脊椎動物附肢的新功能? 斑馬魚利用魚鰭加速傷口修復
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某些脊椎動物，像是斑馬魚和蠑螈，可以在短時間內修復大面積的傷口。探究這些動物如何快速修復傷口、避免伺機感染，相關發現將有助於再生醫學的發展。本院細生所陳振輝團隊與應科中心鄭郅言團隊合作，開發大尺度的活體影像平台。他們意外發現，斑馬魚的魚鰭構造竟可以在受傷當下提供大量的表皮細胞，加速體表的傷口癒合反應。 此研究成果於今(113) 年七月刊登於《當代生物學》(Current Biology) 。
利用斑馬魚作為模式生物，過去研究已經發現斑馬魚可以在12 小時內，完整修復毫米等級的傷口，且不會留下任何疤痕組織。相較於斑馬魚，人類和老鼠通常需要數周的時間以修復大面積的表皮傷口。探究為什麼斑馬魚可以，但是有的脊椎動物(我們)卻不行， 相關研究有機會提供加速傷口癒合的新策略。 目前，因為研究工具的限制，學界對斑馬魚傷口修復過程中參與的細胞數目、來源、種類，以及個別細胞如何在過程中集體合作，以有效覆蓋身體不同區域的傷口，所知仍然相當有限。
陳振輝團隊開發大尺度的活體影像平台，達到在斑馬魚的個體層級，同時觀測體表約60,000顆表皮細胞的動態行為。實驗室的研究助理張春麗發現，魚鰭上的表皮細胞竟會進行大規模、長距離的快速移動，來參與體表的傷口癒合反應。令人驚訝的是，這些異地來源的細胞，在傷口癒合之後還可以在癒合處長期駐留超過一年的時間。利用讓斑馬魚失去或獲得額外的魚鰭組織，張春麗發現，相鄰魚鰭的身體區域具有更快速的傷口癒合反應。魚鰭的大小和生長位置，可以直接影響傷口的癒合速度。經由與應科中心鄭郅言研究員及其實驗室成員高偉程的合作，他們開發出一種能對斑馬魚進行連續麻醉的影像平台，實現在活體斑馬魚的體表對魚鰭細胞進行即時、長時間的追蹤監測。團隊進一步發現，這些魚鰭細胞可以快速生成板狀偽足，進行主動移動。細胞外基質蛋白 (Laminin) 的活性是控制這些細胞移動的關鍵。
陳振輝表示，魚鰭是魚類身上最容易再生的器官，最早的研究紀錄已有兩百多年的歷史 (Broussonet, M. 1786)。這項發現令人意外的是，魚鰭細胞竟可以長途跨區去支援其它身體區域的傷口癒合反應。因為魚類生活在充滿微生物的環境中，能否快速修復傷口，避免伺機性細菌感染，對其生存至關重要。利用可以快速再生的器官，借用其表皮細胞來加速傷口癒合，是一個很有效率的策略。值得一提的是，脊椎動物的附肢 (如手、腳和鰭) ，通常被認為是運動器官，具有協助個體溝通、穩定和繁殖的功能。這項研究是首次提出「脊椎動物的附肢也可以是儲存、提供修復細胞的器官」。儘管人類的附肢跟魚類的附肢在結構上有很大差異，但值得思考的是，我們身體不同區域的表皮細胞是否也存在異質性，具有不同的移動和再生能力。這些特性是否可以應用於加速傷口修復，是未來可以進一步探索的研究方向。
本論文第一作者為本院研究助理張春麗，研究團隊包括黎馬可、高偉程、 朱韋臣、阮筱彧、李耕琿、湯銘哲、鄭郅言、陳振輝。研究經費由本院細生所、院內前瞻計畫及國科會支持。
圖一: 斑馬魚體表的表皮細胞
圖二: 魚鰭提供表皮細胞 (紅紫色) 加速體表傷口癒合
論文標題：Appendage-resident epithelial cells expedite wound healing response in adult zebrafish