全 文 ：罗氏海盘车腕再生过程的组织学研究
樊廷俊 , 杜玉堂 , 丛日山 , 孙文杰 , 汤志宏 , 袁文鹏 , 石 　莹 , 耿晓芬 , 李明玉
(中国海洋大学生命科学与技术学部海洋生物系 ,山东青岛 266003)
摘　要:　对海盘车腕再生过程的研究 , 对于早日揭示棘皮动物等后口动物的再生机理具有重要意义。为了查清棘皮动
物的再生方式及其机理 ,文中利用断腕创伤手术 、组织化学和细胞化学技术对罗氏海盘车腕的再生过程进行了研究 。连
续跟踪研究结果表明 ,创伤 8d 后 ,在罗氏海盘车创伤腕的外表皮层和体腔上皮中均出现了干细胞原基样结构(blastema-
like structure)。创伤腕的伤口愈合过程是 1 个多事件同期发生的综合过程 ,首先是真皮层中脱分化的肌肉样细胞向创伤
处迁移和聚集 ,经再分化和组织重排逐渐形成成熟的真皮层组织 , 然后是外表皮层和体腔上皮中的脱分化细胞向创伤处
迁移分别形成明显加厚的前表皮层和前体腔上皮 , 最后再分别分化为成熟的表皮层和体腔上皮。而海盘车腕的再生过程
则包括新生腕芽的延长和残腕的延长 2 个事件同期发生的过程。新生腕芽的生长与延长是在创伤愈合的基础上 ,依靠表
皮层 、体腔上皮和真皮层来源的脱分化细胞的迁移和再分化先形成新生腕芽 , 随后在新生腕芽上又出现了新的干细胞原
基样结构 ,使腕芽逐渐生长和延长。而创伤刺激下残腕的延长 , 则是在形成干细胞原基样结构的基础上 ,在残腔体壁的许
多部位形成多个横跨体壁的“楔状”干细胞原基样结构 ,这些结构的多点插入及其再分化形成新的体壁组织使残腕得以延
长。本文的研究结果还显示 ,罗氏海盘车腕的再生同时采用了表变态再生和变形再生 2 种方式。
关键词:　罗氏海盘车;腕;再生过程;干细胞原基样结构;伤口愈合;组织化学
中图法分类号:　Q2　　　　　文献标识码:　A　　　　　文章编号:　1672-5174(2005)04-559-05
　　棘皮动物具有很强的再生能力 ,已经引起了学者
们的极大兴趣。而海盘车(俗称海星)更是以其卓越的
再生能力而闻名 ,它不仅在实验室易于饲养 ,而且还具
有典型后口动物式的发育特征[ 1-3] 。到目前为止 ,海盘
车已成为成体棘皮动物再生研究的最佳模式动物[ 4-5] 。
1965年 ,Huet首次研究了 X-射线对海盘车生殖器
再生的影响作用[ 6] 。后来 ,他又研究了海盘车再生腕
中神经上皮细胞的超微结构与发育 ,以及海盘车神经
系统在腕再生中的作用[ 7-8] 。直到 1998年 ,Vickery 和
McClintock才首次对海盘车幼虫的再生能力进行了较
为详细的研究 ,发现海盘车幼虫能完全再生出所有丢
失的结构 、组织和器官[ 9] 。2001 年初 , Vickery 等又对
海盘车幼虫早期再生阶段差别表达的基因进行了克
隆 ,虽筛选出了 9个再生特异性基因 ,但对其功能和作
用机理至今还不清楚[ 5] 。同年 , Thorndyke等也对不同
棘皮动物再生尤其是神经再生过程中的表达基因进行
了鉴定 ,证明在再生桡神经索中有 Hox 基因同源物的
表达[ 10] 。但是到目前为止 ,仍没有罗氏海盘车腕再生
过程的研究报道 ,致使对其再生机理的研究步履维艰。
本文以成体罗氏海盘车(Asterias rol leston Bell)为
实验对象 ,利用断腕创伤手术 、组织和细胞化学技术 ,
对海盘车腕的具体再生过程进行了跟踪研究 ,旨在为
查清海盘车等棘皮动物的再生方式和再生机理奠定基
础。
1　材料与方法
1.1 材料
实验用罗氏海盘车(Asterias rol lestoni)采自青岛
胶州湾自然海域(水深 20m),筛选出腕长约 5 ～ 7cm 的
无创伤的正常个体 ,于实验室中人工饲养。
1.2 取材与固定
用消毒锋利刀片将海盘车腕端部截下约 2cm ,创
伤海盘车与无创伤对照组在相同条件下饲养 ,分别于
断腕 1 ～ 70d 后从残腕端部和无创伤个体对照腕的相
应部位 ,截取长约 1cm的腕段 ,分别入 Bouin氏液中固
定 24h 。
1.3 脱钙与制片
　　固定后的腕段 ,用 70%酒精(加 1滴氨水)泡洗 3
遍后 ,用 10g/L 的 EDTA-Na 脱钙 80min ,然后进行常
规石蜡包埋 ,制备纵切片 ,切片厚度 7μm 。
1.4 染色与观察
　　切片经脱蜡和复水后 ,分别用苏木精-伊红(H.E)
染色 5min 、伊红复染 1min ,脱水 、二甲苯透明 、中性加
拿大树胶封片后 ,置 Nikon E200-CoolPix4500 显微镜
基金项目:青岛市科技发展计划项目自然基金(04-2-JZ-82)资助
收稿日期:2005-04-19;修订日期:2005-05-19
作者简介:樊廷俊(1964-),男 ,理学博士 ,教授,博导。 E-mail:t jfan@ouc.edu.cn
　 第 35卷　第 4期 　
2005年 7月　
中 国 海 洋 大 学 学 报
PERIODICAL OF OCEAN UNIVERSIT Y OF CHINA
35(4):559～ 563
July , 2005
下观察并照相。
2　结果
对罗氏海盘车断腕处理后 ,每隔一定时间分别对
创伤腕进行取材 、固定 、石蜡切片和 H-E染色 ,进而对
腕体壁结构的变化规律 、伤口愈合过程以及腕的再生
过程进行了跟踪研究 。
2.1 罗氏海盘车创伤腕的伤口愈合过程
　　新断腕处理后 ,在残腕的创伤端 ,体腔与外界相
通;此时 ,真皮层中的肌肉纤维丰富 ,束状结构明显(图
1a)。断腕 3d后 ,残腕创伤端的细胞数量大量增多 、着
色很深 ,并与残腕中的肌肉纤维束相连;此时 ,真皮层
中出现了较大的空腔 ,为正在进行组织重排的标志(图
1b)。创伤 4d后 ,邻近残腕创伤端的肌肉样细胞 、表皮
层细胞和体腔上皮细胞在伤口处汇合 ,使伤口得到修
补 ,将体腔与外界隔离开来(图 1c)。至创伤后第 8天 ,
创伤端中央区域的肌肉样细胞经再分化形成了真皮层
组织 ,并同时形成了连续的体腔上皮和表皮层(图 1d)。
2.2 罗氏海盘车创伤腕中干细胞原基样结构的出现
罗氏海盘车断腕创伤 8d后 ,在外表皮层和体腔上
皮中均出现内陷于真皮层中的干细胞原基样结构
(blastema-like st ructure)(图 2),组成该结构的细胞 ,多
为圆形 ,细胞核着色深且核质比大 ,具有脱分化细胞之
特征 。此时 ,肌肉层界限已变得不明显 ,肌肉纤维的数
量丰富 ,束状结构相对明显(图 2a)。
图 2　罗氏海盘车创伤腕体壁表皮层和体腔上皮中出现的干细胞原基样结构
Fig.2　The blastema-like structures appeared in the outer epidermis and coelom
epithelium of the amputated arm stumps from starfish Asterias rollestoni
　　　　断腕 8d后的罗氏海盘车残腕体壁纵切面, ×400。 a.示表皮层中新出现的干细胞原基样结构( 所示);b.示体腔上皮中新出
现的干细胞原基样结构( 所示)。ep ,表皮层;pe ,体腔上皮;ce ,体腔;粗箭头指向的一端为腕的创伤端。
Longitudinal sections of the regenerat ing arm stumps f rom the starf ish Asterias rollestoni 8 days after amputation , ×400.a.the
blastema-like st ructure emerged in the outer epidermis(indicated by );b.the blastema-like st ructu re emerged in the coelom epithe-
lium(indicated by ).ep , epidermis;pe , peri toneum;ce , coelom;Thick arrows point to the amputation ends.
560 中　国　海　洋　大　学　学　报 2 0 0 5 年
2.3 罗氏海盘车创伤腕新生腕芽的生长 、延长过程
腕创伤端愈合后便进入了新生腕芽的形成 、生长
与腕的延长阶段 。组织学研究结果表明 ,断腕处理 6d
后 ,在已修补的伤口处 ,肌肉样细胞的束状结构发生了
紊乱 ,正在进行再分化;在腕尖的背侧伸出芽状凸起
(图 3a)。断腕处理 32d后 ,形成了长约 0.6cm 的新生
腕芽;在腕尖的背侧和腹侧均伸出了芽状生长凸起 ,为
新生腕芽的生长端(图 3b)。断腕处理 48d后 ,新生腕
芽继续延长 ,长度约达 1.2cm;新生腕芽上已分化出管
足(图 3c)。断腕处理 70d 后 , 新生腕芽已延长至
1.7cm;在新生腕芽上又出现了新的干细胞原基样结构
(图 3d)。
2.4 罗氏海盘车残腕的延长过程
断腕创伤 12d后 ,在表皮层和体腔上皮的许多区
域均形成了干细胞原基样结构 ,它们往往在表皮层和
体腔上皮处彼此相对 ,位于与腕长轴相垂直的同一切
面上(图 4a)。创伤 12d后 ,两两对应的干细胞原基样
结构通过其间脱分化的真皮层细胞而相互汇合 ,共同
形成了 1个大的横跨体壁的“楔状”细胞团(图 4b)。创
伤 32d后 ,“楔状”细胞团形成了横跨体壁的“楔状”干
细胞原基样结构 ,一个个地横插在体壁中 ,使残腕得以
延长(图 4c)。至创伤 48d 后 ,在残腕体壁的不同部位
5614期 樊廷俊 ,等:罗氏海盘车腕再生过程的组织学研究
均出现了许多“楔状”干细胞原基样结构 ,经再分化进
而形成新的体壁结构后 ,引起了残腕的快速延长(图
4d)。
3　讨论
本文首次对罗氏海盘车(Asterias rollestoni)腕的
再生过程进行了系统的组织学研究 ,包括伤口愈合过
程和腕的再生延长过程等 ,旨在为查清棘皮动物的再
生过程及其规律 ,进而揭示后口动物的再生机理奠定
基础 。
3.1 罗氏海盘车腕再生过程的 3个阶段
本文组织水平的研究结果表明 ,罗氏海盘车创伤
腕的再生过程分为伤口愈合 、早期再生和晚期再生 3
个主要阶段:伤口愈合阶段约为断腕创伤后的 3 ～ 5d ,
此阶段主要是 1 个快速的伤口愈合阶段(于腕的创伤
面上形成新的表皮);早期再生阶段约为断腕创伤后的
6 ～ 8d , 此阶段主要是形成干细胞原基样结构
(blastema-like structure);晚期再生阶段约为断腕后的
9d至数月 ,此阶段主要是大量干细胞原基样结构的形
成 、腕的生长与延长 、以及广泛的形态形成 、再生新腕
的完全发育 。该结果与在海百合(Antedon medi ter-
ranea)中的研究结果相似[ 11] 。
3.2 罗氏海盘车腕再生过程中干细胞原基样结构的出
现
在创伤 8d后的罗氏海盘车残腕中 ,其外表皮层和
体腔上皮中均出现内陷于真皮层中的干细胞原基样结
构(blastema-like structure),是腕进一步再生的细胞源
泉。该结果表明 ,罗氏海盘车残腕的再生方式具有表
变态再生的特征 ,这点与涡虫[ 12] 、鱼类[ 13] 、两栖类[ 14] 、
蜥蜴[ 15]以及哺乳动物(大部分组织)[ 16]的再生方式是
相似的 。而从细胞来源上讲 ,海盘车腕再生所需细胞
又来源于已存细胞的脱分化和转分化 ,在伤口愈合过
程中还出现了真皮层的组织重排现象 ,又属于典型的
变形再生 ,这点又与六腕海星(L .hexact is)[ 17]和欧洲
海星(Asterias rubens)[ 18] 的再生方式是相同的。由此
可见 ,罗氏海盘车腕的再生过程中同时采用了变形再
生和表变态再生 2种方式 ,使再生效率大幅度提高 ,这
也从另一方面解释了海盘车在受到严重创伤或被迫自
残后所表现出的惊人再生能力[ 11] 。
3.3 罗氏海盘车创伤腕的伤口愈合过程
罗氏海盘车腕创伤端的愈合则是 1个多事件同期
发生的过程。首先 ,近残腕创伤端表皮层和体腔上皮
内侧的肌肉样细胞向创伤端迁移和聚集 ,将伤口封闭
后 ,经再分化形成真皮层组织。这种肌肉细胞的脱分
化现象在蝾螈肢和尾的再生过程中也有报道[ 19-20] 。其
次 ,近残腕创伤端体腔上皮中的脱分化细胞逐渐增殖 ,
向创伤端迁移 ,形成新的体腔上皮。第三 ,近残腕创伤
端外表皮层中的脱分化细胞与增殖 ,逐渐向创伤端迁
移 ,最终形成新的表皮层。上述 3 个事件同期发生的
结果 ,分别形成了新的表皮层 、体腔上皮和真皮层组
织 ,最终使伤口得以愈合 。本文所发现的海盘车创伤
愈合过程以及肌肉样细胞沿表皮层 、壁体腔膜及其内
侧真皮层向创伤端的迁移路线 ,在国际上尚属首次 ,与
海百合(A.mediterranea)中细胞沿体腔通道的迁移
路线是不同的[ 11 , 21-23] 。
3.4 罗氏海盘车腕的再生过程
在受到创伤刺激后 ,罗氏海盘车腕的再生与延长
可分为新生腕尖的生长延长以及残腕部分的延长 2个
同步发生的过程 ,二者的延长方式是不同的。新生腕
尖的延长是在伤口愈合的基础上 、依靠新生腕芽的逐
渐生长和延长来实现的 ,而残腕的延长主要是在创伤
刺激下通过在残腕的多个部位形成许多“楔状”干细胞
原基样结构来实现的。罗氏海盘车残腕与新生腕芽的
同步生长与延长 ,使整个腕的再生速度大大加快 ,这就
使我们更容易理解海盘车的惊人再生速度 ,罗氏海盘
车残腕与新生腕尖的这种延长机制 ,在其他棘皮动物
中尚未见报道 。
本文首次在组织水平上查清了罗氏海盘车腕的再
生过程 、再生方式及其再生机制 ,为进一步揭示出棘皮
动物等后口动物的再生机理奠定了理论基础[ 24] 。目
前正在进行罗氏海盘车腕再生的细胞与分子机理等有
关研究。
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Histological Examination of Arm Regeneration Process
in Starfish Asterias rollestoni
FAN Ting-Jun , DU Yu-Tang , CONG Ri-Shan , SUN Wen-Jie , TANG Zhi-Hong ,
YUAN Wen-Peng , SHI Ying , GENG Xiao-Fen , LI M ing-Yu
(Depar tment of Marine Biolog y , Division of Life Science and Technology , Ocean University of China , Qingdao 266003 , China)
Abstract:　Studies on the regeneration process of amputated starfish arms are of great impo rtance in the vali-
dation of the mechanisms of metazoan regeneration.To investig ate the regeneration mechanisms of echino-
derms , the detailed arm regeneration process in starfish Asterias rol lestoni were examined by amputat ion
techniques and staining methods of histochemistry and cy tochemist ry in this study .It w as found that
blastema-like st ructures , potential cell pools fo r the subsequent wound healing and arm regeneration , emerged
from the outer epidermis and inner peritoneum near the tip of stumps 8 days af ter amputation.The w ound
healing process includes three kinds of contemporary events:1)the dedifferentiated muscle-like cells under
outer epidermis and inner peritoneum migrated and aggregated into the w ound site , and redifferentiated into
normal dermal tissues along wi th tissue rearrangements.2)the dedifferentiated cells f rom outer epidermis
mig rated into the w ound site to form a thickened pre-epidermis , and finally redifferentiated into mature outer
epidermis.3)the dedif ferent iated cells f rom inner peri toneum mig rated into the w ound si te to form a thick-
ened pre-peritoneum , and finally redif ferent iated into mature inner peritoneum .The arm regeneration process
w as executed via two dif ferent mechanisms , arm stump elongation and new ly-generated arm-bud elongation.
The elongation of arm stumps w as carried out by formation and redifferentiation of a g reat many body w all-
across blastema-like structures , while the elongation of new ly-generated arm-buds w as carried out by the
g radual g row th of the new ly-generated arm-bud fo rmed by the dedif ferentiated cells from outer epidermis , in-
ner peritoneum and dermis.Finally , it can be concluded that tw o regeneration manners , morphallaxis and
epimorphosis , were both utilized in the arm regeneration process of Asterias rollestoni.
Key words:　Asterias rollestoni;arm;regenerat ion process;blastema-like st ructure;wound healing;histo-
chemistry
5634期 樊廷俊 ,等:罗氏海盘车腕再生过程的组织学研究