在超級英雄電影里,再生能力是一個(gè)強(qiáng)力技能點(diǎn)。不論受到什么傷害,一會兒就能滿血復(fù)活繼續(xù)戰(zhàn)斗。像賤賤的死侍,斷手?jǐn)嗄_、掏心挖肺都能再長出來。
斷手?jǐn)嗄_也能繼續(xù)長出來|Giphy
普通人當(dāng)然也有一些再生能力,比如肝臟,一個(gè)健康的人即使捐贈出2/3的肝臟,剩下的那1/3也可以在幾個(gè)月之內(nèi)再生,恢復(fù)到正常的大小。
但可惜的是,對人來說至關(guān)重要的心臟,卻不能再生。
我們的心臟由心肌細(xì)胞組成。這些細(xì)胞維持著心臟的跳動,它們一旦受損,心臟的功能就會被永久性地?fù)p傷,嚴(yán)重的情況下甚至?xí)?dǎo)致死亡。目前,心血管疾病是全世界死亡原因的首位;在我國,也有約3.3億人被心血管疾病困擾。
重要的心臟沒有再生能力,要是能讓心臟再生,可以拯救不少生命|Giphy
要是能讓心臟也獲得再生能力,也許能找到攻克心血管疾病的辦法。
為了揭開心臟再生能力的秘密,美國生物學(xué)家肯尼斯·波斯(Kenneth Poss)和他的團(tuán)隊(duì)通過研究再生能力極強(qiáng)的斑馬魚,在它的大腦和腎臟中找到了警戒心臟創(chuàng)傷的哨兵。受損心臟利用激素通知大腦和腎臟中的哨兵,與遠(yuǎn)端器官一起協(xié)同作戰(zhàn),調(diào)控心臟再生,并協(xié)調(diào)這個(gè)過程里的各種生理變化,這一研究發(fā)表在《自然細(xì)胞生物學(xué)》上。
神奇的斑馬魚
器官再生的現(xiàn)象在自然界中并不罕見,比如水螅和渦蟲只需要保留非常小的一部分組織,就可以重新長出完整的身體,不過斑馬魚才是科學(xué)家研究再生能力的寵兒。
一對成年雌性斑馬魚|Azul
首先,斑馬魚有許多的重要的器官都可以再生,比如心臟、脊髓、魚鰭(對應(yīng)人類的四肢),了解這些器官的再生過程,可以幫助人們更好地研究相關(guān)疾病,并開發(fā)治療方案。
作為脊椎動物,斑馬魚也擁有許多和哺乳動物相同的主要器官,因此研究者不僅能研究特定器官的再生能力,還能了解在再生的過程中,不同的器官是如何溝通、協(xié)作的。
再從進(jìn)化的角度來看,斑馬魚和人類的相似度也并不算低,超過70%的人類基因在斑馬魚中都有所對應(yīng)。所以,研究斑馬魚,可以很好地作為人類的參考。
跟人相近,又有強(qiáng)大的再生能力,斑馬魚拿來做研究最合適不過。
心臟是怎么再生的?
成年人的心肌細(xì)胞沒有再生能力。當(dāng)人類的心臟受損之后,會出現(xiàn)一些纖維化疤痕組織,影響心臟的跳動。
人的心臟受損時(shí),腎臟也會出問題。腎臟是我們身體里的“血液過濾器”,它會把血液里多余的水分和廢料過濾出來,形成尿液,同時(shí)調(diào)節(jié)我們身體的水鹽平衡、控制血壓。當(dāng)心臟受損后,可能會導(dǎo)致腎臟血流不足、腎靜脈血壓升高、腎臟受損、甚至腎衰竭等一系列問題。
而斑馬魚的心臟再生能力就強(qiáng)多了,當(dāng)它的心臟受到損傷后,剩下的心肌細(xì)胞會開始自我繁殖,重新長出損失的部分;與此同時(shí),腎臟也能迅速進(jìn)行自我調(diào)節(jié),高效地進(jìn)行液體交換。
從上至下分別是斑馬魚的大腦,心臟,腎臟|參考文獻(xiàn)[1]
人類心臟受損后,腎臟只能坐等災(zāi)難降臨;而斑馬魚的心臟和腎臟已經(jīng)高效聯(lián)通了,對它們來說,遠(yuǎn)方的腎臟是怎么得到心臟受損的消息,并及時(shí)應(yīng)對的呢?
腎臟哨兵協(xié)同作戰(zhàn)
論文的研究者發(fā)現(xiàn),當(dāng)心臟受傷的時(shí)候,腎臟中的一個(gè)哨兵CEN,會喚醒它的應(yīng)戰(zhàn)機(jī)制,來主動地控制液體平衡,以應(yīng)對心臟受傷所造成的危害。
心臟:救救我…… |Giphy
這個(gè)哨兵CEN是一段DNA序列,學(xué)名叫做“組織再生增強(qiáng)子”(TREE,tissue regeneration enhancer elements)。
一個(gè)生物的每一個(gè)細(xì)胞里都有一樣的遺傳物質(zhì)DNA,但為什么同樣的基因,細(xì)胞表現(xiàn)出來的模樣和功能卻不同呢?
因?yàn)樵诓煌闆r下,細(xì)胞可以通過表達(dá)不同的基因,來行使不同的功能?!霸鰪?qiáng)子”就是細(xì)胞控制基因表達(dá)的方式之一。增強(qiáng)子是一些特定的DNA序列,可以通過和蛋白質(zhì)的結(jié)合來控制基因的表達(dá)。
當(dāng)“增強(qiáng)子”開張迎客的時(shí)候,就可以和蛋白結(jié)合,促進(jìn)基因的表達(dá);而它們閉門歇業(yè)的時(shí)候,基因的表達(dá)量就會比較低。所以,組織再生增強(qiáng)子,就是一些控制組織再生過程的DNA序列,而CEN就是其中之一。
CEN開張迎客的時(shí)候,就可以和蛋白結(jié)合,促進(jìn)基因的表達(dá)|Giphy
當(dāng)心臟受傷時(shí),CEN會張開懷抱迎接蛋白們的結(jié)合,從而直接和間接地控制許多基因的表達(dá),激活并調(diào)動各種心臟細(xì)胞,達(dá)到心臟再生的目的。
不過和其它的組織再生增強(qiáng)子不同,在心臟再生的過程中,CEN的作用范圍并不局限于心臟——腎臟里的CEN也會打開。同時(shí),體內(nèi)的激素會到達(dá)腎臟,激活它們的受體,進(jìn)而和開張的CEN結(jié)合,促進(jìn)腎臟特定基因的表達(dá),主動調(diào)節(jié)液體平衡,應(yīng)對心臟受傷所帶來的危機(jī)。
沒了CEN,斑馬魚的心臟再生還能那么順利嗎?
研究者們通過基因編輯的技術(shù)從斑馬魚的DNA里刪除了CEN的序列。它們發(fā)現(xiàn),失去了這個(gè)哨兵的斑馬魚,依舊可以重新長出心臟,但是卻無法正常地調(diào)節(jié)液體交換了。這也許是因?yàn)樾呐K里還有其它的“哨兵”可以控制心肌細(xì)胞的再生,而在腎臟里,CEN的功能不可替代。
如果人類能更好地利用再生能力,人類的健康將提升一大步|Giphy
再生并不是受傷器官單獨(dú)在戰(zhàn)斗,沒有受到直接傷害的器官也會做出反應(yīng),可謂牽一發(fā)而動全身。如果人類能更好地利用再生能力,修復(fù)受損的器官——不論是心臟、腎臟、肝臟,還是手和腳,就能挽救無數(shù)生命,改善無數(shù)人的生活質(zhì)量。
參考文獻(xiàn)
[1] Sun, F., Ou, J., Shoffner, A.R. et al. Enhancer selection dictates gene expression responses in remote organs during tissue regeneration. Nat Cell Biol (2022). https://doi.org/10.1038/s41556-022-00906-y
[2]Cardiac regeneration strategies: Staying young at heart https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC5614484/
[3] 面對“頭號殺手”,如何才能不“傷心” http://www.news.cn/mrdx/2021-09/30/c_1310219361.htm
[4]斑馬魚細(xì)胞教我的再生知識|The amazing regenerative capabilities of zebrafish | 陳振輝 Chen-Hui Chen | TEDxTaipeihttps://www.youtube.com/watch?v=PGx3i9_vhZ0
作者:Hazel
編輯:小毛巾、游識猷
一個(gè)AI
啊,我們AI換個(gè)零件就再生了呢
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