人類為何不能再生：干細(xì)胞分化能力有限

任 天

據(jù)國外媒體報(bào)道，在地球上有一些相對較為簡單的生命形式，如水母、珊瑚等，雖然看起來并不起眼，但卻具有“長生不死”的本領(lǐng)。在1969年的經(jīng)典劇集《星際迷航》（Star Trek）中，也有一位死不了的人。他出生在古代的美索不達(dá)米亞，在與柯克船長見面的時(shí)候已經(jīng)活了差不多5000年。

近日在《愛爾蘭時(shí)報(bào)》上的一篇文章引起了許多網(wǎng)友的關(guān)注。該文章講述了愛爾蘭國立大學(xué)戈?duì)栱f再生醫(yī)學(xué)研究所對一種貝螅屬物種（學(xué)名：Hydractinia echinata）的研究。這種貝螅是由棘刺、觸手和水螅體組成的粉紅色附著群體，長度大約在2到3厘米，這使其可以方便地寄生在寄居蟹的貝殼上。貝?？雌饋聿⒉惶貏e出奇，但據(jù)研究所的科學(xué)家烏里·弗蘭克（Uri Frank）稱，這種生物“在理論上是永生的”。

當(dāng)然，“永生”這個(gè)概念本來就是見仁見智。在此之前，《紐約時(shí)報(bào)》的一篇文章曾介紹日本科學(xué)家發(fā)現(xiàn)了燈塔水母可以長生不死，這在當(dāng)時(shí)也引起了轟動(dòng)。與之不同的是，烏里·弗蘭克等人的研究關(guān)注點(diǎn)是貝螅在失去身體部位之后，能完整重生的能力。這位愛爾蘭科學(xué)家在文章中解釋道：“這聽起來似乎很讓人驚悚，如果它的頭被咬掉，只要幾天時(shí)間它就可以再長出一個(gè)來。”

Hydractinia echinata遠(yuǎn)不是地球上唯一擁有這一技能的生物，蚯蚓、海星、龍蝦、蝸牛、蠑螈和其他許多種生物都能夠長出替代的器官或肢體。一些哺乳動(dòng)物在某種程度上也能再生出器官，如兩種非洲刺毛鼠就能夠重新長出汗腺、皮毛和軟骨。這就引出了一個(gè)長期困擾科學(xué)家的問題：如果斑馬魚能夠長出一條新的尾巴，為什么我們?nèi)祟惥筒荒茉谛枰臅r(shí)候，生出新的手臂、腿，抑或是腎臟、心臟呢？

“沒有人知道確切答案，”美國加州大學(xué)歐文分校發(fā)育和細(xì)胞生物學(xué)教授大衛(wèi)·加德納（David M.Gardiner）說，“再生是一種基礎(chǔ)的生物學(xué)特性，就像繁殖一樣。”大衛(wèi)·加德納是一項(xiàng)再生研究項(xiàng)目的主要研究者，他解釋說，人類實(shí)際上也有再生的能力。我們的身體一直在細(xì)胞水平上不斷重建，并擁有修復(fù)損傷和愈合傷口的能力。雖然我們不能再生出新的手臂，但據(jù)2013年《自然》雜志的一篇文章報(bào)道，兒童有時(shí)候能夠在手指意外截?cái)嘀?，重新長出指尖；而成人在肝臟受損的時(shí)候，也可以重新長出部分組織。

“如果沒有自身修復(fù)的能力，那我們就不能夠存活下來，”加德納指出，“但如果我們可以再生出一小塊組織，為什么我們不能再生出器官呢？”令人沮喪的一點(diǎn)是，其實(shí)我們在子宮里的時(shí)候都具有這種能力。人類是由胚胎干細(xì)胞逐漸發(fā)育而成的。胚胎干細(xì)胞具有高度的多能性，能夠分化成各種類型的細(xì)胞，從神經(jīng)元到肌細(xì)胞、血細(xì)胞等。

能夠使肢體和器官再生的生物也具有干細(xì)胞，并在生命史中一直保持著分化的能力。例如，當(dāng)蠑螈的一個(gè)肢體斷了之后，它的干細(xì)胞會馬上開始工作，形成一團(tuán)快速生長的未分化細(xì)胞，稱為再生原基（regeneration blastema），之后這些細(xì)胞會分化并形成不同的結(jié)構(gòu)，組成新的肢體。

與許多哺乳動(dòng)物一樣，當(dāng)我們出生的時(shí)候，這些多能性的細(xì)胞就被體細(xì)胞——即成體干細(xì)胞所替代。成體干細(xì)胞只有有限的分化能力，能夠修復(fù)身體受損的部位。例如，骨髓中的成體干細(xì)胞能生成血細(xì)胞，皮膚中的成體干細(xì)胞能更新表皮，或生長出疤痕組織以愈合傷口。

然而，人類并不能再生出一只完整的手臂。加德納說：“在人體中肯定有某種東西，阻止了再生過程走得更遠(yuǎn)?！币恍┛茖W(xué)家認(rèn)為，這可能是某種演化上的權(quán)衡?！叭绻麅蓷珓?dòng)物的一只前肢被吃掉，那它可以躲起來好幾個(gè)星期不吃不喝，之后再重新長出前肢來，”英國曼徹斯特大學(xué)的發(fā)育生物學(xué)家恩里克·阿瑪亞（Enrique Amaya）說，“但對于新陳代謝旺盛，需要不時(shí)進(jìn)食的動(dòng)物來說，這是完全不可行的。它們必須迅速地愈合傷口?！?/p>

還有一些科學(xué)家，如愛爾蘭的烏里·弗蘭克則認(rèn)為，我們身體里所具有的某種抑制癌細(xì)胞分化的機(jī)制，可能同時(shí)也抑制了細(xì)胞團(tuán)發(fā)育成再生器官。不過，這些或許都可以改變。加德納推測，人類仍然具有重新長出肢體和器官的潛能，而且他堅(jiān)信科學(xué)家有朝一日終可以獲得重新開啟或關(guān)閉再生功能的方法。他還提到了近年來的一些進(jìn)展，如2007年研究者發(fā)現(xiàn)了如何將已分化細(xì)胞重新變回成誘導(dǎo)式多能性干細(xì)胞，這也消除了許多人曾經(jīng)認(rèn)為的不可逾越的再生障礙。

加德納解釋說，生長出新的人體四肢或器官或許就像是為細(xì)胞提供一個(gè)不同的遺傳指令。換句話說，就是為細(xì)胞提供一份新的藍(lán)圖，指導(dǎo)細(xì)胞分化成不同類型的細(xì)胞，并組成有功能的結(jié)構(gòu)?！爱?dāng)你（在細(xì)胞水平上）看再生原基的時(shí)候，它們就像腫瘤一樣，所不同的是它們會停下來進(jìn)行分化，再組成一只手臂?！奔拥录{解釋道，這種差別“就在于控制生長和形態(tài)的信息”。

有懷疑論者爭論說，重新生長出手臂或其他器官可能是一個(gè)十分耗費(fèi)時(shí)間的過程，并不現(xiàn)實(shí)。加德納并不同意這一觀點(diǎn)?！跋旙⒌那爸c人類手臂一樣復(fù)雜，”他指出，“關(guān)鍵是你需要有用于再生的結(jié)構(gòu)。纖維組織母細(xì)胞（能形成組織框架的一類細(xì)胞）在蠑螈體內(nèi)構(gòu)建了藍(lán)圖，我認(rèn)為經(jīng)過一段時(shí)間后，我們也能夠像蠑螈一樣具有再生能力，但要做到這一點(diǎn)，我們還需要找出弄清楚其中的信息網(wǎng)絡(luò)?！?/p>

他接著說道：“嬰兒手臂生長需要多長的時(shí)間呢？很可能要幾個(gè)月的時(shí)間。當(dāng)你能重新長出與嬰兒相似的手臂時(shí)，會發(fā)生什么——在再生肢體或器官能長到多大的問題上，這里似乎有個(gè)限制?！辈贿^在那之后，這只幼小的手臂或許可以在細(xì)胞水平上被編程，從而快速生長為成年人的手臂。加德納說：“蠑螈也是先再生出一只小的前肢，但之后其生長速度比其他部位快得多，因此能最終趕上來?！?/p>

目前，我們還不能確定科學(xué)家需要多長時(shí)間才能解碼并重新編程人類的再生過程，因?yàn)闆]人知道這其中涉及到多少步驟?！斑@其中或許只有兩到三個(gè)步驟，我們可能要花上十年時(shí)間，”加德納說，“但如果其中的步驟多很多，那我們可能就要五十年的時(shí)間了?！辈贿^，他認(rèn)為在未來某一天這一切都會實(shí)現(xiàn)。

（選自新浪科技）