再生能力存在于所有嵴椎动物内部,再生不是难题!
他们的研究,发表于 11/17 优先线上版的 Genes and Development 之上,
证明嵴椎动物的再生能力是在强而有力的 Wnt signaling 系统控制之下:
活化它将能克服小鸡那类动物中再生能力中神祕障碍,
那类动物平常都无法替换残缺的肢体,然而如果把那些具有再生能力的动物
(青蛙、斑马鱼(zebrafish) 以及蝾螈)的去活性,那么就会关闭牠们更新
残缺肢体或是尾端的能力。
"在这个简单的实验中,我们移除部份鸡胚胎的部份翅膀,并让 Wnt
signaling 活化,然后整个翅膀就这么长回来了 -- 一隻漂亮而完美的翅膀
," 领导作者 Juan Carlos Izpisua Belmonte 博士表示,他是基因表现实
验室的教授。"藉由改变少数基因的表现,你能够改造嵴椎动物,让牠们能
够再生牠们的肢体,重建血管、骨骼、肌肉与皮肤 -- 每样东西都是必需的
。"
这项新发现 "开启了全新的研究领域," Belmonte 说。"即便某些动物在演
化中已经丧失了再生肢体的能力,所饱留下来的遗传机制仍能表现出来,而
且能够再起作用," 他说。以前,科学家相信一旦干细胞转便成为肌肉、骨
骼或任何它种细胞,那么它一生就这么注定了,而且如果这些细胞受伤,它
们就不会再生,只是长出伤痕组织。
操纵人类当中的 Wnt signaling,当然,在目前不可能,Belmonte 说,但
是希望这些发现最终将提供一些灵感给当前的研究,检视干细胞重建新人体
组织与器官的能力。例如,他说 Wnt signaling 可能推动成熟的细胞回到
过去,并且 "去分化(dedifferentiate)" 成干细胞一般的细胞,以便能
够再一次分化,产生各种建造肢体不可或缺的组织。
"这颠倒了我们当前所认为的干细胞疗法,所以了解此过程可能相当具有启
发性(illuminating)," 他说。"我们或许能用 Wnt signaling 路径来去
分化身体受伤肢体部位的细胞,要它们重新造出新的结构。"
Wnt 基因家族的成员(意指 wingless,当初首先在果蝇身上发现)已知在
细胞增殖程序(例如胎儿成长与癌症发展)中扮演一个角色,而 Belmonte
的实验室已经描绘出 Wnt signaling 在肢体生长中所扮演的关键角色。在
1995 年,Salk 的研究者首先证明他们能够在鸡胚胎中长出额外的肢体来,
接着在 2001 年,他们发现 Wnt signaling 系统在触发正常与不正常肢体
生长中扮演关键角色。
目前的研究则被设计成看看 Wnt signaling 是否也有涉入肢体再生当中,
并包含了三组嵴椎动物:斑马鱼与蝾螈,牠们一生当中都具有再生肢体的能
力;青蛙,牠们只有在胎儿发展时期的有限时间中长出新肢体;还有鸡,牠
不能再生肢体。
要操作动物的再生能力,Salk 研究者对 Wnt signaling 施以抑制的(
inhibitory)与刺激性的(excitatory)因子,在剪掉实验胚胎的肢体后,
他们将其直接送达残存的凸块。
在成年的斑马鱼以及蝾螈中,他们发现用抑制的因子阻断 Wnt signaling,
就能阻止正常的再生。而且,相反地,当他们以刺激的因子治疗突变的斑马
鱼(无法再生),这种能够再生鳍的能力就恢复了,Belmonte 说。
在青蛙能够再生的窗口关闭之前使用抑制剂,会使得这种能力丧失,但是在
牠们失去再生能力之后,若施以刺激剂,新肢体就会长出。
他们接着完成关键性的实验,成功的测试刺激因子能够让小鸡胚胎产生肢体
再生的能力。"讯号重新开启了这个程序,而那些涉及肢体最初发展的基因
又再度恢复," Belmonte 说。"那真的太奇妙了!"
然而,这项程序有点狡猾。Belmonte 提到,如果 Wnt signaling 在这些动
物体内被活化太久,就会产生癌症。"这必须在受控制的方式下完成,在特
定的时间中只有几个细胞," 他说。"真相是这种路径涉及细胞的增殖,在
那它会产生或再生肢体,控制干细胞,或是产生癌症。"