight chain，MLC），从而达到再生控制的目标。

GSK3 是糖基激酶 3 （GSK3） 基因的产物，是已知涉及神经组织的几个信号传导阶段的重要组成部分。涡虫用 GSK3 抑制剂 1-azaken-Paullone 治疗导致颅骨神经节比正常组小，中间连接被破坏，视觉轴突基因在头外表达，但在咽部，这是可能的。 GSK3基因对正常再生的主要功能是维持大脑神经系统的正常分化和形态发生。

三、涡虫神经再生信号途径

（一） Wnt信号途径

Wnt信号途径参与了动物的许多生命过程，对动物的生长发育有着不言而喻的作用。Wnt信号途径有三种传递信号的途径，其中最为重要的则是Wnt/β-catenin信号途径，它对于再生的极性起到了决定性的作用，改变Wnt/β-catenin的活性，会引起涡虫不同部位的再生情况，若提高Wnt/β-catenin的活性，则会诱导涡虫尾部的形成;若降低Wnt/β-catenin的活性，则会引导涡虫头部的产生。

（二）BMP信号途径

BMP参与了动物的各种生长发育过程，也是一种经典的信号途径。在这其中，主要由三种基因对涡虫不对称形状的再生进行了调控，分别是smedollod-1、smedsmad4-1、smedbmp4-1。研究表明，经历切割实验后的涡虫，在再生初期会通过对BMP活性的调整来使其修复左右对称结构，形成新的中线，对涡虫背腹轴进行重建[2]。

（三）其他信号途径

如FGF信号途径、Hedgehog（HH）信号通路等，分别阐述了Nou-darake （ndk）诱导脑组织的异位分化，限制脑诱导物向后部区域的扩散，导致异位脑的形成[2]以及HH作为信号介导，在脊髓腹侧模式中起发生因子作用、调控神经细胞在细胞增殖中的促分裂作用。

参考文献

[1]薛德明， 陈广文， 牛瑾芳，等. 显示三角涡虫神经系统的三种方法[J]. 动物学杂志， 2007（02）：70-72.

[2]胡国栋 王晓安. 涡虫神经系统再生研究进展[J]. 鲁东大学学报（自然科学版）， 2014（30）：138-142.

作者简介：林政（2001.03-），男，汉，浙江省温州市鹿城区，本科在读，绍兴文理学院生命科学学院，研究方向：教育学，生物学。