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揭蠑螈肢體再生之謎 無干細胞也能再生

來源:新華網 作者: 2009-7-7

摘要: 蠑螈等動物具有斷肢再生的能力,不過是什么保證了斷腿的地方不會長出一條尾巴呢。英國《自然》雜志2日刊登的一項研究說,蠑螈的各種細胞具有記憶所屬機體組織的能力,可良好地“專業分工”,幫助斷肢再生。《自然》雜志刊登的這項由德國和美國等國科學家進行的研究指出,研究人員利用基因技術向一種名為墨西哥鈍口螈的蠑......


        蠑螈等動物具有斷肢再生的能力,不過是什么保證了斷腿的地方不會長出一條尾巴呢?英國《自然》雜志2日刊登的一項研究說,蠑螈的各種細胞具有記憶所屬機體組織的能力,可良好地“專業分工”,幫助斷肢再生。  

        《自然》雜志刊登的這項由德國和美國等國科學家進行的研究指出,研究人員利用基因技術向一種名為墨西哥鈍口螈的蠑螈體內植入綠色熒光蛋白,再將相關細胞移植到有斷肢的墨西哥鈍口螈體內,這樣就可以通過追蹤熒光蛋白觀察斷肢再生的過程。  

        研究發現,蠑螈斷肢創口周圍的皮膚、肌肉、骨骼等各種細胞會聚集到一起,從成體細胞反向變為“幼年”細胞,形成具有再生能力的芽基細胞群。盡管這些芽基細胞看起來都差不多,但它們都記住了各自的來源,從肌肉細胞而來的仍再生為肌肉細胞,從神經鞘細胞而來的仍再生為神經鞘細胞。  

        更令人驚奇的是,從蠑螈肢體末端取下的軟骨細胞,在移植到上臂部位后,居然慢慢移到了與其原有位置相對應的地方,證明這種細胞具有記憶位置的功能。  

        醫學界一直在研究蠑螈、壁虎等動物的斷肢再生能力,以發現幫助人類斷肢再生的途徑。研究人員認為,本次發現對于再生類藥物的研發具有重要意義。



        據國外媒體報道,火蜥蜴是自然界最奇特的一種動物,它們不僅能再生被切除的四肢、受損的肺臟、重傷的脊椎神經,甚至可以再生部分受損的大腦。美國和德國科學家于7月1日公開了火蜥蜴是如何再生被切除的腿的研究發現。他們希望通過這項研究幫助研究人員把這種能力應用到人類身上。

        所有活生物都有肢體再生能力,但是火蜥蜴的再生能力最強。人類等哺乳動物的皮膚可以再生,或者折斷的骨骼可以重新結合在一起,但是火蜥蜴不僅可以再生被切掉的四肢,甚至受損的大腦也能再生。直到目前為止,不考慮兩棲動物的再生竅門的生物學家,一般認為它們利用被稱作胚基(blastema)的“多能”細胞再生,這種細胞在切除術中起著重要作用。

        多能細胞跟人類的胚胎干細胞一樣,都是一種多功能細胞,它們是由形成皮膚、骨骼、神經、肌肉等的特殊組織受到化學信號的刺激產生的。但是美國和德國科學家在發表在英國《自然》雜志上的論文中表示,通過研究發現,更加普通的組織特異性細胞顯然才具有再生能力,對他們來說,這是個天大的好消息。這7名研究人員第一次拿墨西哥鈍口螈(Ambystoma  mexicanum)做試驗,這種生物僅生存在墨西哥,經常被當做研究脊椎動物生長的對象,科學家經常對它們進行遺傳改良。

        他們把從熒光水母體內獲得的一種基因(經常在實驗室試驗中作為指示劑)植入這種生物體內,攜帶這種基因的細胞在紫外線照射下發出紫綠色熒光,研究人員通過這種現象,可以直接得知該細胞的起源和生長情況。研究人員利用蠑螈胚胎進行研究,把轉基因組織移植到特定位置,他們已經知道這個位置會形成身體的特定部位。然后觀察這些細胞隨著胚胎發育,會在哪里生長以及會如何生長。

        接著他們用遺傳改良蠑螈進行試驗,把它們的四肢或者器官切除掉。并把這些組織嫁接到正常蠑螈身上,然后切掉一些,在胚基區再生時,觀察具有標志性的“綠色”細胞會發生什么變化。結果他們發現,事實上胚基區并非通過多能細胞進行再生,而是通過“記憶”它們的組織起源的細胞進行再生。換句話說就是,只有“老”肌肉細胞再生新肌肉細胞,只有“老”神經細胞產生新神經細胞,只有“老”皮膚細胞能產生新皮膚細胞,以此類推。

        那些萬能細胞顯示是生成皮膚和軟骨的細胞。在一些特定情況下,這兩種細胞可以交換角色。這項發現意義非常重大,因為火蜥蜴的神奇能力顯然來自特異性細胞,這個過程比以前認為的更加接近哺乳動物的再生過程。論文作者,佛羅里達大學生物學教授馬爾科姆·馬頓在一篇新聞稿中說:“我認為這比我們以前認為的更像哺乳動物。從這項研究來看,有一天可再生人類組織的希望更大。”

        然而,要把火蜥蜴的再生方法成功應用到那些失去手或腿的人身上,還需要很多工作要做。猶他大學的神經生物學家亞雷加德羅·桑德赫茲·亞爾維拉多在《自然》雜志上發表的論文中,把這項成果稱作“我們對再生的了解上了一個新層面”。他說:“這項成果跟其他重要成果一樣,給我們留下下面的疑問:未來幾年研究人員是否能把所有精力都集中在這項研究上。”



生物通報道,再生醫學一直與干細胞基礎研究緊密連接在一起,干細胞的多能性賦予了它挑起再生醫學重任的能力,然而,再生醫學領域一向新的發現證實,再生也可以無需干細胞,這個神奇的研究結果發表在《Nature》上,Cells  keep  a  memory  of  their  tissue  origin  during  axolotl  limb  regeneration。

文章通訊作者是來自德國德累斯頓大學再生醫學治療中心和Max  Planck研究所細胞生物與遺傳學研究中心的Elly  Tanaka。目前主要負責再生醫學動物模型研究。

Elly  Tanaka研究小組以蠑螈為研究模型(蠑螈是研究再生的極佳模型)。Elly  Tanaka表示,以前,科學家們都認為蠑螈的再生能力來自去分化的體細胞(回復到分化前的狀態)。

在本研究中,Elly  Tanaka等人首先將GFP基因轉到墨西哥蠑螈能再生的細胞內,接下來,將另一沒有GFP的蠑螈進行截肢術,隨后,將帶有GFP基因的細胞移植到蠑螈斷肢上,通過熒光可直觀的觀察蠑螈再生的過程。

這些帶有GFP基因的細胞分為4種,分別是:皮膚細胞、軟骨細胞、肌肉細胞和雪旺氏細胞。結果發現,皮膚細胞除了再生為皮膚細胞、結締組織和肌腱外,其他三類細胞都各自再生為原本的細胞類型。

這與人們先前所想的相去甚遠(老的理論認為這些細胞全部去分化,變成干細胞樣的細胞再統一分化)。而這一結果表明蠑螈的成體細胞具有記憶能力,當肢體受傷時,各類細胞能迅速獨立再生。

這些研究不僅首次證實了蠑螈再生無需干細胞,并且為再生醫學注入了新的思路。



(生物通  小茜)


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