双光子活体成像解析钝口螈指再生机制

关键词：钝口螈；双光子成像；刺猬信号

研究对钝口螈指再生开展形态学与分子层面的综合表征，对比指再生与经典肢体再生的保守机制与分化模式，证实刺猬（Hedgehog）信号在指间关节再生中起到关键作用。指再生芽基拥有和近端肢体芽基相似的形态发育阶段，同样具备神经依赖性，拥有再生相关细胞类群，但前后轴模式基因 Shh、Fgf8、Grem1 表达水平极低，远端组织生长与模式构建不依赖上述信号。不同手指的关节再生保真度存在明显差异，该差异无法由神经供给、细胞增殖或受试模式基因表达差异解释；刺猬信号是指间关节再生的必要条件，但单纯激活该信号，无法提升再生能力较弱手指的再生保真度。

该研究由 Jackson R. Griffiths、Melissa Miller、Timothy J. Duerr、Ashlin E. Owen 与 James R. Monaghan 完成，论文标题为《A characterization of axolotl digit regeneration: conserved mechanisms, divergent patterning, and a critical role for hedgehog signaling》，2026年3月在线发表于《npj regenerative medicine》。

重要发现

数字再生芽的发育及标记基因表达

数字芽基增殖依赖神经，去神经支配导致细胞周期校正

结合EdU 脉冲标记、磷酸化组蛋白 H3 免疫组化，通过成像后光漂白、多轮标记成像拼接解析细胞周期各时期细胞占比。去神经后大量细胞阻滞在 G1 期，S 期细胞占比下降，同时髓系来源细胞数量显著升高。该套活体成像与离体多标记成像共同证明，指芽基和近端肢体芽基一致，细胞周期进程严格依赖完整神经供给。

HCR FISH 成像显示，虽然 Shh 几乎不在指芽基表达，但 Ihh 在 Sox9 阳性软骨祖细胞区域高表达，刺猬通路受体 Ptch1 在再生骨骼区域富集，信号转导分子 Smo、效应分子 Gli3 广泛分布在芽基间充质。研究设置三组动物，分别使用刺猬通路抑制剂环巴胺、激动剂 SAG 以及对照溶剂处理，再生 6 周停药，3 个月后骨骼染色观察再生结果。环巴胺处理会完全消除所有手指的关节再生能力；SAG 处理仅能维持 DII 较高的关节重建概率，完全无法改善 DI、DIII、DIV 的再生缺陷。以上成像与药物干预实验共同说明，刺猬信号是指间关节再生的必要条件，但仅仅激活刺猬信号，不足以挽救再生能力薄弱手指的关节重建。

联合再生的频率以及关节形态发生基因的表达情况因指（趾）间而异，但在增殖或神经支配方面无差异

刺猬信号通路对趾间关节再生是必需的

创新与亮点
该工作将多重HCR FISH、双光子活体三维时序成像、多轮成像光漂白拼接技术结合，突破传统固定样本只能获取静态快照的局限，实现钝口螈指再生芽基细胞周期的活体三维动态追踪。可以在不处死动物的前提下，对同一个再生芽基开展跨时间点持续观测，降低个体差异带来的实验干扰。该成像方案可以完整分割芽基间充质细胞，定量统计细胞周期各阶段、神经突起体积与免疫细胞占比。这套成像策略为再生生物学提供高通量定量表型获取手段，也为两栖类再生研究的在体药物筛选提供可复用的成像范式，可拓展用于评估小分子化合物对组织再生的调控效果。

总结与展望
该研究证实钝口螈指再生兼具保守与独特分子特征：芽基形态发育、神经依赖机制和近端肢体再生保持一致，但远端生长不依赖Shh‑Fgf8‑Grem1 经典前后轴信号环路。指间关节再生必须要有刺猬信号参与，而再生保真度的跨手指差异无法简单由神经、增殖水平解释。后续可以借助无偏测序结合这套活体成像体系，挖掘造成不同手指再生能力差异的分子机制，解析关节再生需要的多重协同信号通路，推动复杂组织再生机制的理解。

声明：本文仅用作学术目的。

Griffiths, J.R., Miller, M., Duerr, T.J. et al. A characterization of axolotl digit regeneration: conserved mechanisms, divergent patterning, and a critical role for hedgehog signaling. npj Regen Med 11, 28 (2026).

doi:https://doi.org/10.1038/s41536-026-00461-2