一些动物具有生长新手臂和腿的能力。我们能否学习它们的秘密并在人类身上复制这些能力？
在蜘蛛侠漫画中，科学家柯特·康纳斯(Curt Connors)注射了一种基于蜥蜴DNA的血清，重新长出了他被截肢的手臂。他也因此变成了一个巨大的人形蜥蜴并变得邪恶。抛开不幸的副作用不谈，蜥蜴人的故事反映了一个真实而长期的科学探索——理解动物非凡的再生能力，并在人类身上复制这些能力。
如果我切断自己的手臂，最终会留下一个被瘢痕组织覆盖的永久残肢。相比之下，如果蝾螈失去了一条腿，它会重新长出一条新的。伤口会愈合，随着时间的推移，它会创造新的骨骼、肌肉、神经和皮肤。
这种愈合能力最早在1740年被发现，当时亚伯拉罕·特伦布莱(Abraham Trembley)发现一种绿色池塘动物如果被截肢，可以再生其长满触手的头部。他根据希腊神话中能够再生头部的怪物将其命名为水螅(Hydra)。自那以后，科学家发现了更多具有再生能力的动物。蜥蜴可以恢复失去的尾巴。海星可以重新长出被肢解的臂。一些扁虫可以从单个细胞重建整个身体。
但尽管经过了几个世纪的研究，我们甚至远未理解再生是如何工作的，更不用说在我们自己的身体中复制这一壮举了。根据波士顿东北大学研究再生生物学的詹姆斯·莫纳汉(James Monaghan)的说法，后者应该是可能的，尽管他补充说"我们还差得远，而且很难确定一个时间框架。"
部分原因是这个领域只吸引了一小批科学家，他们之间几乎没有协调。很大程度上是因为在实验室中易于饲养和操作的动物——所谓的"模式生物"——与再生能力强的动物清单非常不同。鸡、小鼠、果蝇和线虫一直是实验室科学的支柱，帮助科学家理解一团细胞如何发育成一个完整的胚胎。但它们在更新失去的肢体方面并不擅长。蝾螈是理想的选择，因为它们再生能力很强，并且肢体具有与我们相同的基本结构。但它们作为实验室对象表现不佳。"肢体再生可能需要一个月的时间，"佛罗里达大学研究组织和器官再生的阿什利·赛弗特(Ashley Seifert)说，"这真的会减慢你的实验进度。"
情况变得更糟的是，蝾螈的基因组异常庞大。它们的DNA量是我们的十倍，而且从未有人完全测序过它们。直到最近，科学家还没有办法将外源基因添加到蝾螈中，或者敲除它的一组现有基因。没有这些强大的技术，蝾螈——以及再生科学——被分子生物学革命抛在了后面。
愈合行为
尽管有这些障碍，我们知道再生肢体必须经历的基本步骤。截肢后，皮肤最外层的细胞会爬过伤口以封闭它。此时，人类会形成大量瘢痕组织，事情就结束了。但在蝾螈中，新细胞会转化为称为伤口表皮的结构，它向下面的细胞发送化学指令。作为回应，残肢中的神经开始再次生长，而肌肉和结缔组织等成熟细胞则退化为称为胚基(blastema)的未成熟团块。这就是恢复肢体的关键。再生是先退后进的过程。
"不知何故，细胞知道它们的位置，它们只会再生缺失的部分，"曼彻斯特大学的发育生物学家恩里克·阿马亚(Enrique Amaya)说。如果肢体在肩膀或臀部被截肢，胚基会创造整条腿。如果在手腕处被截肢，胚基只会制造手和手指。当它们生长和分裂时，细胞占据特定位置，因此它们知道上下或左右。它们制作出完整肢体的微型版本，最终会长到全尺寸。
基本轮廓已经存在，但细节很难填补。为什么伤口表皮形成，它对下面的细胞做了什么？如果内部神经不开始生长，肢体就不会再生，但神经究竟做了什么？当残肢中的细胞回溯它们的命运成为胚基时，它们回溯到什么程度？
最重要的是，再生肢体的细胞如何知道它们在哪里以及如何采取正确的形状？它们如何制造一个有用的肢体而不是无用的、变形的管子？甚至是肿瘤？"这是一个非常困难的问题，因为你正从一个复杂的残肢变成一群看起来和行为都相同的细胞，但这些细胞以某种方式重演了发育过程，"莫纳汉说。"人们刚开始弄清楚这些过程，但我们不理解为什么肢体末端的细胞与尖端的细胞不同。"
与其问蝾螈如何完成它们的愈合行为，不如问为什么像我们这样的哺乳动物不能。没有确切的答案，但有几个猜测。也许癌症对哺乳动物来说是个更大的问题？阻止我们细胞不受控制地生长成肿瘤的相同检查点也可能阻止胚基形成。阿马亚想知道是否是因为我们是温血动物。"如果一只两栖动物咬掉它的一只手臂，它可以躲藏数周不进食并再生，"他说。"对于一只高代谢率需要不断进食的动物来说，这是不可能的。它必须快速而粗糙地愈合。"
不过，并非所有哺乳动物都未能通过再生测试。就在去年，赛弗特发现非洲棘鼠可以通过抛弃自己大块的皮肤来逃避捕食者。奇迹般的是，它们可以在创纪录的时间内再生这些剥落的皮肤补丁。当它们耳朵上的伤口愈合时，它们似乎甚至形成了胚基。这表明哺乳动物再生可能不像许多人担心的那样遥不可及。
身体模式
但即使我们能够理解和复制老鼠的能力，赛弗特也怀疑我们是否会有一种可注射的分子混合物能够触发再生。从伤口到胚基再到新肢体的转变太复杂了，他说。这也将是一个漫长的过程。虽然漫画书中的蜥蜴可以在几分钟内再生一条新肢体，但赛弗特的一只小蝾螈花了400天才能长出一条不到4毫米宽的腿。最大的蝾螈需要十多年才能完成这项工作。"即使人类能够重新长出一条肢体，可能也需要15-20年，"赛弗特说。一根手指可能更现实。
这值得吗？虽然对动物再生的研究进展缓慢，但医学的其他领域已经加速前进。干细胞研究和组织工程有望利用患者的细胞制造实验室培育的器官，这两项研究都吸引了大量研究人员和巨额预算。在如此迅猛的进展下，继续研究蝾螈和其他动物的愈合能力是否仍然相关？
赛弗特认为是的。"一方面，有很多意想不到的好处，"他说。蝾螈的再生与哺乳动物的伤口愈合有许多相似之处。我们可能永远无法以漫画书的方式长出新的手臂，但我们可能会学会如何更快地闭合伤口。这样做而不留下瘢痕也将是一个福音。许多人类疾病，从心脏病发作到肝硬化，都涉及某种形式的纤维化，即身体通过铺设结缔组织来处理损伤。"纤维化是再生的对立面，"赛弗特说。了解动物如何避免它可能告诉我们如何阻止瘢痕组织在我们的重要器官上积聚。
而且不要忘记科学小说方面的内容。再生研究最终是关于我们的身体如何产生模式的——我们的细胞如何知道它们在哪里，以及它们如何组织自己来制造器官。无论使用什么技术来生产新的身体部位，这些知识都将弥足珍贵。"我主张干细胞研究人员需要我们所做的工作类型，"阿马亚说，"关于我们细胞的行为方式以及如何控制它们的行为，我们仍然非常无知。"
【全文结束】
