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人類如何才能實現肢體重生?

如果你切斷蠑螈的腿部,它們會重新長出來,人類卻不具備這樣的能力。其原因並不簡單,而且在一定程度上充滿神秘色彩。美國加利福尼亞大學埃爾文分校發育和細胞生物學教授大衛·加德納說:「實際上人類也有再生能力,例如表皮組織。此外,人體也可以再生部分腸道黏膜。但是,人類無法再生更複雜的身體組織。」

加德納花費數十年時間研究蠑螈的再生能力,尋找這種超級能力的潛在機制。他說:「人類的再生能力很可能在未來才能實現,卻並不遙遠。不久的將來,肢體再生將成為醫學工具箱的一部分。」

加德納之所以這樣說,是因為從理論上講,人類肢體再生是可能實現的。例如皮膚,如果皮膚切口並不深,將不會留下疤痕,因為人體的自愈能力可重生皮膚細胞。同時,如果指甲之下的細胞仍保存完整,人類很可能再生手指前端部分;如果重新生長出這些組織,骨骼將很好地結合在一起,這就像是螺絲和螺母的關係。人類肝臟也可以生長,能夠再生和重建受損組織。

生長一個完整的肢體

肢體再生(類似蠑螈的再生能力)不僅僅是取代組織部分,更需要骨骼、肌肉、血管和神經組織。成體幹細胞是一種未分化細胞,它對再生肌肉組織具有特殊作用,但對人類來說它們並沒有被激活。加德納指出,你可以再生血管,甚至神經組織,但是無法再生整條手臂。

加拿大蒙特利爾大學脊椎動物組織再生實驗室主管史蒂法納·羅伊強調稱,人類的皮膚、肝臟和骨骼不會以蠑螈相同的方式實現再生。人類僅能再生皮膚淺層組織(事實上這個連續過程被稱為體內平衡),卧室內多數灰塵都是人體的死亡皮膚細胞。

肝臟再生完全不同於蠑螈的肢體再生。肝臟再生是一種補償性增生,這意味著它再生的體積只是彌補損失的部分組織,如果整個肝臟被切除,將是無法再生的。而且損失的肝臟部分也是無法再生的,因此不能重複切除肝臟部分。相比之下,蠑螈的肢體可以多次重複被切除,每次切除都能重新生長出新的肢

體。

這幅圖像顯示了一個巨噬細胞捕獲細菌

人類擁有再生能力

加德納指出,人類的胎兒在子宮內可以形成完整的器官系統,而這些系統是僅用一些基因信息、9個月時間發育形成的。因此,人類具有重生某些器官組織的部分能力。同時,從進化角度上講,人類需要自愈功能。

除此之外,蠑螈和人類的潛在基因機制並非完全不同。3.6億年前泥盆紀時期,蠑螈和人類的共同祖先出現了進化分支。加德納說:「對於肢體再生並沒有特殊基因,這裡存在許多進化過程,但是人類至少未完成一個進化步驟。」

為了再生肢體,細胞需要知道再生肢體在哪裡,位於手指尖,還是肘關節?它們需要在正確的序列下重建正確的結構。加德納表示,蠑螈具有某些基因,而這些基因在人體中卻處於「關閉」狀態。或許這些基因能夠再生,或者至少幫助控制再生進程。在人類進化歷程中,一些基因不像蠑螈基因能夠表達再生能力,沒有人知道這些隱性基因是什麼。

2013年,澳大利亞科學家詹姆斯·戈德溫發現巨噬細胞能夠阻止蠑螈身體疤痕組織逐漸積聚,很可能揭開了肢體再生的部分謎團。巨噬細胞存在於包括人類的許多動物體內,是免疫系統的一部分。它們的功能是停止傳染和導致炎症,是身體部分需要修復的一種信號。如果蠑螈體內缺少巨噬細胞,將無法再生它們的肢體,而僅是形成疤痕。

加德納表示,戈德溫的研究將幫助我們更進一步地理解肢體再生現象。通常情況下,蠑螈根本不會形成疤痕組織,而人類在肌肉撕裂或者形成一道很深的傷口時將傷害結締組織,促使疤痕組織的形成。這些疤痕組織不會提供原始組織的相同功能性。

他說:「如果我們能使蠑螈身體形成疤痕,那將是非常了不起的事情,因為這將揭曉人類無法再生肢體或者器官的機制。巨噬細胞可能與此有部分關聯,但並不是全部因素。」

幼態延續和肢體再生

「幼態延續」的能力可能以另一種方式洞察肢體再生的神秘之處。墨西哥蠑螈具有幼態延續特徵,意味著它們進入成年期時仍保持著幼年期的特點。這就是為什麼墨西哥蠑螈成熟之後仍保留著鰓部,而其他蠑螈卻沒有。

人類也具有幼態延續特徵,這就是為什麼成年人有時內心自我認知是個「小孩」,而其他靈長目動物卻沒有這一現象。同時,人類比其他靈長目動物成熟期更長,這也與幼態延續相關。加德納強調稱,幼態延續很可能和再生能力之間具有一些關聯性,因為年輕人群比老年人群更容易自愈。

此外,美國哈佛醫學院的研究人員發現了「Lin28a」基因,它在未成年動物(包括人類)體內激活,伴隨著動物進入成年期時其活躍性停止。這種基因能夠確保老鼠組織再生,或者至少重新生長出趾尖和耳朵。一旦這些動物的年齡超過5個星期,它們將不會再生那些組織,甚至Lin28a基因的功能再次被激活也不行。Lin28a基因是老鼠新陳代謝控制系統的一部分,當它受到刺激時,將使動物獲得更多能量,彷彿它們更加年輕。

但是幼態延續和肢體再生之間的必然關聯性尚不能確定,因為所有蠑螈物種都可以肢體再生,但僅有墨西哥蠑螈具有幼態延續特徵。蠑螈物種能夠復原幹細胞,並開始肢體再生(這種類型的細胞與傷口發生反應,同時關聯肢體是否重新生長)。加德納刺激傷口處生長的神經細胞,能夠使蠑螈長出額外的肢體。

羅伊說:「這可能與強烈的免疫反應有關,或者與一些特殊生長因素及其結合因素有關。目前動物肢體再生能力仍是一個未解謎團,至少目前科學家仍無法完全解釋。」


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