不起眼的海星是一种古老的海洋生物，可能起源于约4.8亿年前。它们以其星形、海绵状的皮肤和腕足吸盘，深受水族馆触摸池中人们的喜爱。这些美丽五辐棘皮动物也正帮助科学家们理解一个至关重要的生命过程——管腔形成。
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一项于5月9日发表在《自然-通讯》杂志上的研究，考察了海星中空管状结构的形成过程，这为其他生物器官的发育提供了蓝图。
管腔形成是指身体内形成各种中空管状结构的过程。这些管道最终会形成血管、消化道，甚至是心脏、肾脏和乳腺等复杂器官。这是一个在胚胎发育阶段发生的、基础且至关重要的过程，在这个过程中出现的异常可能导致器官功能失调、移位或不对称，甚至血管等结构的再生缺陷。
由于动物们在形成这些管状结构时使用非常不同的策略，因此对于胚胎发生过程中中空管形成的一般机制知之甚少。
这就是海星发挥作用的地方。它们的管腔形成过程相对容易观察，因为它们的胚胎非常透明，可以在不打扰它们的情况下进行观察。更不用说，它们全年都能大量繁殖。这项新研究揭示了蝙蝠海星Patiria miniata中管状结构的起始和早期阶段。
“我们的大部分器官都是管状的，因为它们需要运输体液、气体、食物或血液。像心脏这样的复杂器官最初也是一个管子，然后才发育出不同的结构。所以，管腔形成是我们所有器官形成的一个非常基础的步骤，”论文共同作者、芝加哥大学附属海洋生物实验室的细胞生物学家Margherita Perillo在一份声明中说道。
Perillo补充说，海星不仅是理想的研究对象，因为它的透明，研究人员还需要一种进化早于脊索动物门——包括鱼类、两栖动物、爬行动物、鸟类和哺乳动物——的生命之树基部的动物。
Perillo和她的同事们使用CRISPR基因编辑和其他技术来分析海星的基因功能，并拍摄了发育中的幼体长时间延时视频。该团队弄清楚了海星如何生成从其肠道分叉出的管状结构。通过这些观察，他们能够定义更高级的脊索动物管状器官可能已经发育所需的必要基本工具。现在，他们正接近于回答生物体如何从一个细胞发育成构成各种生物体的更复杂的3D管状结构。
根据Perillo的说法，在某些生物体（如苍蝇）中，“在所有细胞开始进行非常复杂的迁移模式以拉长、改变形状并形成管状结构之前，会经历一个大的细胞增殖周期。”
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在包括哺乳动物在内的其他动物中，细胞增殖和迁移是同时发生的。该团队发现，在海星中，细胞也可以同时增殖和迁移，以便管状结构能够以脊椎动物形成的方式形成。该团队认为，形成器官的机制一定已经在脊索动物进化的基础或根部确立了。
除了提供器官形成的进化见解外，海星还可以为生物医学研究提供帮助。Perillo发现，一种名为Six1/2的基因是管状结构分支过程的关键调节因子。如果将Six1/2从小鼠中剔除，它们会形成异常的肾脏，但缺乏该基因的小鼠即使被注射了肿瘤细胞，也能抵抗肿瘤形成。理解这个在癌细胞中过度表达的基因，可能为研究疾病进展开辟新的途径。
Perillo说：“我现在可以利用这个基因来理解不仅我们的器官是如何发育的，以及当疾病（尤其是癌症）发生时，器官会发生什么。我的希望是，在最多五到十年内，我们将能够利用这个基因来测试器官如何发展癌症以及癌症如何发生转移。”
