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科学家揭秘:人类基因是肢体再生的关键

更新:2017-05-31 21:29

  据国外媒体报道,如果你切断蝾螈的腿部,它们会重新长出来,然而人类却不具备这样的能力,其原因并不简单,在一定程度上充满神秘色彩。美国加州大学埃尔文分校发育和细胞生物学教授大卫·加德纳(David Gardiner)说:实际上我们人类也有再生能力,例如:表皮组织,此外,人体也可以再生部分肠道粘膜,但是人类无法再生更复杂的身体组织。

  加德纳花费数十年时间研究蝾螈的再生能力,寻找这种超级能力的潜在机制。他说:“人类再生能力很可能在未来才能实现,却并不遥远,未来不久肢体再生将成为医学工具箱的一部分。”

  这是因为从理论上讲,人类肢体再生是可能实现的,例如:皮肤,如果皮肤切口并不深,将不会留下疤痕,因为人体自愈过程可重生皮肤细胞。同时,如果指甲之下的细胞仍保存完整,人类很可能再生手指前端部分,如果重新生长出这些组织,骨骼将很好地结合在一起,这就像是螺丝和螺丝帽的关系。人类肝脏也可以生长,能够再生和重建受损组织。

科学家揭秘:人类基因是肢体再生的关键

  生长一个完整的肢体

  肢体再生(类似蝾螈的再生能力)不仅仅是取代组织部分,肢体再生需要骨骼、肌肉、血管和神经组织,成体干细胞是一种未分化细胞,它对于再生肌肉组织具有特殊作用,但是它们并没有激活。加德纳指出,你可以再生血管,甚至神经组织,但是无法再生整个手臂。

科学家揭秘:人类基因是肢体再生的关键

  加拿大蒙特利尔大学脊椎动物组织再生实验室主管史蒂法纳·罗伊(Stephane Roy)强调称,人类的皮肤、肝脏和骨骼,不会以蝾螈相同的方式实现再生。人类仅能再生皮肤浅层组织(事实上这个连续过程被称为体内平衡),卧室内多数灰尘都是人体的死亡皮肤细胞。

  肝脏再生完全不同于蝾螈的肢体再生,肝脏再生是一种补偿性增生,这意味着它生长的体积是弥补损失的部分组织,意味着肝脏组织会生长得更大,但如果整个肝脏被切除,将是无法再生的。损失的肝脏部分是无法再生的,因此不能重复切除肝脏部分,相比之下,蝾螈的肢体可以多次重复被切除,每次切除都能重新生长出新的肢体。

  人类拥有再生能力

  加德纳指出,胎儿在子宫内可以形成完整的器官系统,从胚胎获得一些基因信息仅用9个月便能发育形成复杂的婴儿。因此人类具有重生某些器官组织的部分能力,同时,从进化角度上讲,人类需要自愈功能。

  除此之外,蝾螈和人类的潜在基因机制并非完全不同,3.6亿年前泥盆纪时期蝾螈和人类的共同祖先物种出现了进化分支,加德纳说:“对于肢体再生并没有特殊基因,这里存在着许多进化过程,但是人类至少未完成一个进化步骤。”

科学家揭秘:人类基因是肢体再生的关键

  为了再生肢体,细胞需要知道再生肢体在哪里,位于手指尖,还是肘关节?它们需要在正确的序列下重建正确的结构。加德纳表示,蝾螈具有某些基因,却在人体中处于“关闭”状态。或许这些基因能够再生,或者至少帮助控制再生进程。人类进化历程中一些基因不像蝾螈基因能够表达再生能力,没有人知道这些隐性基因是什么。

  2013年,澳大利亚科学家詹姆斯·戈德温(James Godwin)可能揭开了肢体再生的部分谜团,他发现巨噬细胞(macrophages)能够阻止蝾螈身体疤痕组织逐渐积聚,巨噬细胞存在于包括人类的其他动物体内,是免疫系统的一部分。它们的功能是停止传染和导致炎症,它是身体部分需要修复的一种信号。如果蝾螈体内缺少巨噬细胞,将无法再生它们的肢体,而仅是形成疤痕。

  加德纳表示,戈德温的研究工作帮助我们更进一步地理解肢体重生现象,通常情况下,蝾螈根本不会形成疤痕组织,当人类肌肉撕裂或者形成一道很深的伤口,将伤害结缔组织,促使疤痕组织的形成。这些疤痕组织不会提供原始组织的相同功能性。

  他说:“如果我能使蝾螈身体形成疤痕,那将非常了不起的事情,因为这将揭晓人类无法再生肢体或者器官的机制,巨噬细胞可能存在部分关联,但也不完全是该因素造成的。”

  幼态延续和肢体再生

  “幼态延续”的能力可能以另一种方式洞察肢体再生的神秘之处,墨西哥蝾螈具有幼态延续特征,意味着它们进入成年期仍保持着幼年期特点。这就是为什么墨西哥蝾螈成熟之后仍保留着鳃部,而其它蝾螈物种却没有。

  人类也具有幼态延续特征,这就是成年人为什么有时内心自我是个“小孩”,而其它灵长目动物却没有这一现象,同时,人类比其它灵长目动物成熟期更长,很可能幼态延续和再生能力之间具有一些关联性。加德纳强调称,年轻人群比老年人群更容易自愈。

科学家揭秘:人类基因是肢体再生的关键

  此外,美国哈佛医学院的研究人员发现“Lin28a”基因,它在未成年动物(包括人类)体内激活,伴随着动物进入成年期其活跃性将停止,这种基因能够确保老鼠组织再生,或者至少重新生长出趾尖和耳朵。一旦这些动物年龄超过5个星期,它们将不会再生那些组织,甚至当Lin28a基因功能被激活。Lin28a基因是老鼠新陈代谢控制系统的一部分,当它受到刺激,将使动物获得更多能量,仿佛它们更加年轻。

  但是幼态延续和肢体再生之间的必然关联性尚不能确定,所有蝾螈物种都可以肢体再生,但仅有墨西哥蝾螈具有幼态延续特征。蝾螈物种能够复原干细胞,并开始肢体重生,这种类型的细胞与伤口发生反应,同时关联肢体是否重新生长。加德纳刺激伤口处生长的神经细胞,能够使蝾螈长出额外的肢体。

  罗伊说:“这可能与强烈的免疫反应有关,或者与一些特殊生长因素及其结合因素有关,这将部分解答一个生物物理学现象:从身体比例上讲,蝾螈肢体比人类肢体更小,然而青蛙却不能重生它们的肢体,因此这不是与体形相关的问题。目前动物肢体再生能力仍是一个未解谜团,至少目前科学家仍无法完全解释。”

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