 圖片來源：Unsplash 通過花式切指頭，科學家們開始逐步解開人指頭再生的秘密。（好痛>_<） 撰文 | 黃雨佳 審校 | Clefable 不少熊孩子都曾被門夾過手指，或是手指被刀劃傷，特別嚴重時，指頭甚至會斷掉。在過去很長一段時間內(nèi)，治療斷指都是一種相當棘手的情況，如若不是由經(jīng)驗豐富的醫(yī)生來治療，結果通常都不會令人滿意。1972年，在他人建議下，澳大利亞阿德萊德兒童醫(yī)院（Adelaide Children’s Hospital）的外科醫(yī)生道格拉斯決定摒棄之前的治療傳統(tǒng)，對一些斷指的兒童采取保守療法，即不使用夾板，也不對傷口進行手術縫合或皮膚移植，僅使用薄紗布和干燥的敷料包扎傷口。 結果卻出乎道格拉斯醫(yī)生的預料。他驚訝地發(fā)現(xiàn)，29名經(jīng)歷保守治療的孩子不僅沒有發(fā)生骨髓炎（由細菌感染引起的骨骼炎癥），也沒有看著令人疼痛不堪的傷口殘余，更神奇的是，這些手指在愈合過程中居然明顯延長，甚至不少還恢復到了正常的手指長度和輪廓。此后，越來越多的臨床案例表明，人的指頭具備再生的能力。 經(jīng)歷保守療法后完整長出的手指（圖片來源：原論文） 很久以前，人們就已經(jīng)知道肝臟切除2/3后還能再生?？墒?，通常情況下，我們并不會認為人類和其他哺乳動物，具備壁虎那樣的肢體再生能力。可就在道格拉斯醫(yī)生用保守療法治療兒童斷指的10年后，研究人員又觀察到了在另一種哺乳動物——小鼠上的斷趾再生現(xiàn)象。 在什么情況下我們的肢體可以再生？是否可以無限再生？為了找出這些問題的答案，科學家們決定首先去研究那些再生能力超凡的兩棲動物，看看人類和它們之間有何異同。 蠑螈是再生醫(yī)學領域的科學家們最常用的模型動物，因其超凡的再生能力而聞名。它幾乎可以再生身體的任何部位，比如四肢、肺、卵巢、脊髓等等，甚至還包括大腦和心臟。只需一個月，蠑螈就能恢復被切除的整條腿，且不留疤痕，和原來的一模一樣。而且，這個過程可以重復一遍又一遍，無論切除多少次，都是如此。
蠑螈被截肢的腿也可以再生，按時間順序從左到右顯示（圖片來源：James Monaghan實驗室/美國東北大學） 雖然蠑螈的四肢比人類的纖細不少，但兩者的結構并無太大區(qū)別，都被皮膚包裹，由骨骼、肌肉、韌帶等相同的組織組成。而且，蠑螈肢體受傷后的修復過程與包括人在內(nèi)的哺乳動物也非常類似，都包括四個階段：凝血和止血、炎癥反應、細胞增殖和傷口重塑。 無論人或是蠑螈，最開始的修復過程都是相同的。受傷部位凝血后，一層皮膚細胞迅速地覆蓋傷口的表面，形成傷口上皮（下圖C）；接著，免疫系統(tǒng)參與炎癥反應，清除傷口部位的病原體和受損的老舊細胞。 此后，人和蠑螈的傷口修復機制開始出現(xiàn)分歧。蠑螈傷口處的上皮細胞會開始迅速生長和分裂，形成一種名為頂端上皮蓋（apical epithelial cap, AEC）的特殊結構，這是蠑螈肢體再生所必須的結構。同時，傷口局部組織中的某些細胞會丟失其原本的分化狀態(tài)，并快速分裂，形成一個小小的錐狀結構——芽基（Blastema）（下圖D）。 形成芽基正是蠑螈整個肢體再生過程中最關鍵的步驟。因為這些丟失了分化狀態(tài)的細胞會像干細胞一樣，可以分化、分裂成相應不同種類的細胞（下圖E），生長出肢體的各種結構，包括與身體其它部分相連的骨骼、神經(jīng)和血管，最終形成完整的肢體（下圖F）。
可是，通常情況下，在人的肢體受損部位并不會生成芽基結構。為了更好地處理損傷和避免的感染，我們的機體可能會在傷口上形成瘢痕組織，這是一種纖維化的組織結構，傷口的再生過程也就到此為止。這些瘢痕組織不僅會阻止我們的肢體重生，還會帶來諸多疾病。例如，瘢痕疙瘩給不少人帶來困擾，例如心臟病發(fā)作在心臟上留下的終生疤痕會降低心臟的泵血能力，肝硬化發(fā)生也正是由肝臟出現(xiàn)炎癥后的過度纖維化導致。 那么，為什么人的指頭可以逃離這樣的宿命，擁有再生的能力呢？ 發(fā)現(xiàn)人手指再生的能力后，科學家們首先好奇的是，在哪些情況下人的手指可以再生呢？小鼠趾頭不僅和人指頭一樣具備再生能力，而且還有相似構造——具有三根指骨（拇指除外）。因此，科學家們在小鼠身上進行了實驗。 研究表明，當截肢發(fā)生在小鼠趾頭的近端，即切除小鼠60%以上的末端指骨時（下圖的a線），一個月后，雖然小鼠傷口能夠愈合，但趾頭卻并不會再生；而當切除發(fā)生在趾頭遠端（下圖的b線），且不切除趾頭的脂肪墊，小鼠的趾頭在一個月內(nèi)會完整再生（下圖第二行）；但如果既切除遠端指骨又斜著切除脂肪墊（下圖的c線），小鼠的趾頭也可以再生出來，但是就不再含有脂肪墊了（下圖第三行）。
小鼠指尖截斷平面示意圖（圖片來源：原論文） 這說明，小鼠趾頭的再生能力存在于遠端趾頭的某些特殊細胞中，從人手指的案例中也能得出類似的結論。所以，決定手指是否能再生的究竟是什么細胞呢？ 1999年，研究人員發(fā)現(xiàn)，如果將一個小鼠完整的趾甲移植到一個已經(jīng)截斷了近端指骨（即上圖中無法再生的情況）的小鼠的趾頭上，不僅移植過來的指甲可以繼續(xù)生長，而且還能促使受損的指骨重新生長。于是，科學家們提出了一種假說：指甲在手指再生過程中具有重要功能。 隨后二十多年，科學家們逐漸發(fā)現(xiàn)指甲細胞的確非同一般。特別是甲床內(nèi)的間充質(zhì)干細胞，它不僅會表達多種特殊的轉(zhuǎn)錄因子，例如Msx1和Lmx1b，細胞中某些信號通路（如Wnt信號通路）也高度激活，這些特征都與具有超凡再生能力的生物——蠑螈的細胞非常相似。甲床中的間充質(zhì)干細胞一邊產(chǎn)生新的間充質(zhì)，同時其中的一部分又失去了分化狀態(tài)，形成像蠑螈傷口那樣的芽基結構，最終讓指頭得以重生。
看到這里，你是否覺得指甲細胞非常厲害，指頭斷掉一小截根本無需多慮？但是，千萬不要這樣以為！因為反復動用這些細胞有可能將它們耗盡。 為了探究指頭的再生能力究竟有多強，一群科學家讓小鼠趾頭切了長，長了切，如此反復。他們發(fā)現(xiàn)，對小鼠同一個趾頭切-長循環(huán)2次后，趾頭的再生能力開始下降。到第5次切除時，小鼠的趾頭已經(jīng)不會再生了。更令這些科學家驚訝的是，當小鼠在經(jīng)歷反復切除同一個趾頭后，即便是那些從未受過傷的趾頭在切除后，也無法再生了。
不過，也不必過于擔心，因為隨著醫(yī)學的發(fā)展，或許反復被切掉的手指頭在未來的某一天也能夠重生，并且這一天看上去已經(jīng)越來越近了。 隨著更加深入地研究蠑螈等具備再生能力的動物和小鼠的指甲，科學家們已經(jīng)探索出了不少使傷口傾向于形成芽基的方法。例如，科學家制作的一種含5種小分子的可穿戴設備，能控制傷口的局部微環(huán)境。成功讓被截肢的成年非洲爪蟾佩戴這種裝置后，它們在18個月內(nèi)再生了肢體（下圖第3行）。又如，基于甲床的再生能力，科學家們發(fā)現(xiàn)從截肢患者組織中提取的、去細胞化的甲床支架是一種良好的骨再生促進材料。
佩戴裝置（MDT）后恢復肢體的非洲爪蟾（圖片來源：原論文） 由于車禍、糖尿病、戰(zhàn)爭等因素，全球每年有超過100萬人截肢。隨著科學技術的發(fā)展，或許在未來的某一天，這些人僅需穿上特殊的裝置，就能重新?lián)碛须p臂/雙腿了。當然，在這一天到來之前，我們還要感謝和尊重這些在實驗中失去肢體的實驗動物們。 參考文獻： https://onlinelibrary./doi/10.1111/j.1440-1754.1972.tb01793.x https://www./article/regrowing-human-limbs/ https://www./articles/s41598-019-45521-4 https://www./articles/nature12214 https://stemcellres./articles/10.1186/s13287-022-02741-2  |
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來自： laodongjia > 《待分類》
蠑螈肢體的再生過程（圖片來源：哈佛大學）
受傷的指頭形成芽基結構（圖片來源：
多次切除后的小鼠趾頭（圖片來源：原論文）
