你肯定也有过类似的经历吧?切菜割破手,好之后留一道消不掉的疤;摔断胳膊养好,阴雨天还会隐隐作痛;小时候磕掉的门牙,这辈子只能靠假牙凑活。是不是早就默认人类皮肤坏了留疤、断了长不回来?其实这话大错特错,最近全球顶尖科学家刚爆出大消息,我们天生自带再生技能,现在已经找到启动它的方法了。
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要说自然界的再生卷王,那必须得提墨西哥钝口螈,也就是大家常说的六角恐龙。断胳膊断腿三周就能长回原样,连神经血管都和原装没差,切半个心脏一个月就能恢复正常功能。哪怕切掉一块大脑,它都能重新长完整,连记忆都不会丢,理论上只要没天敌,它能一直活不衰老。
还有涡虫这玩意儿更离谱,切成279段,每一段都能长出一个完整的新个体,头切长头尾巴切长尾巴,训练好的躲避光线的记忆,长完新头都不会忘。壁虎断尾海星断腕这些我们从小听到大,很多人不知道的是,这些动物会的再生技能,你我全都会,只是它们的再生开关一直开着,我们的被锁了三道。
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第一把锁是瑞士洛桑联邦理工学院的团队找到的,今年4月9日成果就发在了《Science》上,直接刷新了整个再生医学圈的认知。之前科学家一直想不通,都是脊椎动物,蝾螈断腿能长,老鼠为啥不行,基因相似度还超过80%,差在哪呢?对比之后才发现,受伤之后老鼠体内的HIF1A蛋白10分钟就没了,蝾螈的这个蛋白能在伤口待好几个星期。
这个HIF1A说白了就是再生程序的总电闸。只有它待在伤口,细胞才会收到指令:别结疤,启动再生。为啥老鼠的HIF1A消失这么快?答案谁都没想到,居然是因为氧气太多了。我们哺乳动物对氧气的敏感度是蝾螈的100倍,体内自带高效的降解系统,氧气浓度超过10%就会把HIF1A拆得粉碎,蝾螈这套系统基本等于不存在。
科学家做了个超有意思的实验,把截肢后的小鼠放在密封舱里,把氧气浓度严格控制在12%,差不多就是海拔4000米高原的空气浓度。结果奇迹真的发生了,原本只会结疤的小鼠,居然长出了完整的再生芽基,伤口细胞已经开始分裂分化,长骨骼肌肉神经皮肤了。这还是人类第一次在哺乳动物身上激活完整的再生程序,更绝的是他们还找到一款小分子药物,不用控氧,注射就能稳住HIF1A,效果一模一样。
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就在瑞士团队发论文同一天,剑桥大学的团队在同一期《Science》公布了第二把锁。之前大家都觉得结疤是因为细胞不够用,只能拿疤痕组织凑,实际上完全不是这么回事。再生还是结疤,根本和细胞数量没关系,全看伤口是软还是硬。
再生区域的细胞外基质是软乎乎的果冻状,主要是透明质酸,几乎没有胶原蛋白,疤痕区域是硬邦邦的水泥状,全是密密麻麻的胶原蛋白纤维。细胞外基质就是养细胞的土壤,软嫩的黑土地能让种子发芽长树,硬水泥地再好的种子也活不了。对再生来说,透明质酸就是肥沃黑土,胶原蛋白就是硬水泥。
为啥我们受伤后自动变成水泥地?因为我们成年后HAPLN1基因几乎不工作了。这个蛋白的作用就是把透明质酸牢牢固定在细胞表面,不让胶原蛋白过来占地盘,再生动物受伤后会大量生成这个蛋白,维持伤口柔软。科学家给小鼠断指处注射高浓度的透明质酸和HAPLN1蛋白,原本只会结疤的断端,真长出了结构长度都和原装差不多的新骨头。
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第三把锁是今年5月9日,美国好几所大学的联合团队找到的,成果发在了最新一期《PNAS》上。他们比对了再生能力差很多的三种动物,再生王者蝾螈、中等能力斑马鱼、几乎不能再生的小鼠,看它们受伤后基因表达的区别。结果发现不管再生能力怎么样,三种动物受伤都会激活同一组基因SP6和SP8,更夸张的是人类基因组里也有一模一样的这组基因,现在还在我们的指甲床里正常工作,这就是为啥指甲床没坏,断了的指尖还能长回一点。
科学家用基因编辑技术激活了小鼠断指处的SP8基因,结果真的惊呆了众人。断掉的指头完完整整长了出来,骨骼、软组织、神经、皮肤全对,一点疤痕都没有,功能也完全正常。我们国家在这方面也有不小的突破,去年6月北京生命科学研究所王伟团队发在《Science》的论文,直接找到了所有再生开关的总开关。
这个总开关就是Aldh1a2基因,它负责合成视黄酸,视黄酸就是再生程序的启动信号,没它后面啥都干不了。王伟团队发现,兔子山羊能再生耳廓,就是受伤后这个基因会被强力激活,产生大量视黄酸。我们人和小鼠的这个基因周围,有5个增强子彻底失活了,增强子就是开关的电源,电源拔了,开关再好用也白搭。
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他们做了个超震撼的实验,把兔子的Aldh1a2增强子通过病毒载体送到小鼠的断耳处,30天之后,奇迹就发生了。原本完全不能再生的小鼠,长出了完整的新耳朵,这还是人类历史第一次让哺乳动物实现复杂器官的完全再生。很多人肯定好奇,再生这么好,为啥进化要把我们的开关关了?
其实不是进化拿走了我们的能力,是我们主动放弃的,这是两亿年进化里选的最划算的交易。第一点就是癌症风险,再生要细胞不停分裂增殖,分裂次数越多,基因突变概率越大,蝾螈才活几年,这点风险不算啥,我们能活几十年,开关一直开着,大概率三十岁前就得癌症,太要命。第二点就是能量顶不住,再生太耗能了,蝾螈长一条腿要耗掉半年攒的能量,我们是恒温动物,大脑就占体重2%,却要耗掉20%的能量,再加再生的消耗,根本活不下去。
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第三点就是野外生存要的就是快。原始环境里被野兽咬一口,三天结疤止血和三个月慢慢完美再生,换谁都选前者啊,不等你长好早就被天敌吃没了。所以真不是进化亏待我们,当年的选择换来了更长的寿命、更大的大脑和更强的生存能力,放到当年那绝对是稳赚不赔的买卖,现在我们技术发展了,终于能把当年藏起来的技能拿回来了。
几千年来人类对再生长生的渴望就刻在骨子里,古代帝王找不死药炼仙丹,折腾了几千年,多少人把命搭进去也没结果。西方炼金术士找了一辈子贤者之石,就想练出长生药,折腾来折腾去啥也没捞着。他们做梦都想不到,找了一辈子的宝贝,就藏在我们每个人自己的DNA里,安安稳稳睡了两亿年。
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现在科学家已经找到叫醒它的方法了,按现在的进度,未来5年就能看到第一批再生药物上市。视黄酸凝胶治烧伤和糖尿病溃疡,能实现无疤愈合,针对疤痕的新药最快3年就能进人体试验,还有治疗骨关节炎的药,能让磨损的软骨重新长出来,不用植皮不用换关节,打一针就能解决问题。再往远了看,断肢再生、完整器官再生都能变成现实。
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当然现在还有好多问题要解决,比如怎么精准控制再生程度,防止过度增殖,怎么降低基因治疗的风险,怎么让普通人都用得起这些技术。但至少我们已经看到了曙光,你我大概率就能亲眼见证这个全新时代的到来。
参考资料:
人民网 哺乳动物再生能力调控关键分子开关发现
清华大学北京生命科学研究所 王伟实验室揭示哺乳动物再生调控关键开关
中国科学院 研究揭秘蝾螈再生机制
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