脊髓是我们中枢神经系统的重要组成部分：它连接着大脑和身体的其他部分，在协调我们的感觉和行动方面起着至关重要的作用。跌倒、暴力、疾病——各种形式的创伤会对脊髓造成不可逆转的损伤，导致瘫痪，有时甚至死亡。

尽管包括人类在内的许多脊椎动物都无法从脊髓损伤中恢复，但一些动物却脱颖而出。例如，墨西哥蝾螈axolotl（Ambystoma mexicanum）在脊髓损伤后具有非凡的再生能力。当一条轴突的尾巴被截肢时，居住在脊髓中的神经干细胞被招募到损伤处来重建尾巴。到目前为止，科学家们只能在这个过程开始后的几天内检测到这种活动。

“截肢后4天，离损伤1毫米范围内的干细胞分裂速度是正常速度的3倍，以再生脊髓并替换丢失的神经元，”该研究的第一作者Emanuel Cura Costa解释说。“干细胞在受伤后的头四天里做了什么才是真正的谜。”

为了了解脊髓再生的最初时刻发生了什么，CONICET、IMp和TU Dresden的研究人员联合起来，用一个数学模型再现了这个过程，并用最新的成像技术在轴突组织中测试了它的预测。他们的发现发表在eLife上，表明神经干细胞以高度同步的方式加速细胞周期，激活沿着脊髓扩散。

同步再生：细胞跟随节奏

在未受损伤的脊髓中，细胞的繁殖是不同步的：有些细胞在分裂成两个细胞以维持生长之前，正在积极复制自己的DNA，而有些细胞只是在休息。

科学家的模型预测，这种情况在损伤后可能会发生巨大变化：损伤附近的大多数细胞会跳到细胞周期的某个特定阶段，从而同步增殖。

“我们开发了一种跟踪轴突生长脊髓中单个细胞的工具。IMp Elly Tanaka实验室的博士后Leo Otsuki说。“不同的颜色标记静止和活跃的细胞，这让我们可以在显微镜下看到细胞增殖的程度和速度。“看到理论预测和实验结果的吻合，我们非常兴奋。”

再生脊髓中细胞齐声繁殖的方式在动物身上是例外的。细胞如何在几乎一毫米（一个细胞大小的50倍）的范围内协调工作？

协调再生的神秘信号

CONICET的研究员Osvaldo Chara解释说：“我们的模型让我们意识到，必须有一个或多个信号像波浪一样通过组织传播，才能使增殖细胞的面积扩大。这个信号可能像信使一样，引导干细胞增殖。”

研究人员怀疑，这个神秘的信使帮助重新编程干细胞迅速分裂和再生截肢组织。他们的工作在空间和时间上精确定位了这个信号，并为进一步描述它铺平了道路。

“将数学模型与我们在组织成像方面的专业知识相结合是理解脊髓如何开始再生的关键，”IMp的资深科学家Elly Tanaka说。“下一步是鉴定促进脊髓再生的分子，这可能对脊髓损伤患者具有巨大的治疗潜力。”

原文检索：Emanuel Cura Costa, Leo Otsuki, Aida Rodrigo Albors, Elly M Tanaka, Osvaldo Chara.Spatiotemporal control of cell cycle acceleration during axolotl spinal cord regeneration.eLife, 2021; 10 DOI:10.7554/eLife.55665