這篇文章發表於《大眾科學》的前部落格網路,並反映了作者的觀點,不一定反映《大眾科學》的觀點
許多種類的海星喜歡吃牡蠣、蛤蜊和其他貝類,這讓看守蠔床和養殖場的漁民非常懊惱。 傳說牡蠣漁民過去常常將他們撈上來的任何海星切成兩半,然後扔回海里,以此來處理它們。 由於海星可以再生失去的肢體,漁民們在不知不覺中使他們的敵人數量增加了一倍。 很難說這個經常被重複的故事到底有多真實,但海星的再生能力是生物學事實。 蠑螈、 newts 和許多其他兩棲動物也可以再生被切斷的肢體,替換所有缺失的骨骼、肌肉、神經和皮膚,而沒有任何疤痕組織的痕跡。 總的來說,哺乳動物就沒有那麼幸運了。 也許最值得注意的例外是一種特殊的實驗室小鼠品系,稱為 Murphy Roths Large (MRL),由於 其獨特的基因表達,它可以封閉耳朵上的小孔並再生腳趾尖。
現在,科學家們已經證實,至少非洲的兩種野生小鼠可以像蠑螈和 newts 一樣迅速再生缺失的皮膚、毛囊、脂肪細胞和軟骨。 這項新研究——加上對 MRL 小鼠的研究——表明,組織再生在哺乳動物中可能並不像曾經認為的那麼罕見,而且哺乳動物的基因組隱藏著再生受損身體部位的潛在能力。
在與生態學家的討論中,佛羅里達大學的生物學家 阿什利·塞弗特瞭解到,非洲刺毛鼠經常會失去它們的尾巴——就像蠑螈的尾巴可能會在飢餓的鳥嘴中脫落一樣——而且這些齧齒動物的大塊皮膚很容易從它們的身體上脫落,這可能是相關的防禦捕食者的手段。 然而,塞弗特想知道,任何哺乳動物怎麼能失去如此多的皮膚還能生存下來。 動物肯定必須長回大部分皮膚。
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幾個月後,塞弗特前往肯亞,開始在齧齒動物居住的岩石山丘中誘捕刺毛鼠(特別是Acomys kempi 和 Acomys percivali)。 每次捕獲的刺毛鼠在他手中掙扎時,它的皮膚都會脫落。 在機械測試中,塞弗特發現,破壞普通小鼠皮膚所需的能量幾乎是非洲刺毛鼠皮膚的 77 倍。 在細胞水平上,普通小鼠皮膚和非洲刺毛鼠皮膚看起來或多或少相同。 然而,刺毛鼠的毛囊比普通小鼠大得多。 塞弗特和他的同事們認為,毛囊佔據瞭如此多的空間,以至於刺毛鼠的皮膚比普通小鼠的皮膚含有更少的結締組織,這使得它更加脆弱。
當塞弗特和他的同事給刺毛鼠弄出一些小傷口時,出血很快停止,並且迅速形成了結痂。 小鼠在 3 天內在新傷口上長出了新皮膚;成年大鼠則需要 5 到 7 天才能做到這一點。 傷後 10 天,刺毛鼠的皮膚已經癒合,沒有留下太多疤痕。 刺毛鼠的新膠原支架沒有像疤痕典型的堅韌、緻密的網路那樣排列新的膠原纖維,而是類似於健康皮膚中的膠原支架。 到第 21 天,刺毛鼠正在長出全新的毛髮來替換它們失去的毛髮。
更令人印象深刻的是小鼠治癒耳朵中 4 毫米孔洞的能力:它們迅速用新的皮膚封閉了孔洞,再生了毛髮、脂肪細胞和軟骨——但沒有肌肉——而沒有任何疤痕組織。 相比之下,塞弗特測試的普通小鼠未能封閉耳朵中的傷口,而是形成了疤痕。 結果發表在《自然》雜誌上(《大眾科學》是自然出版集團的一部分)。
當蠑螈和 newts 再生整個肢體時——這個過程被稱為外形再生——第一步之一是形成胚基,這是一種細胞團,它會恢復到未成熟的、未分化的狀態,以便它們足夠多功能,可以變成新肢體中許多不同型別的組織。 塞弗特觀察到刺毛鼠耳朵傷口周圍聚集著未分化的細胞團,這些細胞團看起來非常像真正的胚基:“在對蠑螈等動物進行了大量研究之後,我在小鼠身上看到的東西幾乎完全相同。 我的同事和我都在說,‘這看起來像哺乳動物的胚基!’ 你可以看到新的毛囊在耳朵中像傳送帶一樣生長,以及未分化的細胞——所有再生的標誌似乎都在那裡。” 在未來的工作中,塞弗特希望更詳細地檢查這些細胞,以確認它們的真實身份。
在過去的研究中,科學家們發現 Murphy Roths Large 小鼠能夠再生耳朵組織的部分原因不是因為它們有突變基因或額外的基因,而是因為 它們不表達一種稱為 p21 的特定基因。 在相關研究中,科學家們透過暫時敲除兩個抑癌基因,將小鼠肌肉細胞恢復到類似胚基的未成熟狀態。 擴充套件這些發現的邏輯,p21 和其他基因可能會抑制典型小鼠乃至大多數哺乳動物體內潛在的再生能力。 學會隨意精確控制這些基因,開啟了透過恢復我們失去的組織再生能力來治癒人類損傷的前景。 非洲刺毛鼠現在為科學家們提供了調查這些可能性的新機會。