两栖动物蝾螈具有高度的再生能力。不仅是四肢和尾巴,眼睛的晶状体和视网膜,而且大脑和部分心脏等身体部位在缺失后也可以通过再生恢复原样。以筑波大学为中心的研究团队正在推进调查这种能力并用来为人类治疗的研究。千叶亲文教授等人搞清楚了蝾螈的皮肤不留伤痕地再生的过程,目前正计划与医生合作,用于皮肤的再生医疗。
蝾螈的皮肤可以不留伤痕地再生(图片由筑波大学千叶教授提供)
蝾螈的再生能力自古就为人所熟知,即使皮肤出现很深的伤口也能完全再生,但此前并没有人认真地研究调查过相关证据。人类如果产生浅小的伤口,愈合后不会留下伤痕,但如果伤及表皮下的真皮,即使愈合也会留下疤痕。
筑波大学的千叶教授与同样对蝾螈的再生能力感兴趣的庆应义塾大学和信州大学的整形外科医生,日本齿科大学和宇都宫大学等共同调查了蝾螈皮肤再生的整个过程。最初研究人员对蝾螈皮肤再生不留伤痕半信半疑,但经过2年多的观察发现蝾螈的确可以基本上完全再生皮肤。
人的皮肤在受伤较深时会出血,之后伤口结痂。痂皮下面会发生炎症反应,从周围的组织聚集而来的细胞增殖,产生胶原蛋白等纤维蛋白。纤维蛋白无序残留下来就形成疤痕。由于皮肤表面的细小凹凸“纹理”等不会恢复,所以疤痕比较明显。
另一方面,蝾螈即使受伤出血,伤口也不会像人一样结痂,表皮会从伤口周围延伸过来,迅速闭合伤口。炎症反应被抑制,也不会形成以纤维蛋白为主的疤痕。真皮在覆盖伤口的表皮下开始再生,皮肤纹理等也会被重新构建,除颜色花纹外几乎能完全恢复原样。
蝾螈与人的主要区别是表皮会迅速覆盖住伤口。不仅是伤口周围,大面积皮肤的干细胞分裂频率都会提高约一倍。随着整体的细胞数量增加,表皮被从断面推向伤口,2~3天后伤口就会闭合。千叶教授说:“这种方法非常巧妙,令人佩服。”
在人类的皮肤治疗中,通过快速用表皮覆盖伤口,有望抑制炎症反应和疤痕的形成。虽然很难像蝾螈那样人为增加大面积皮肤的干细胞分裂,但通过移植利用细胞培养等人工培养的表皮,或许可以再现与蝾螈类似的情况。
如果能从基因层面和分子层面全面明确蝾螈的再生能力,就有望发现促进人类再生医疗发展的线索。能否在哺乳动物身上再现蝾螈那样的再生能力呢,重要的是要利用试管和实验动物反复进行研究。如果一切顺利的话,有望从2040年前后开始在人类身上进行部分应用,2050年前后实现全面应用。
日本人活跃的研究领域
关于蝾螈再生能力的研究动向与医疗应用前景 | |
18世纪 | 意大利的博物学家发现蝾螈的再生能力 |
1970年代 | 冈田节人和江口吾郎等人研究眼睛晶状体的再生机理 |
2011年 | 筑波大学的千叶教授等人开发向蝾螈导入基因的技术 |
2021年 | 千叶教授等人明确皮肤的再生过程 |
2040年前后 | 参考蝾螈再生能力的再生医疗部分实现实用化 |
2050年前后 | 参考蝾螈的再生医疗应用扩大 |
蝾螈是成年后也拥有极高再生能力的两栖动物。青蛙和山椒鱼处于在水中生活的蝌蚪等幼虫阶段时,四肢等有再生能力,但成年后能在陆地上生活时就会失去这种能力。
18世纪,意大利的博物学家拉扎罗·斯帕兰扎尼注意到了蝾螈的再生能力等,长期以来一直有很多研究人员在进行验证和调查。
日本方面,1970年代冈田节人(已故,京都大学名誉教授)和江口吾朗(已故,熊本大学前校长)等通过研究眼睛的晶状体发现,是成熟细胞发生变化的“脱分化”在支撑着再生能力。
目前,全球关于蝾螈的研究并不多。原因包括:野生蝾螈已成为稀有生物,很难再用于实验;庞大的基因组(全部遗传信息)解码和基因操控技术尚不够成熟,难以进行最尖端的分子生物学研究等。主要研究对象转移到了青蛙和墨西哥钝口螈上。
筑波大学的千叶教授等人2011年开发了向蝾螈有效导入基因的技术,还在致力于山林的蝾螈保护活动。这是一个独特的研究对象,因此有望取得重要的新发现。
日文:越川智瑛、《日经产业新闻》,2022/02/18
中文:JST客观日本编辑部