蚯蚓再生及影响因素的研究进展

白桂芬,李 冰,刘 沛

（赤峰学院 生命科学系，内蒙古 赤峰 024000）

蚯蚓再生及影响因素的研究进展

白桂芬,李 冰,刘 沛

（赤峰学院 生命科学系，内蒙古 赤峰 024000）

蚯蚓由于其具有快速和不断更新的能力被认为是研究再生的最佳材料，因此研究蚯蚓再生有重要的意义.本文综述了蚯蚓的再生过程，蚯蚓的再生能力，蚯蚓的再生机理，以及环境条件、化学物质、切断部位、切除长度等因素对蚯蚓再生的影响，并进一步提出了几点关于蚯蚓再生的探讨建议.

蚯蚓；再生；影响

蚯蚓属于环节动物门(Anelida)，寡毛纲(Oligochaeta)动物.由于其具有快速和不断更新的能力，被认为是研究再生的最佳材料[1,2].再生(regeneration)是指生物个体或器官对非自然丢失部位的修补和复原，被认为是生物适应环境的最重要的机制之一[3].人们很早就发现在无脊椎动物中，环节动物拥有快速再生完整体节的独特能力[4,5]，某些陆地蚯蚓、寡毛纲和多毛纲的一些种类可快速再生出被切除的体段并恢复原状，并且再生遗传性状相同，有实验证明蚯蚓受到损伤以后具有再生恢复的能力[6].形态学、发育学和神经电生理学等多方面证据认为再生和胚胎发育过程相似[7]，因此再生被当成研究发育、细胞生长分化、模式形成的材料和解释模式形成的理论模型[8,9].近年来，随着细胞生物学、分子遗传学和神经生物学的兴起和发展，蚯蚓再生的研究为探索细胞再生的分子调控模式及研究神经系统的分化提供了实验的可能性[4,7]，从而也为深入研究蚯蚓再生机制提供了依据.

虽然蚯蚓的再生能力很强，但有一定的限制.不同种蚯蚓创伤与身体失掉部分的再生能力相差较大，范围可以从再生能力很弱的陆正蚓到几乎任何一个器官都能够再生的羊蚓属和围爪蚓属[10].同一个种的蚯蚓也会因为切断位置不同，再生能力有较大的差异，已有一些实验发现，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异有关外，还受到很多外部因素如环境条件、化学物质、剪切位置和体节长度等的影响.本文就蚯蚓的再生及影响因素进行综述，以期为深入研究蚯蚓的再生机理及应用提供参考.

1 蚯蚓再生研究

1.1 蚯蚓的再生过程

蚯蚓的再生过程主要表现为当蚯蚓被切断后，在断面上的肌肉组织立即形成新的细胞团，同时白血球聚集在切面上形成栓塞，使伤口迅速闭合.而体腔中隔离的原生细胞迁移到切面与自身形成的肌肉细胞团一起在切面上形成结节状的再生芽.与此同时，消化道、血管、神经系统等组织的细胞，通过有丝分裂迅速地向再生芽里生长.

早期的研究主要集中在蚯蚓再生体节数和各体段的再生能力的差异上.蚯蚓被切断的当天，部分断面就开始愈合，并形成芽基，接着细胞大量分裂增加；5～7d后分化形成明显的尾芽或头芽；12～16d再生各体节明显，以后各体节在长度和直径上不断增大，但体节数目不增加；16d之后再生各体节迅速生长；6～7周后，再生各体节生长基本完成，再生体节与原来体节难以区分[4,12].

1.2 蚯蚓的再生能力

蚯蚓各部分的再生能力存在着一定差异.蚯蚓从一定体节切断后，既能再生尾部又能再生头部.赤子爱胜蚓切断的位置不同，其再生速度不同，生殖环存在的处理比切除生殖环的处理再生速度快，存活率高，脑部的存在对再生速度没有显著的影响[13].赤子爱胜蚓再生体节数取决于剩下的身体长度，从身体前到身体后再生能力逐渐降低[14,15].肖能文等[13]的研究结果表明，切断处理后的赤子爱胜蚓体段在10d左右开始再生，并且从头部至尾部都有再生能力，但不同体段的蚯蚓再生能力不同，无头无尾、有头无尾的体段再生速度比无头有尾体段再生快，其中无头无尾蚯蚓体段的头部、尾部都可以再生，但尾部再生的速度显著高于头部，切断后所剩蚯蚓体段的多少对其存活率有很大影响，所剩的体节数越多，存活率越高，两者呈正相关[12].Moment[16]在研究蚯蚓尾部再生时认为从50／5l切断的蚯蚓比从80／81切断的蚯蚓再生速度快，尾部切除愈长，再生速度愈快.白桂芬等[17]的实验表明，蚯蚓被切割的伤口基本在7～13d愈合，然后开始再生；蚯蚓的切断位置不同，其成活率、存活时间、再生能力不同，无头有尾的体段最弱，无头无尾的体段稍强，有头无尾的体段最强；所剩体段越长，成活率越高，存活时间越长，再生能力越强.

1.3 蚯蚓的再生机理

再生芽基细胞有3种来源：干细胞、成神经细胞和去分化再生损伤的部分.像涡虫和水螅，它们都有一定数量的干细胞，当受到外界环境的刺激时干细胞被激活，这些干细胞可发育成任何一种类型的组织；而蝾螈、斑马鱼和环节动物等是通过转化已分化的成熟细胞来进行再生的.对蚯蚓的再生机理有不同的解释：20世纪中叶主要集中在油细胞控制、体内电压控制和脑控制3种理论上.Liebmanm[18]认为蚯蚓的再生是由体内的油细胞(Eleocytic)的数量控制的，性成熟个体体内的油细胞数量不能同时满足生殖和再生时，生殖停止而再生进行；蚯蚓头部的油细胞有明显的极性，不受饥饿和性成熟的影响，也不影响尾部的再生，蚯蚓尾部的油细胞亦有极性，但和头部的再生是相对独立的过程，任何影响黄色组织和油细胞的因素都干扰蚯蚓尾部的再生，如饥饿和性成熟状况影响油细胞的聚集而干扰蚯蚓尾部的再生.Moment[16]认为蚯蚓再生的长度和再生体节数由体内的电压控制，当越来越多的体节在蚯蚓尾部再生时，蚯蚓的头部和尾部的电势差依次增加，电势差作为再生抑制因素，当增加到阈值时，再生停止，体节不再增加.而大部分研究人员认为神经系统直接或间接控制着再生.Clark[19]认为寡毛纲动物的再生需要食道上神经节分泌的激素，如果食道上神经被切除，再生则受到抑制.Alonso—Bedatef[20]认为在幼蚓中，有脑存在比切除脑的蚯蚓尾部再生率明显提高，是因为在幼蚓的食道下神经节神经分泌细胞中，能一直分泌刺激因子或再生因子；而在成蚓中，有脑比切除脑的蚯蚓尾部再生率明显降低，食道上神经节神经分泌细胞分泌环带索，能一直从食道下神经节或腹神经索释放再生因子.

2 影响蚯蚓再生因素的研究

2.1 环境条件对蚯蚓再生的影响

蚯蚓是变温动物，体温随着外界环境温度的变化而变化.因此，蚯蚓对环境的依赖比一般恒温动物更为显著.环境温度不仅影响蚯蚓的体温和活动，还影响蚯蚓的新陈代谢、繁殖、生长、发育等.另外，土壤的含水量、氧气浓度、温度以及营养等对再生存活率和再生速度都有影响.Moment[16]认为温度影响再生速度，25℃条件下再生速度比20℃和30℃时都快；氧气浓度对水生蚯蚓有影响，在低浓度时，再生减少，但浓度过高，将导致蚯蚓全部死亡；营养影响再生速度，饥饿状况下的再生速度比正常营养状况下的再生要慢.

2.2 化学物质对蚯蚓再生的影响

肖能文[8]的试验表明化学试剂的处理也对蚯蚓的再生有影响.如柠檬醛对蚯蚓再生有明显作用.柠檬醛影响蚯蚓再生是通过抑制视黄醛氧化酶而抑制视黄酸的形成[21].他们的试验结果表明,柠檬醛对蚯蚓存活率和再生速率有影响.但这种作用依不同体段而异，以体段P7(从第7体节去掉头部的处理)和P25作用表现最显著，对体段A25(从25体节去掉尾部的处理)、A90和P60影响较小.柠檬醛不影响蚯蚓尾部再生，而影响蚯蚓头部再生.在蚯蚓头尾轴再生形成中视黄酸有重要作用[8]，视黄酸能干扰和延迟再生，影响头部的形成.从不同部位剪切蚯蚓后用视黄酸处理的，对其存活率、再生长度和重量等都有影响，对无头有尾的蚯蚓体段存活率受视黄酸影响较大，而对有头无尾的蚯蚓体段存活率受视黄酸影响较小；视黄酸处理30d后，各处理存活率和再生长度均小于对照组.

2.3 切断部位对蚯蚓再生的影响

切断部位对蚯蚓的再生有非常重要的影响.再生过程开始于切断面芽基的形成,然后通过细胞大量增殖和分化为尾芽或头芽,尾芽或头芽的形成和再生体节的数量与切断的部位相关,在蚯蚓身体的一些区域切除体节与芽体节数成比例,而另一些区域则很少或没有再生的能力.在相同实验条件下,切除后端的蚯蚓,其伤口愈合和再生能力明显地强于切除前端的蚯蚓，而且,其成活率也明显高于切除前端的蚯蚓[22].

2.4 切除长度对蚯蚓再生的影响

蚯蚓虽然具有再生能力，但蚯蚓的全部体节数不是能经常再生的，再生的体节数取决于切除的部位和剩下身体的长度.从陈碧远[22]的实验中可知，当切除长度小于或等于蚯蚓体长1/2时，损伤的蚯蚓在30天内能完全再生恢复到原体长.但当切除段长度大于蚯蚓体全长的1/2时，损伤的蚯蚓只能是部分再生，一般难以完全再生恢复到原体长.此外，当后端的体节过多地被切除后，会造成不再生现象，甚至引起蚯蚓的死亡.再生过程中剩余体节长度与再生的起始呈正相关关系，所切除的组织量越多，对蚯蚓再生起始的影响越大,即细胞增殖、组织修复和伤口愈合所需的时间越长.

在实验条件相同的情况下，蚯蚓被切除段的长短与其伤口的愈合和再生有密切的关系.对于切除后端的蚯蚓来说，切除部分越短，其再生能力越强，反之，则越弱.对于切除前端的蚯蚓来说，再生不十分明显，但总的趋势是：切除部分越短，其再生的能力也就越强，反之，则越弱[22].

3 结语

在蚯蚓再生及影响因素的试验中，研究人员的共识是：蚯蚓的伤口愈合和再生可能与蚯蚓体内的黄色细胞有关.当蚯蚓被切断时，切口处有大量的黄色细胞出现.从解剖学上可知，在蚯蚓背血管的周围、肠壁外有大量的黄色细胞存在，黄色细胞的作用是合成糖原并贮存脂肪.所以，当蚯蚓被切断后其伤口处会产生大量的黄色细胞有利于合成更多的糖原，而促进细胞的分裂，随之，伤口愈合，身体进一步延长.具有完整神经系统的存在，在蚯蚓再生过程中起重要的作用.蚯蚓的中枢神经是有脑、围咽神经、咽下神经节和腹神经索组成，腹神经索在各体节内都有膨大的神经节，构成链状神经.实验中发现，蚯蚓的再生能力与蚯蚓神经系统的完整程度存在着正相关.当切除后端的蚯蚓具有完整的脑、围咽神经、咽下神经节和部分腹神经索的存在，其再生能力比切除前端失去脑、围咽神经、咽下神经节和部分腹神经索的的蚯蚓强.随着切除段的逐渐减少，蚯蚓的再生能力就随之增大，而此时蚯蚓的神经系统也逐趋完整.蚯蚓的再生与循环系统的完整性也有密切的关系.蚯蚓的闭管式循环系统担负着运输氧气、二氧化碳、养分等作用.蚯蚓的背血管和环血管内有瓣膜且能搏动，能促进血液循环，但环血管有助于推动血流并维持平稳的血压，所以，当切除环血管势必引起血流速度的减慢，而影响蚯蚓的新陈代谢，进而抑制了蚯蚓伤口的愈合和再生.实验表明，具完整环血管的蚯蚓再生能力强.

从目前的资料看，蚯蚓的再生及影响因素的研究，只停留在试验及实验结果阶段，还未见蚯蚓再生这种特性加以应用.

蚯蚓的再生是个十分复杂的生理过程，从目前研究结果进行思考，提出以下几点探讨建议：

（1）既然蚯蚓具有较强的再生能力，且再生与环境条件、营养物质、化学试剂及切断部位、切除长度等具有一定的关系，能否优化最合理的因素使蚯蚓的再生达到最佳程度，使其再生应用于蚯蚓的扩繁而生产蚯蚓有待于进一步研究.

（2）蚯蚓再生体节和原体节难以区分且伤口处无疤痕，如何将“蚯蚓式”再生应用于医疗外科手术上有待于进一步研究.

（3）已有一些实验证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进一步研究.

（4）将蚯蚓从不同位置切断，得到有头无尾、无头无尾、无头有尾3种类型的体段，实验表明有头无尾的体段再生能力最强，无头无尾的体段次之，无头有尾的体段最弱，尾在再生的过程中是否起到了抑制作用，是通过什么方式起作用的有待于进一步研究.

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Q959.193

A

1673-260X（2012）05-0034-03