水母伤口快速愈合的机制

十年前的这个夏天，在海洋生物实验室（Marine Biological Laboratory），乔斯琳·马拉米（Jocelyn Malamy）首次观察到水母细胞"彼此靠拢"以闭合伤口。马拉米是芝加哥大学分子遗传学与细胞生物学系副教授，她从法国蔚蓝海岸海洋观测站伊夫林·霍利斯顿（Evelyn Houliston）的实验室获得了透明、硬币大小的*水螅水母（Clytia hemisphaerica）*水母体。

人们提到水母时，脑海中浮现的通常是自由游动的水母体，但这只是这类动物生命周期的一个阶段。"水螅水母属于水螅虫纲，它们大多以水螅群落的形式存在，附着在岩石表面、码头或水下叶片的背面生长，"马拉米介绍道。在生命周期的某个阶段，水螅群落会释放幼水母体。如此一来，水螅水母的水母体就像花朵，而水螅则如同孕育花朵的灌木。我们往往误以为花朵（或水母）就是完整的生物体，但实际上它们只是繁殖单元。这类生物的主要形态是灌木，对水螅水母而言就是水螅群落。和花朵一样，水母体寿命很短，最多只能存活几个月；而孕育它们的水螅群落却可以无限存续，恰似年年开花的多年生灌木。

不同于其他生物，水螅水母的水母体修复损伤的速度快得惊人：小伤口几分钟内就能闭合，较大的伤口也能在一小时内愈合，这样的恢复速度是人类梦寐以求的。更神奇的是，它们愈合后不会形成疤痕。马拉米说："水母的愈合过程更类似胚胎愈合，不会留下疤痕。"

这些特性让水螅水母成为研究伤口愈合的独特模型。水母体通体透明，便于研究者实时观察活体内的细胞活动；它们的伤口愈合速度快，且不像哺乳动物那样有免疫系统引发伤口炎症，也不会因毛细血管再生而干扰对修复基本机制的观察。因此，科学家可以清晰看到上皮细胞如何"缝合"受损组织。更重要的是，伤口愈合的许多核心机制在不同物种间是共通的。"我们在水螅水母身上观察到的愈合过程，与包括哺乳动物在内的其他生物系统极为相似，"马拉米解释道，"事实上，当你盯着这些上皮细胞时，根本看不出它们属于水母——它们和任何一种鳞状上皮细胞层毫无二致。这意味着，我们从水母身上获得的研究成果，有望为其他动物的伤口愈合研究提供启发。"

上皮细胞覆盖在生物体的所有表面，构成了我们的皮肤，也衬在肠道等组织的内壁。由于皮肤和体内上皮组织经常受损且必须自我修复，它们一直是伤口愈合研究的核心对象。2017年，马拉米以海洋生物实验室惠特曼研究员的身份，带领一组学生首次揭示了水螅水母上皮细胞的愈合机制；2018年，她又与海洋生物实验室教员迈克尔·施里巴克（Michael Shribak）合作发表论文，进一步拓展了相关研究。如今，她在《细胞分子生物学》（Molecular Biology of the Cell）期刊上发表的新论文，借助水螅水母厘清了领域内的一个困惑：不同生物、不同大小和形状的上皮伤口，愈合机制究竟有何关联？她的研究表明，水螅水母的所有上皮伤口愈合过程，都由两种关键细胞结构按序驱动，并阐释了这两种结构如何在各类伤口中协同作用的机制。

水螅水母上皮细胞内部及细胞间微小伤口的共聚焦显微镜图像。鬼笔环肽染色显示片状伪足（绿色），Cytoliner（Biotium）染色显示细胞膜（红色）。图片来源：乔斯琳·马拉米

伤口出现后最先形成的结构是片状伪足（lamellipodia），马拉米将其描述为"富含肌动蛋白的细胞延伸结构，形似足状触须"。这些触须如同"探索者"，拥有类似变形虫的近乎流体的运动方式。片状伪足从伤口边缘的细胞伸出，在基底膜——"所有生物系统中上皮细胞下方的一层蛋白质膜"——上爬行，"行走"的同时带动所属细胞向前移动，最终拉伸细胞体以闭合伤口。马拉米在新论文中指出，即使是单个细胞内部的微小伤口，也会形成片状伪足，这是一项全新发现。

随着片状伪足向前爬行，第二种愈合机制开始发挥作用：在片状伪足的后方会形成肌动球蛋白缆线，一旦片状伪足覆盖基底膜，缆线就会开始收缩。

细胞间小伤口的闭合过程。片状伪足推进时，未收缩的肌动球蛋白缆线（绿色）可见于片状伪足基部，环绕着伤口（红色箭头）。图片来源：乔斯琳·马拉米

当基底膜受损时，肌动球蛋白缆线的作用尤为关键。马拉米说："如果片状伪足遇到碎片或基底膜破损，无法继续前进，肌动蛋白缆线就会牵拉细胞越过受损区域，同时排出伤口处的碎片。"

只要基底膜完好，片状伪足就会持续推进；但如果伤口过大，无论片状伪足如何拉伸细胞，两端都无法相遇。这时就会触发集体细胞迁移：整个上皮细胞层"抬起并开始整体移动"。当前沿细胞的片状伪足相互接触后，大伤口就能以和小伤口相同的方式完成闭合。

"这是一套极为精妙的机制，能让生物体快速适应自然界中可能出现的各类伤口，"马拉米评价道。

接下来，马拉米计划研究基底膜修复的机制。"通过牵拉细胞覆盖伤口来愈合创面固然很好，但受损的基底膜终究需要修复，"她解释道。目前，科学界尚未明确任何生物系统中基底膜的修复机制，她希望通过研究水螅水母找到答案。