当一根尖锐的灌木切断蝾螈的尾巴或在与捕食者的战斗中失去手臂时,这种两栖动物只需坐等。几周内,缺失的身体部位就会完好如初地再生。
多年来,科学家们一直在研究这些两栖动物是如何施展这种魔法的,以及人类是否有一天也能做到这一点。一项于6月10日发表在《自然通讯》上的研究在理解这一现象方面迈出了巨大的一步,详细描述了墨西哥蝾螈如何精确再生缺失肢体的生物学机制。
视黄酸(一种人体内也丰富的物质)长期以来一直被认为是主要参与者。现在,研究清楚地表明,一种特定的酶(人类也有)在动物伤口处精细调节视黄酸的水平,以确保正确部分的再生。与此同时,一个基因控制着附肢的发育大小。
“这篇论文让我们了解了肢体如何知道再生什么,这在该领域一直是未解之谜,”波士顿东北大学生物系主任、该研究的主要作者詹姆斯·莫纳汉说。莫纳汉研究墨西哥蝾螈的再生已有几十年,最初对人类能否实现这一目标持怀疑态度。最新的科学研究使他相信这是可能的。
“现在我们有了蓝图,也有了生长肢体的基因,”他说。如今越来越先进的基因编辑技术可以指导这些基因的开启和关闭。“我完全可以想象,在未来的几十年里,有一种贴片可以放在伤口上,将通常会形成疤痕的细胞编程为启动适当的再生程序。”
虽然还需要更多的工作,但“理解调控和控制细胞生长和分化的机制是未来伤口护理管理的重要组成部分,”华盛顿大学从事烧伤患者治疗的外科医生萨姆·阿尔巴比说。他没有参与这项研究,但他认为目前的伤口护理是医学上的“重大失望”。
最近的一项研究表明,一种酶控制着伤口处视黄酸的数量,这种成分在护肤品中非常受欢迎。一个特定的基因帮助确定动物的身体知道要再生什么以及在哪里再生。
视黄酸在细胞分化和生长中起着重要作用。其在人类发育中的作用如此重要,以至于建议孕妇避免使用口服痤疮药物异维A酸,以免干扰自然水平——尽管最近的研究发现其并不会增加出生缺陷或残疾的风险。
这种酶不是创造视黄酸,而是评估当前的水平并将其减少到所需的量。莫纳汉说,这是出乎意料的,也是理解人类未来可能用于再生肢体过程的关键。
在我们的进化树的某个地方,人类和其他哺乳动物失去了再生断肢的能力,这是我们更复杂、功能更高的器官的代价。(一个例外是新生儿可以再生指尖。)
科学家们希望这些再生能力仍然隐藏在我们的生物学中。如果确实如此,“我们可以学习如何解锁它们,有可能恢复比我们目前看到的更大的再生潜力,”加州大学洛杉矶分校布罗德干细胞研究中心主任托马斯·兰多说。他没有参与这项研究,但他认为即使是他们正在研究的人类干细胞操纵也可能从墨西哥蝾螈的研究中受益。
“在哺乳动物中,我们依赖皮肤干细胞来制造皮肤,骨干细胞来制造骨骼,肌肉干细胞来制造肌肉,”他说。尚不清楚的是如何让这些细胞同时产生多种组织,而这是再生功能性肢体所必需的。了解两栖动物如何成功做到这一点可能会产生治疗方法,诱使干细胞模仿这些行为。
莫纳汉希望有一个更直接的应用,最终人们能够像他心爱的两栖动物一样再生肢体。
毕竟,他指出,两者都拥有涉及这一过程的所有遗传物质。不同之处仅在于“基因的可访问性”。
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