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人类为何不能再生:干细胞分化能力有限
2013/9/4 15:39:36 | 浏览:955 | 评论:0

  在地球上有一些相对较为简单的生命形式,如水母、珊瑚等,虽然看起来并不起眼,但却具有“长生不死”的本领。在1969年的经典剧集《星际迷航》(Star Trek)中,也有一位死不了的人。他出生在古代的美索不达米亚,在与柯克船长见面的时候已经活了差不多5000年。

  近日在《爱尔兰时报》上的一篇文章引起了许多网友的关注。该文章讲述了爱尔兰国立大学-戈尔韦再生医学研究所对一种贝螅属物种(学名:Hydractinia echinata)的研究。这种贝螅是由棘刺、触手和水螅体组成的粉红色附着群体,长度大约在2到3厘米,这使其可以方便地寄生在寄居蟹的贝壳上。贝螅看起来并不特别出奇,但据研究所的科学家乌里·弗兰克(Uri Frank)称,这种生物“在理论上是永生的”。

  当然,“永生”这个概念本来就是见仁见智。在此之前,《纽约时报》的一篇文章曾介绍日本科学家发现了灯塔水母可以长生不死,这在当时也引起了轰动。与之不同的是,乌里·弗兰克等人的研究关注点是贝螅在失去身体部位之后,能完整重生的能力。这位爱尔兰科学家在文章中解释道:“这听起来似乎很让人惊悚,如果它的头被咬掉,只要几天时间它就可以再长出一个来。”

  Hydractinia echinata远不是地球上唯一拥有这一技能的生物,蚯蚓、海星、龙虾、蜗牛、蝾螈和其他许多种生物都能够长出替代的器官或肢体。一些哺乳动物在某种程度上也能再生出器官,如两种非洲刺毛鼠就能够重新长出汗腺、皮毛和软骨。这就引出了一个长期困扰科学家的问题:如果斑马鱼能够长出一条新的尾巴,为什么我们人类就不能在需要的时候,生出新的手臂、腿,抑或是肾脏、心脏呢?

  “没有人知道确切答案,”美国加州大学欧文分校发育和细胞生物学教授大卫·加德纳(David M. Gardiner)说,“再生是一种基础的生物学特性,就像繁殖一样。”大卫·加德纳是一项再生研究项目的主要研究者,他解释说,人类实际上也有再生的能力。我们的身体一直在细胞水平上不断重建,并拥有修复损伤和愈合伤口的能力。虽然我们不能再生出新的手臂,但据2013年《自然》杂志的一篇文章报道,儿童有时候能够在手指意外截断之后,重新长出指尖;而成人在肝脏受损的时候,也可以重新长出部分组织。

  “如果没有自身修复的能力,那我们就不能够存活下来,”加德纳指出,“但如果我们可以再生出一小块组织,为什么我们不能再生出器官呢?”令人沮丧的一点是,其实我们在子宫里的时候都具有这种能力。人类是由胚胎干细胞逐渐发育而成的。胚胎干细胞具有高度的多能性,能够分化成各种类型的细胞,从神经元到肌细胞、血细胞等。

  能够使肢体和器官再生的生物也具有干细胞,并在生命史中一直保持着分化的能力。例如,当蝾螈的一个肢体断了之后,它的干细胞会马上开始工作,形成一团快速生长的未分化细胞,称为再生原基(regeneration blastema),之后这些细胞会分化并形成不同的结构,组成新的肢体。

  与许多哺乳动物一样,当我们出生的时候,这些多能性的细胞就被体细胞——即成体干细胞所替代。成体干细胞只有有限的分化能力,能够修复身体受损的部位。例如,骨髓中的成体干细胞能生成血细胞,皮肤中的成体干细胞能更新表皮,或生长出疤痕组织以愈合伤口。

  然而,人类并不能再生出一只完整的手臂。加德纳说:“在人体中肯定有某种东西,阻止了再生过程走得更远。”一些科学家认为,这可能是某种演化上的权衡。“如果两栖动物的一只前肢被吃掉,那它可以躲起来好几个星期不吃不喝,之后再重新长出前肢来,”英国曼彻斯特大学的发育生物学家恩里克·阿玛亚(Enrique Amaya)说,“但对于新陈代谢旺盛,需要不时进食的动物来说,这是完全不可行的。它们必须迅速地愈合伤口。”

  还有一些科学家,如爱尔兰的乌里·弗兰克则认为,我们身体里所具有的某种抑制癌细胞分化的机制,可能同时也抑制了细胞团发育成再生器官。不过,这些或许都可以改变。加德纳推测,人类仍然具有重新长出肢体和器官的潜能,而且他坚信科学家有朝一日终可以获得重新开启或关闭再生功能的方法。他还提到了近年来的一些进展,如2007年研究者发现了如何将已分化细胞重新变回成诱导式多能性干细胞,这也消除了许多人曾经认为的不可逾越的再生障碍。

  加德纳解释说,生长出新的人体四肢或器官或许就像是为细胞提供一个不同的遗传指令。换句话说,就是为细胞提供一份新的蓝图,指导细胞分化成不同类型的细胞,并组成有功能的结构。“当你(在细胞水平上)看再生原基的时候,它们就像肿瘤一样,所不同的是它们会停下来进行分化,再组成一只手臂。”加德纳解释道,这种差别“就在于控制生长和形态的信息。”

  有怀疑论者争论说,重新生长出手臂或其他器官可能是一个十分耗费时间的过程,并不现实。加德纳并不同意这一观点。“蝾螈的前肢与人类手臂一扬复杂,”他指出,“关键是你需要有用于再生的结构。纤维组织母细胞(能形成组织框架的一类细胞)在蝾螈体内构建了蓝图,我认为经过一段时间后,我们也能够像蝾螈一样具有再生能力,但要做到这一点,我们还需要找出弄清楚其中的信息网络。”

  他接着说道:“婴儿手臂生长需要多长的时间呢?很可能要几个月的时间。当你能重新长出与婴儿相似的手臂时,会发生什么——在再生肢体或器官能长到多大的问题上,这里似乎有个限制。”不过在那之后,这只幼小的手臂或许可以在细胞水平上被编程,从而快速生长为成年人的手臂。加德纳说:“蝾螈也是先再生出一只小的前肢,但之后其生长速度比其他部位快得多,因此能最终赶上来。”

  目前,我们还不能确定科学家需要多长时间才能解码并重新编程人类的再生过程,因为没人知道这其中涉及到多少步骤。“这其中或许只有两到三个步骤,我们可能要花上十年时间,”加德纳说,“但如果其中的步骤多很多,那我们可能就要五十年的时间了。”不过,他认为在未来某一天这一切都会实现。

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