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腿断了能再生?人类也将"偷走"这项"超能力"  

2017-05-28 22:15:44|  分类: 文化教育 |  标签: |举报 |字号 订阅

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如果你砍下蝾螈的腿,它会重新长出来。可是人类却不具备这样的再生能力。这种再生机制非常复杂,从某种程度上说,它至今依然是个谜。

蝾螈的腿断了能再生 人类也将偷走这项超能力

图:只需要一点点的遗传信息,人类晶胚就可以发育成完整的人。因此,人类拥有再生身体器官的有限能力。

美国加州大学欧文分校的发育与细胞生物学教授大卫·加德纳(David Gardiner)提及人类表层皮肤时说:“我们实际上也拥有很强的再生能力,比如我们的表皮组织。我们的肠胃器官也可以在一定程度上再生。但是我们无法让更复杂的器官再生。”

加德纳已经研究蝾螈的再生能力数十年,希望揭开这种超能力般的神秘机制。他说,人类将来可能拥有再生能力,而且这种愿景已经距离成为现实不远。很可能他当前指导的某位硕士生或博士生就能够揭开其神秘面纱,肢体再生将成为医疗工具包中的一部分。

这是因为,从理论上说,人类肢体再生是很有可能的。与皮肤为例,如果伤口不深,通过再生皮肤细胞的治愈过程,甚至都不会留下疤痕。对于人类来说,如果指甲下的细胞依然完整,指尖再生并非不可能。如果你利用螺丝或石膏将骨头重新接起来,它会重新长到一起。人类肝脏也会持续生长以填补缺失空间,并重建受到破坏的结构。

可是肢体再生不仅仅是取代器官组织。要想实现肢体再生,你需要骨头、肌肉、血管以及神经。成人干细胞(也就是未分化细胞)可以发育成肌肉,但它们似乎没有被激活。加德纳说:“你可能会再生血管甚至神经,但整条手臂无法再生。”

加拿大蒙特利尔大学脊椎动物组织再生实验室主任斯特凡·罗伊(Stéphane Roy)指出,皮肤、肝脏以及骨骼与蝾螈的再生意义不同。他在电子邮件中称:“人类只能更换浅层皮肤。实际上,我们房屋中的大多数尘埃都是人类掉落的死亡皮肤细胞。”

罗伊还称:“肝脏再生也与蝾螈的肢体再生截然不同。肝脏再生实际上属于代偿性增生,也就是说剩下的部分会增大以弥补缺失的部分。”为此,肝脏组织会在部分切除后增大。可是如果将整个肝脏切除,它就无法再生。罗伊表示:“失去的器官无法再生,因此你无法再次切除肝脏。而蝾螈的肢体可被切除多次,每次新的肢体都可重新长出来。”

可是加德纳说,人类在子宫中发育出完整的器官系统。只需要一点点遗传信息,人类胚胎就可在短短9个月发育成完整的人类。为此,人类拥有有限的再生能力,这具有很大的进化意义,它能够帮助伤口愈合。最重要的是,人类与蝾螈潜在的遗传机制并没有太大差异,即使我们在3.6亿年前的泥盆纪拥有“最后共同祖先”。加德纳表示:“没有控制再生机制的特别基因,这个过程有许多特定步骤,而至少1个步骤在人类身上没有发挥作用。”

要想肢体再生,细胞需要知道它们来自哪里,它们在肢体手指的尖端还是肘关节处?它们需要按照正确的顺序发育成正确的结构。加德纳说,蝾螈身上肯定有某种人类已经“关闭”的特定基因,或许这些基因就能控制再生,至少可帮助控制这个过程。在过去的进化选择中,肯定有什么东西影响人类无法像蝾螈那样表达这些基因,但现在还没人知道它到底是什么。

2013年,澳大利亚莫纳什大学的科学家詹姆斯·高德文(James Godwin)或许解决了部分谜团。他发现名为巨噬细胞(macrophages)的细胞似乎可阻止蝾螈的再生能力。巨噬细胞也存在于其他动物身上,包括人类,它们是免疫系统的一部分。它们的功能是阻止感染和炎症,通常预示着身体需要修复。缺少巨噬细胞的蝾螈无法再生肢体,只能形成伤疤。

加德纳表示,高德文的研究将对肢体再生的理解向前推进了一大步。通常情况下,蝾螈根本不会形成伤疤组织。当人类撕裂肌肉或伤口足够深时,意味着结缔组织受到破坏,就此形成伤疤。这种疤痕组织不会提供原生组织同样的功能。加德纳说:“如果我能真正理解蝾螈身上的伤疤,或许就能解开人类无法重生肢体或器官的原因。为此,巨噬细胞将是我研究的下个重点。”

“永保青春”的能力或许为肢体再生提供了其他线索。墨西哥蝾螈axolotl总是处于幼态持续状态,这意味着它们总能保持幼年特征。axolotl即使成年时也有腮,而其他蝾螈却没有。人类也存在类似现象,与其他灵长类相比,人类成年人更像孩童时期。此外,与大猩猩相比,人类的成长期更长。或许幼态与再生之间存在着某种联系,加德纳发现年轻人的自愈能力超过老年人。

此外,哈佛医学院的研究人员发现了名为Lin28a的基因,它可在未成年动物和人类身上激活,但成年后就会关闭。这种基因可以影响老鼠的再生组织,至少是它们脚趾指尖和耳朵尖的再生能力。当老鼠发育超过5周大后,就失去了再生这些组织的能力,即使Lin28a受到刺激被激活。Lin28a是动物代谢控制系统的一部分,受到刺激时,它会促使动物产生更多能量。但是这种机制之间的联系还未被理解,虽然所有蝾螈都能再生肢体,可是只有axolotl保持幼态。

蝾螈能够促使干细胞重新开始生长肢体,这种细胞可对伤口产生反应,这似乎也与肢体能否再生存在联系。加德纳通过刺激伤口神经细胞生长,促使蝾螈长出额外肢体。罗伊说:“这可能是强免疫反应所致,或某种特定生长因素释放的原因,亦或是两者相结合的结果。这可能属于生物物理学的范畴,蝾螈肢体比人类小得多。可是青蛙却无法再生肢体,为此这可能并非体型大小的问题。”

肢体再生之间依然是个谜,至少目前依然没有令人满意的答案。

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