白桂芬,李 冰,劉 沛

（赤峰學(xué)院 生命科學(xué)系，內(nèi)蒙古 赤峰 024000）

蚯蚓再生及影響因素的研究進展

白桂芬,李 冰,劉 沛

（赤峰學(xué)院 生命科學(xué)系，內(nèi)蒙古 赤峰 024000）

蚯蚓由于其具有快速和不斷更新的能力被認為是研究再生的最佳材料，因此研究蚯蚓再生有重要的意義.本文綜述了蚯蚓的再生過程，蚯蚓的再生能力，蚯蚓的再生機理，以及環(huán)境條件、化學(xué)物質(zhì)、切斷部位、切除長度等因素對蚯蚓再生的影響，并進一步提出了幾點關(guān)于蚯蚓再生的探討建議.

蚯蚓；再生；影響

蚯蚓屬于環(huán)節(jié)動物門(Anelida)，寡毛綱(Oligochaeta)動物.由于其具有快速和不斷更新的能力，被認為是研究再生的最佳材料[1,2].再生(regeneration)是指生物個體或器官對非自然丟失部位的修補和復(fù)原，被認為是生物適應(yīng)環(huán)境的最重要的機制之一[3].人們很早就發(fā)現(xiàn)在無脊椎動物中，環(huán)節(jié)動物擁有快速再生完整體節(jié)的獨特能力[4,5]，某些陸地蚯蚓、寡毛綱和多毛綱的一些種類可快速再生出被切除的體段并恢復(fù)原狀，并且再生遺傳性狀相同，有實驗證明蚯蚓受到損傷以后具有再生恢復(fù)的能力[6].形態(tài)學(xué)、發(fā)育學(xué)和神經(jīng)電生理學(xué)等多方面證據(jù)認為再生和胚胎發(fā)育過程相似[7]，因此再生被當成研究發(fā)育、細胞生長分化、模式形成的材料和解釋模式形成的理論模型[8,9].近年來，隨著細胞生物學(xué)、分子遺傳學(xué)和神經(jīng)生物學(xué)的興起和發(fā)展，蚯蚓再生的研究為探索細胞再生的分子調(diào)控模式及研究神經(jīng)系統(tǒng)的分化提供了實驗的可能性[4,7]，從而也為深入研究蚯蚓再生機制提供了依據(jù).

雖然蚯蚓的再生能力很強，但有一定的限制.不同種蚯蚓創(chuàng)傷與身體失掉部分的再生能力相差較大，范圍可以從再生能力很弱的陸正蚓到幾乎任何一個器官都能夠再生的羊蚓屬和圍爪蚓屬[10].同一個種的蚯蚓也會因為切斷位置不同，再生能力有較大的差異，已有一些實驗發(fā)現(xiàn)，蚯蚓后部被切除比前部被切除再生快[11].此外，有大量研究表明，蚯蚓再生能力的不同除了和蚯蚓本身的差異有關(guān)外，還受到很多外部因素如環(huán)境條件、化學(xué)物質(zhì)、剪切位置和體節(jié)長度等的影響.本文就蚯蚓的再生及影響因素進行綜述，以期為深入研究蚯蚓的再生機理及應(yīng)用提供參考.

1 蚯蚓再生研究

1.1 蚯蚓的再生過程

蚯蚓的再生過程主要表現(xiàn)為當蚯蚓被切斷后，在斷面上的肌肉組織立即形成新的細胞團，同時白血球聚集在切面上形成栓塞，使傷口迅速閉合.而體腔中隔離的原生細胞遷移到切面與自身形成的肌肉細胞團一起在切面上形成結(jié)節(jié)狀的再生芽.與此同時，消化道、血管、神經(jīng)系統(tǒng)等組織的細胞，通過有絲分裂迅速地向再生芽里生長.

早期的研究主要集中在蚯蚓再生體節(jié)數(shù)和各體段的再生能力的差異上.蚯蚓被切斷的當天，部分斷面就開始愈合，并形成芽基，接著細胞大量分裂增加；5～7d后分化形成明顯的尾芽或頭芽；12～16d再生各體節(jié)明顯，以后各體節(jié)在長度和直徑上不斷增大，但體節(jié)數(shù)目不增加；16d之后再生各體節(jié)迅速生長；6～7周后，再生各體節(jié)生長基本完成，再生體節(jié)與原來體節(jié)難以區(qū)分[4,12].

1.2 蚯蚓的再生能力

蚯蚓各部分的再生能力存在著一定差異.蚯蚓從一定體節(jié)切斷后，既能再生尾部又能再生頭部.赤子愛勝蚓切斷的位置不同，其再生速度不同，生殖環(huán)存在的處理比切除生殖環(huán)的處理再生速度快，存活率高，腦部的存在對再生速度沒有顯著的影響[13].赤子愛勝蚓再生體節(jié)數(shù)取決于剩下的身體長度，從身體前到身體后再生能力逐漸降低[14,15].肖能文等[13]的研究結(jié)果表明，切斷處理后的赤子愛勝蚓體段在10d左右開始再生，并且從頭部至尾部都有再生能力，但不同體段的蚯蚓再生能力不同，無頭無尾、有頭無尾的體段再生速度比無頭有尾體段再生快，其中無頭無尾蚯蚓體段的頭部、尾部都可以再生，但尾部再生的速度顯著高于頭部，切斷后所剩蚯蚓體段的多少對其存活率有很大影響，所剩的體節(jié)數(shù)越多，存活率越高，兩者呈正相關(guān)[12].Moment[16]在研究蚯蚓尾部再生時認為從50／5l切斷的蚯蚓比從80／81切斷的蚯蚓再生速度快，尾部切除愈長，再生速度愈快.白桂芬等[17]的實驗表明，蚯蚓被切割的傷口基本在7～13d愈合，然后開始再生；蚯蚓的切斷位置不同，其成活率、存活時間、再生能力不同，無頭有尾的體段最弱，無頭無尾的體段稍強，有頭無尾的體段最強；所剩體段越長，成活率越高，存活時間越長，再生能力越強.

1.3 蚯蚓的再生機理

再生芽基細胞有3種來源：干細胞、成神經(jīng)細胞和去分化再生損傷的部分.像渦蟲和水螅，它們都有一定數(shù)量的干細胞，當受到外界環(huán)境的刺激時干細胞被激活，這些干細胞可發(fā)育成任何一種類型的組織；而蠑螈、斑馬魚和環(huán)節(jié)動物等是通過轉(zhuǎn)化已分化的成熟細胞來進行再生的.對蚯蚓的再生機理有不同的解釋：20世紀中葉主要集中在油細胞控制、體內(nèi)電壓控制和腦控制3種理論上.Liebmanm[18]認為蚯蚓的再生是由體內(nèi)的油細胞(Eleocytic)的數(shù)量控制的，性成熟個體體內(nèi)的油細胞數(shù)量不能同時滿足生殖和再生時，生殖停止而再生進行；蚯蚓頭部的油細胞有明顯的極性，不受饑餓和性成熟的影響，也不影響尾部的再生，蚯蚓尾部的油細胞亦有極性，但和頭部的再生是相對獨立的過程，任何影響黃色組織和油細胞的因素都干擾蚯蚓尾部的再生，如饑餓和性成熟狀況影響油細胞的聚集而干擾蚯蚓尾部的再生.Moment[16]認為蚯蚓再生的長度和再生體節(jié)數(shù)由體內(nèi)的電壓控制，當越來越多的體節(jié)在蚯蚓尾部再生時，蚯蚓的頭部和尾部的電勢差依次增加，電勢差作為再生抑制因素，當增加到閾值時，再生停止，體節(jié)不再增加.而大部分研究人員認為神經(jīng)系統(tǒng)直接或間接控制著再生.Clark[19]認為寡毛綱動物的再生需要食道上神經(jīng)節(jié)分泌的激素，如果食道上神經(jīng)被切除，再生則受到抑制.Alonso—Bedatef[20]認為在幼蚓中，有腦存在比切除腦的蚯蚓尾部再生率明顯提高，是因為在幼蚓的食道下神經(jīng)節(jié)神經(jīng)分泌細胞中，能一直分泌刺激因子或再生因子；而在成蚓中，有腦比切除腦的蚯蚓尾部再生率明顯降低，食道上神經(jīng)節(jié)神經(jīng)分泌細胞分泌環(huán)帶索，能一直從食道下神經(jīng)節(jié)或腹神經(jīng)索釋放再生因子.

2 影響蚯蚓再生因素的研究

2.1 環(huán)境條件對蚯蚓再生的影響

蚯蚓是變溫動物，體溫隨著外界環(huán)境溫度的變化而變化.因此，蚯蚓對環(huán)境的依賴比一般恒溫動物更為顯著.環(huán)境溫度不僅影響蚯蚓的體溫和活動，還影響蚯蚓的新陳代謝、繁殖、生長、發(fā)育等.另外，土壤的含水量、氧氣濃度、溫度以及營養(yǎng)等對再生存活率和再生速度都有影響.Moment[16]認為溫度影響再生速度，25℃條件下再生速度比20℃和30℃時都快；氧氣濃度對水生蚯蚓有影響，在低濃度時，再生減少，但濃度過高，將導(dǎo)致蚯蚓全部死亡；營養(yǎng)影響再生速度，饑餓狀況下的再生速度比正常營養(yǎng)狀況下的再生要慢.

2.2 化學(xué)物質(zhì)對蚯蚓再生的影響

肖能文[8]的試驗表明化學(xué)試劑的處理也對蚯蚓的再生有影響.如檸檬醛對蚯蚓再生有明顯作用.檸檬醛影響蚯蚓再生是通過抑制視黃醛氧化酶而抑制視黃酸的形成[21].他們的試驗結(jié)果表明,檸檬醛對蚯蚓存活率和再生速率有影響.但這種作用依不同體段而異，以體段P7(從第7體節(jié)去掉頭部的處理)和P25作用表現(xiàn)最顯著，對體段A25(從25體節(jié)去掉尾部的處理)、A90和P60影響較小.檸檬醛不影響蚯蚓尾部再生，而影響蚯蚓頭部再生.在蚯蚓頭尾軸再生形成中視黃酸有重要作用[8]，視黃酸能干擾和延遲再生，影響頭部的形成.從不同部位剪切蚯蚓后用視黃酸處理的，對其存活率、再生長度和重量等都有影響，對無頭有尾的蚯蚓體段存活率受視黃酸影響較大，而對有頭無尾的蚯蚓體段存活率受視黃酸影響較?。灰朁S酸處理30d后，各處理存活率和再生長度均小于對照組.

2.3 切斷部位對蚯蚓再生的影響

切斷部位對蚯蚓的再生有非常重要的影響.再生過程開始于切斷面芽基的形成,然后通過細胞大量增殖和分化為尾芽或頭芽,尾芽或頭芽的形成和再生體節(jié)的數(shù)量與切斷的部位相關(guān),在蚯蚓身體的一些區(qū)域切除體節(jié)與芽體節(jié)數(shù)成比例,而另一些區(qū)域則很少或沒有再生的能力.在相同實驗條件下,切除后端的蚯蚓,其傷口愈合和再生能力明顯地強于切除前端的蚯蚓，而且,其成活率也明顯高于切除前端的蚯蚓[22].

2.4 切除長度對蚯蚓再生的影響

蚯蚓雖然具有再生能力，但蚯蚓的全部體節(jié)數(shù)不是能經(jīng)常再生的，再生的體節(jié)數(shù)取決于切除的部位和剩下身體的長度.從陳碧遠[22]的實驗中可知，當切除長度小于或等于蚯蚓體長1/2時，損傷的蚯蚓在30天內(nèi)能完全再生恢復(fù)到原體長.但當切除段長度大于蚯蚓體全長的1/2時，損傷的蚯蚓只能是部分再生，一般難以完全再生恢復(fù)到原體長.此外，當后端的體節(jié)過多地被切除后，會造成不再生現(xiàn)象，甚至引起蚯蚓的死亡.再生過程中剩余體節(jié)長度與再生的起始呈正相關(guān)關(guān)系，所切除的組織量越多，對蚯蚓再生起始的影響越大,即細胞增殖、組織修復(fù)和傷口愈合所需的時間越長.

在實驗條件相同的情況下，蚯蚓被切除段的長短與其傷口的愈合和再生有密切的關(guān)系.對于切除后端的蚯蚓來說，切除部分越短，其再生能力越強，反之，則越弱.對于切除前端的蚯蚓來說，再生不十分明顯，但總的趨勢是：切除部分越短，其再生的能力也就越強，反之，則越弱[22].

3 結(jié)語

在蚯蚓再生及影響因素的試驗中，研究人員的共識是：蚯蚓的傷口愈合和再生可能與蚯蚓體內(nèi)的黃色細胞有關(guān).當蚯蚓被切斷時，切口處有大量的黃色細胞出現(xiàn).從解剖學(xué)上可知，在蚯蚓背血管的周圍、腸壁外有大量的黃色細胞存在，黃色細胞的作用是合成糖原并貯存脂肪.所以，當蚯蚓被切斷后其傷口處會產(chǎn)生大量的黃色細胞有利于合成更多的糖原，而促進細胞的分裂，隨之，傷口愈合，身體進一步延長.具有完整神經(jīng)系統(tǒng)的存在，在蚯蚓再生過程中起重要的作用.蚯蚓的中樞神經(jīng)是有腦、圍咽神經(jīng)、咽下神經(jīng)節(jié)和腹神經(jīng)索組成，腹神經(jīng)索在各體節(jié)內(nèi)都有膨大的神經(jīng)節(jié)，構(gòu)成鏈狀神經(jīng).實驗中發(fā)現(xiàn)，蚯蚓的再生能力與蚯蚓神經(jīng)系統(tǒng)的完整程度存在著正相關(guān).當切除后端的蚯蚓具有完整的腦、圍咽神經(jīng)、咽下神經(jīng)節(jié)和部分腹神經(jīng)索的存在，其再生能力比切除前端失去腦、圍咽神經(jīng)、咽下神經(jīng)節(jié)和部分腹神經(jīng)索的的蚯蚓強.隨著切除段的逐漸減少，蚯蚓的再生能力就隨之增大，而此時蚯蚓的神經(jīng)系統(tǒng)也逐趨完整.蚯蚓的再生與循環(huán)系統(tǒng)的完整性也有密切的關(guān)系.蚯蚓的閉管式循環(huán)系統(tǒng)擔(dān)負著運輸氧氣、二氧化碳、養(yǎng)分等作用.蚯蚓的背血管和環(huán)血管內(nèi)有瓣膜且能搏動，能促進血液循環(huán)，但環(huán)血管有助于推動血流并維持平穩(wěn)的血壓，所以，當切除環(huán)血管勢必引起血流速度的減慢，而影響蚯蚓的新陳代謝，進而抑制了蚯蚓傷口的愈合和再生.實驗表明，具完整環(huán)血管的蚯蚓再生能力強.

從目前的資料看，蚯蚓的再生及影響因素的研究，只停留在試驗及實驗結(jié)果階段，還未見蚯蚓再生這種特性加以應(yīng)用.

蚯蚓的再生是個十分復(fù)雜的生理過程，從目前研究結(jié)果進行思考，提出以下幾點探討建議：

（1）既然蚯蚓具有較強的再生能力，且再生與環(huán)境條件、營養(yǎng)物質(zhì)、化學(xué)試劑及切斷部位、切除長度等具有一定的關(guān)系，能否優(yōu)化最合理的因素使蚯蚓的再生達到最佳程度，使其再生應(yīng)用于蚯蚓的擴繁而生產(chǎn)蚯蚓有待于進一步研究.

（2）蚯蚓再生體節(jié)和原體節(jié)難以區(qū)分且傷口處無疤痕，如何將“蚯蚓式”再生應(yīng)用于醫(yī)療外科手術(shù)上有待于進一步研究.

（3）已有一些實驗證明蚯蚓后部被切除比前部被切除再生快，蚯蚓的前部和后部的再生方式是否一致有待于進一步研究.

（4）將蚯蚓從不同位置切斷，得到有頭無尾、無頭無尾、無頭有尾3種類型的體段，實驗表明有頭無尾的體段再生能力最強，無頭無尾的體段次之，無頭有尾的體段最弱，尾在再生的過程中是否起到了抑制作用，是通過什么方式起作用的有待于進一步研究.

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1673-260X（2012）05-0034-03