蝾螈的断肢再生之谜
2014/10/13 17:00:17 中国科普博览

     在电影超凡蜘蛛侠中，大反派“蜥蜴教授”科特·康纳斯原本是一个专门研究断肢再生的大学物理教授，在一次与蜥蜴的融合实验中他虽然成功的实现了断肢再生，但是由于受到蜥蜴DNA的影响，他同时也变异成了一个邪恶的蜥蜴人魔，与代表正义的蜘蛛侠为敌……

     这样的剧情设定让很多人都相信，编剧是受到蜥蜴能够“断尾再生”的影响而创造了“蜥蜴教授”这个角色。然而事实上，蜥蜴的“断尾再生”与真正的断肢再生有着本质的不同。“再生”的断尾中没有分节的尾椎骨，鳞片的排列和构造也与原尾不同，因此不能算是真正的“再生”。在陆生脊椎动物中，真正有断肢再生能力的，应该是属于两栖动物的蝾螈。

     事实上，断肢再生在动物界绝不罕见，很多软体动物和节肢动物，像海星、海绵、蜘蛛和螃蟹等动物都有这个能力。然而，对于在4亿多年前经历了从水到陆过程的陆生脊椎动物来说，大部分类群在演化过程中已经丢失了它们的可再生能力，包括我们人类。因此，蝾螈的断肢再生，毋庸置疑地成为了科学家们关注的焦点。人们相信，破解这个谜团，有朝一日会对人类医疗技术的进步做出巨大贡献。

    

     图1. 绿红东美螈及其分布范围(图片来自参考资料1)

     绿红东美螈(Notophthalmus viridescens)是一种很早就被发现有断肢再生能力的蝾螈，它们广泛分布在北美大陆东部的亚热带和温带地区，并且成为了科学家们探索蝾螈断肢再生之谜的一个重要研究对象。

     断肢再生的本质是高度分化的细胞经历了自然的重编程过程，重新进入细胞周期并去分化，最终再次分化成为新的四肢。因此，找到那些与细胞周期调控相关的基因和代谢通路，是破解蝾螈断肢再生之谜的关键。

     以绿红东美螈为研究对象，科学家们发现，与细胞周期密切相关的细胞外调节蛋白激酶(extracellular regulated protein kinases, ERK)通路的持续激活是促使蝾螈肌肉细胞经历重编程的关键因素。ERK通路的持续激活可能会推动其下游p53的活性，并诱导一系列表观遗传修饰(epigenetic modifications)，引发一些列肌肉细胞特异性基因(例如SOX6基因)的表达下调，最终推动成体细胞进入细胞周期并再分化生长出新的四肢。

    

     图2. ERK相关的重编程反应在蝾螈和哺乳动物细胞中的区别(图片来自参考资料2)

     显然，人们最为关心的就是ERK通路在哺乳动物中的表现如何。遗憾的是，哺乳动物细胞中的ERK通路只能短暂激活，而不能像蝾螈那样持续处于活跃状态，因此哺乳动物细胞就不能进行后续的一系列去分化反应，这个结果解释了为什么哺乳动物没有断肢再生的能力。但是，生物的演化远没有想象的那么快，特别是对于那些非常重要的功能。因此，我们有足够的理由期待将来的某一天，从蝾螈身上学到的知识，能够帮助我们的医生操控诸如ERK通路等一系列的关键调控因子，使断肢再生在人的身上成为可能。

     参考资料：

     1. Eastern newt. http://en.wikipedia.org/wiki/Eastern_newt.

     2. Yun et al. 2014. Sustained ERK activation underlies reprogramming in regeneration – competent salamander cells and distinguishes them from their mammalian counterparts. Stem Cell Reports, Vol. 3: 15-23.

     3. ERK. http://baike.baidu.com/view/1522765.htm

     (内容来源于中国科普博览科学新语林《从水到陆》专栏，作者PSG来自成都生物所两栖爬行动物保护协会)

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