蠑螈的斷肢再生能力,人類也擁有?

近期發表在《科學進展》(Science Advances)雜誌上的一項新研究稱:我們的身體實際上保留了修復受傷或過勞受損關節部位的軟骨的能力,而且這種癒合機制與蠑螈斷肢再生的機制是一樣的。

這一此前未被人類發現的機體秘密不禁引發了我們聯想,我們可以利用這種自我修復的身體機制做點什麼呢?

腳踝比膝蓋年輕

包括蠑螈、斑馬魚和多鰭魚等在內的很多動物都能夠再生身體的不同部位。蠑螈的特別之處在於它可以再生四肢、器官甚至部分大腦。人類不具備這種頂配的再生力,但我們的軟骨卻被發現擁有低配的再生能力。在漫長的進化旅途中,它沒被淘汰!

科學家們也希望能通過這一發現開拓出治療常見關節疾病(如骨關節炎等)和損傷的全新療法。文章指出,此發現關鍵意義在於,這種癒合機制“可能會被用於關節修復,併為人類的肢體再生奠定基礎”

在此研究發表之前,科學家們普遍認為,人體是沒辦法自行修復受損和退化的關節軟骨的。

杜克大學醫學院和隆德大學的研究者們或許是不信這個邪,他們想對那些“無能”的軟骨做進一步的探究——他們嘗試著去確定軟骨中蛋白質的實際存在時間

結果他們得到了意外收穫:“差不多年紀的人群,他們膝蓋部位的軟骨蛋白通常比髖部關節的軟骨更年輕,這在此前從未被觀察到。”

這就非常有趣了,因為年輕就意味著形成時間晚,這就約等於告訴我們人體軟骨中是存在損壞後自修復的現象的。

那麼這種不同軟骨間的年紀差異是如何發現的呢?

研究者們透過少量樣本同時觀察了數千種蛋白質,最後他們認定軟骨蛋白的年齡可能與它們所在的身體部位有關,包括膠原蛋白在內的軟骨蛋白,在腳踝處最年輕,膝蓋處中等年紀,髖部則最衰老。

這一特點也在有肢體再生能力的動物身上出現。肢體再生領域有一個概念:遠端組織比近端組織的再生能力更強(蠑螈們腳尖處的再生能力要比大腿的再生能力強大)。

奧地利維也納分子病理學研究所博士後普拉亞格•穆拉瓦拉(Prayag Murawala)以老鼠的指骨再生舉例:

老鼠的第一段指骨被截肢後,是可以重新長出來的;但如果是更近端的第二段指骨被截,它就不能再生了。這可以用來解釋為什麼人類的髖部和膝蓋部的損傷需要比腳踝處更多時間來癒合,以及為什麼腳踝不那麼容易患嚴重關節炎。髖關節需要更換的可能性是其他部位關節的兩倍,而且也有證據表明,腳踝處的骨關節炎很少會發展成嚴重疾病。

miRNA掌控組織再生

生物組織的再生過程是由一種叫作MicroRNA(miRNA)的分子調節的。這種分子在許多動物身上都有,並在進化過程中被證明非常有用。它是控制“組織再生的關鍵基因集合”,在擁有整個肢體再生能力的動物中更顯活躍。

miRNA也存在於人類體內,雖然人類早已不再用這一進化歷程中倖存下來的遺產來再生四肢,但它確實有助於修復受損的軟骨。而科學家們也在這篇新論文中證明了,miRNA的活性取決於它在體內的位置,與膝蓋和髖部相比,腳踝部位miRNA的活性更高

論文第一作者薛明鋒(Ming-Feng Hsueh,音譯)是杜克大學醫學院的分子生理學家。他在一份新聞稿中說道:“我們很興奮地得知,蠑螈肢體再生的調節機制似乎也是人類肢體關節組織修復的控制機制,我們將這種能力稱為‘我們身體裡的蠑螈能力’。”

本文的另一位作者弗吉尼亞•克勞斯(Virginia Kraus)表示,她“非常希望”這些發現將來能轉化為實際的治療方法。因為miRNA可以直接注射到關節中,以促進關節損傷後的修復,預防骨關節炎,甚至在骨關節炎形成後減緩或逆轉骨關節炎。miRNA和其他尚未被識別的化合物可能在未來幫助人類實現肢體再生之夢。

肯塔基大學生物學家、蠑螈再生能力專家蘭德爾•沃斯(Randal Voss)指出,這篇新論文提供了“關於蛋白質更新和miRNA表達的非常有趣的數據”,指出了“人類潛在的修復機制”。

他還說道:“雖然人類的修復反應與蠑螈和其他生物的再生修復有很大不同,但這兩種情況與miRNA之間的聯繫很有研究意義,我們仍然需要了解miRNA在人類組織修復和蠑螈再生方面的作用,並在這些發現的基礎上做進一步的研究。”

“令人驚訝的是,雖然我們人類在4億年前的進化中就已與蠑螈分離,但在機體再生方面,人類和蠑螈之間卻有許多共享途徑。雖然要了解為什麼人類不能再生的原因,我們還有很長的路要走,但這項研究提供了令人信服的證據來證明人類和蠑螈的四肢修復確有很多相似之處。”穆拉瓦拉說道。

穆拉瓦拉同時指出,這篇新論文“意義重大”,必將對該領域產生影響。展望未來,這些發現將促使研究人員關注動物肢體的遠端部分,以確定為什麼這些部分比近端位置擁有更好的再生能力。

“未來的一個大問題在於:我們需要搞明白究竟是遠端環境對組織再生更寬容,還是遠端細胞本身更具再生能力,或者兩者兼而有之?通過對這些問題的進一步探索,希望有一天能找到我們能否促進人體組織再生這一問題的答案。”

原文:Humans Have a ‘Salamander-Like’ Ability to Regenerate Damaged Body Parts, Study Finds

蝾螈的断肢再生能力,人类也拥有?


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