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揭蝾螈肢体再生之谜 无干细胞也能再生

来源:新华网
摘要:蝾螈等动物具有断肢再生的能力,不过是什么保证了断腿的地方不会长出一条尾巴呢。英国《自然》杂志2日刊登的一项研究说,蝾螈的各种细胞具有记忆所属机体组织的能力,可良好地“专业分工”,帮助断肢再生。《自然》杂志刊登的这项由德国和美国等国科学家进行的研究指出,研究人员利用基因技术向一种名为墨西哥钝口螈的蝾......

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        蝾螈等动物具有断肢再生的能力,不过是什么保证了断腿的地方不会长出一条尾巴呢?英国《自然》杂志2日刊登的一项研究说,蝾螈的各种细胞具有记忆所属机体组织的能力,可良好地“专业分工”,帮助断肢再生。  

        《自然》杂志刊登的这项由德国和美国等国科学家进行的研究指出,研究人员利用基因技术向一种名为墨西哥钝口螈的蝾螈体内植入绿色荧光蛋白,再将相关细胞移植到有断肢的墨西哥钝口螈体内,这样就可以通过追踪荧光蛋白观察断肢再生的过程。  

        研究发现,蝾螈断肢创口周围的皮肤、肌肉、骨骼等各种细胞会聚集到一起,从成体细胞反向变为“幼年”细胞,形成具有再生能力的芽基细胞群。尽管这些芽基细胞看起来都差不多,但它们都记住了各自的来源,从肌肉细胞而来的仍再生为肌肉细胞,从神经鞘细胞而来的仍再生为神经鞘细胞。  

        更令人惊奇的是,从蝾螈肢体末端取下的软骨细胞,在移植到上臂部位后,居然慢慢移到了与其原有位置相对应的地方,证明这种细胞具有记忆位置的功能。  

        医学界一直在研究蝾螈、壁虎等动物的断肢再生能力,以发现帮助人类断肢再生的途径。研究人员认为,本次发现对于再生类药物的研发具有重要意义。



        据国外媒体报道,火蜥蜴是自然界最奇特的一种动物,它们不仅能再生被切除的四肢、受损的肺脏、重伤的脊椎神经,甚至可以再生部分受损的大脑。美国和德国科学家于7月1日公开了火蜥蜴是如何再生被切除的腿的研究发现。他们希望通过这项研究帮助研究人员把这种能力应用到人类身上。

        所有活生物都有肢体再生能力,但是火蜥蜴的再生能力最强。人类等哺乳动物的皮肤可以再生,或者折断的骨骼可以重新结合在一起,但是火蜥蜴不仅可以再生被切掉的四肢,甚至受损的大脑也能再生。直到目前为止,不考虑两栖动物的再生窍门的生物学家,一般认为它们利用被称作胚基(blastema)的“多能”细胞再生,这种细胞在切除术中起着重要作用。

        多能细胞跟人类的胚胎干细胞一样,都是一种多功能细胞,它们是由形成皮肤、骨骼、神经、肌肉等的特殊组织受到化学信号的刺激产生的。但是美国和德国科学家在发表在英国《自然》杂志上的论文中表示,通过研究发现,更加普通的组织特异性细胞显然才具有再生能力,对他们来说,这是个天大的好消息。这7名研究人员第一次拿墨西哥钝口螈(Ambystoma  mexicanum)做试验,这种生物仅生存在墨西哥,经常被当做研究脊椎动物生长的对象,科学家经常对它们进行遗传改良。

        他们把从荧光水母体内获得的一种基因(经常在实验室试验中作为指示剂)植入这种生物体内,携带这种基因的细胞在紫外线照射下发出紫绿色荧光,研究人员通过这种现象,可以直接得知该细胞的起源和生长情况。研究人员利用蝾螈胚胎进行研究,把转基因组织移植到特定位置,他们已经知道这个位置会形成身体的特定部位。然后观察这些细胞随着胚胎发育,会在哪里生长以及会如何生长。

        接着他们用遗传改良蝾螈进行试验,把它们的四肢或者器官切除掉。并把这些组织嫁接到正常蝾螈身上,然后切掉一些,在胚基区再生时,观察具有标志性的“绿色”细胞会发生什么变化。结果他们发现,事实上胚基区并非通过多能细胞进行再生,而是通过“记忆”它们的组织起源的细胞进行再生。换句话说就是,只有“老”肌肉细胞再生新肌肉细胞,只有“老”神经细胞产生新神经细胞,只有“老”皮肤细胞能产生新皮肤细胞,以此类推。

        那些万能细胞显示是生成皮肤和软骨的细胞。在一些特定情况下,这两种细胞可以交换角色。这项发现意义非常重大,因为火蜥蜴的神奇能力显然来自特异性细胞,这个过程比以前认为的更加接近哺乳动物的再生过程。论文作者,佛罗里达大学生物学教授马尔科姆·马顿在一篇新闻稿中说:“我认为这比我们以前认为的更像哺乳动物。从这项研究来看,有一天可再生人类组织的希望更大。”

        然而,要把火蜥蜴的再生方法成功应用到那些失去手或腿的人身上,还需要很多工作要做。犹他大学的神经生物学家亚雷加德罗·桑德赫兹·亚尔维拉多在《自然》杂志上发表的论文中,把这项成果称作“我们对再生的了解上了一个新层面”。他说:“这项成果跟其他重要成果一样,给我们留下下面的疑问:未来几年研究人员是否能把所有精力都集中在这项研究上。”



生物通报道,再生医学一直与干细胞基础研究紧密连接在一起,干细胞的多能性赋予了它挑起再生医学重任的能力,然而,再生医学领域一向新的发现证实,再生也可以无需干细胞,这个神奇的研究结果发表在《Nature》上,Cells  keep  a  memory  of  their  tissue  origin  during  axolotl  limb  regeneration。

文章通讯作者是来自德国德累斯顿大学再生医学治疗中心和Max  Planck研究所细胞生物与遗传学研究中心的Elly  Tanaka。目前主要负责再生医学动物模型研究。

Elly  Tanaka研究小组以蝾螈为研究模型(蝾螈是研究再生的极佳模型)。Elly  Tanaka表示,以前,科学家们都认为蝾螈的再生能力来自去分化的体细胞(回复到分化前的状态)。

在本研究中,Elly  Tanaka等人首先将GFP基因转到墨西哥蝾螈能再生的细胞内,接下来,将另一没有GFP的蝾螈进行截肢术,随后,将带有GFP基因的细胞移植到蝾螈断肢上,通过荧光可直观的观察蝾螈再生的过程。

这些带有GFP基因的细胞分为4种,分别是:皮肤细胞、软骨细胞、肌肉细胞和雪旺氏细胞。结果发现,皮肤细胞除了再生为皮肤细胞、结缔组织和肌腱外,其他三类细胞都各自再生为原本的细胞类型。

这与人们先前所想的相去甚远(老的理论认为这些细胞全部去分化,变成干细胞样的细胞再统一分化)。而这一结果表明蝾螈的成体细胞具有记忆能力,当肢体受伤时,各类细胞能迅速独立再生。

这些研究不仅首次证实了蝾螈再生无需干细胞,并且为再生医学注入了新的思路。



(生物通  小茜)
作者: 2009-7-7
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