鑽研這種兩生動物再生附肢的能力,或許有一天可以幫助人類癒合傷口──甚至再生手腳。
六角恐龍在原生地墨西哥已是極危物種,而實驗室的科學家正逐漸揭開牠們對抗老化與促進傷口癒合的祕密。 PHOTOGRAPH BY RAQUEL SAGGIN
當六角恐龍(墨西哥鈍口螈)被尖銳的灌木弄斷尾巴,或在與掠食者搏鬥時失去前肢,牠只需要靜靜等上幾個禮拜,失去的四肢就能完整再生。
科學家好奇六角恐龍的再生能力已久,當然也希望未來有一天人類也能如法炮製。6月10日一篇刊登在《自然通訊》(Nature Communications)期刊上的研究有了重大突破,詳細解釋了六角恐龍如何精準在原位再生缺肢的機制。
A酸(Retinoic acid)是人體與許多皮膚保養品中的常見成分,過去已知對肢體再生相當重要。現在研究團隊進一步發現,一種在人類身上也有的特殊酵素,能精準調節動物傷口處A酸的濃度,確保身體長出正確的部位;與此同時,還有另一個基因會專門控制再生附肢的大小。
在美國麻薩諸塞州波士頓東北大學,科學家正研究兩棲動物「六角恐龍」(又稱墨西哥鈍口螈)如何完整再生四肢,期望憑此開發出醫療新技術。 PHOTOGRAPH BY ALYSSA STONE/NORTHEASTERN UNIVERSITY
此次研究的主要作者、波士頓東北大學生物系主任詹姆士・莫納漢(James Monaghan)說:「這次研究讓我們弄懂了一個困擾我們這一行很久的問題,再生的肢體怎麼知道自己該長在哪裡?」莫納漢投身研究六角恐龍再生機制幾十年,一開始不太相信人類也能做到這一點,但如今的新發現讓他大大改觀。
現代愈來愈進步的基因編輯技術,能夠開啟或關閉特定基因,莫納漢表示:「如今我們掌握了再生肢體的藍圖與基因。我完全可以想像,幾十年後,我們可能會在傷口上貼上某種貼片,重新編輯原本要生成疤痕的細胞,讓它改走正確的再生過程。」
並未參與此次研究的華盛頓大學燒燙傷專長外科醫生山姆・阿巴比(Sam Arbabi)強調:「〔雖然需要更詳細的研究,但是〕了解細胞生長與分化的調控機制,是未來傷口照護重要的一環。」並稱目前傷口照護仍是「醫學上的重大遺憾」。
六角恐龍擁有從四歲起停止老化的超能力。科學家正想方設法將這種獨特的生理機制應用在人類醫學上。 PHOTOGRAPH BY ALYSSA STONE/NORTHEASTERN UNIVERSITY
A酸在護膚產品中相當受到歡迎。近期研究指出,某種酵素能夠調控傷口中A酸的濃度,還有特定的基因能夠決定傷口癒合時的生長部位與內容。 PHOTOGRAPH BY ALYSSA STONE/NORTHEASTERN UNIVERSITY
A酸很重要
六角恐龍是一種具有幼態特徵的粉紅色有尾目兩生類,頭上長有像是巨魔娃娃(Troll doll)頭髮的外鰓。牠們的原文名稱「axolotl」源自阿茲特克的火神「修羅托」(Xolotl)。過去六角恐龍在墨西哥很常見,但今天野生的六角恐龍已經是瀕危物種,反倒是以牠們為原型的絨毛玩偶和遊戲角色源源不絕。
人工養殖的六角恐龍可活到十年以上。由於擁有青春不老,以及再生器官與四肢的能力,牠們成為全球數十間實驗室中的熱門研究題目。
不論是一根腳趾或是一整條腿,六角恐龍受傷後總能再生如初。但在牠身上聚集到傷口處的「芽基細胞」(blastema)們,是怎麼精準的知道要長出什麼組織來,正是這篇新研究要回答的關鍵問題。
「研究證據指出,六角恐龍在受傷後啟動了合適的基因,才能像是最初發育時那樣,重新把手長回來。」莫納漢說,並以「Shox基因」為例,這個基因在六角恐龍發育與再生的時候,都會負責形成手腳所需的長骨。莫納漢的研究也發現,「CYP26B1酵素」會將傷口處的A酸降低到特定濃度,而A酸的濃度正是決定細胞群要發育成什麼模樣的關鍵:濃度高的時候會長出一整條手臂,濃度低的時候則只長出一個手掌,再更低一點就只會長出一根指頭。
A酸在人類和其他動物體內,也是細胞分化與生長不可或缺的成分。由於在人類胚胎發育時A酸的角色很重要,因此醫生經常叮囑孕期的婦女要避免服用治療青春痘的口服A酸(isotretinoin,又稱「異維A酸」),以免影響體內的A酸自然濃度──不過近期研究也發現,口服A酸並沒有增加胎兒缺陷或障礙的風險。
讓莫納漢感到意外的是,CYP26B1酵素本身並不會製造A酸,而是會在評估傷口處的A酸濃度後,再將它調降到適合的濃度。他斷言這對理解再生的機制相當重要,而且未來人類也可能透過類似的方法來再生四肢。
基因編輯技術的進步,或能在未來帶來重大醫學創新。科學家希望有一天人類也能掌握再生肢體的能力。 PHOTOGRAPH BY ALYSSA STONE/NORTHEASTERN UNIVERSITY
人類能重新長出失去的四肢嗎?
人類和其他哺乳動物,在漫長的演化路上失去了再生斷肢的能力,但這也是我們能擁有結構更複雜、功能更多元肢體的權衡──不過嬰兒時期是個例外,寶寶有辦法再生他們的手指尖。
科學家相信,人類體內或許仍潛藏著這些再生能力。未參與此研究的加州大學洛杉磯分校布羅德幹細胞研究中心(Broad Stem Cell Research Center)主任湯瑪斯・蘭多(Thomas Rando)認為:「只要學會啟動它,我們就可能恢復比現在更強大的再生潛力。」
蘭多相信,目前他和其他研究團隊進行的人類幹細胞研究,也可能從六角恐龍的研究受益。
蘭多解釋:「哺乳動物分別利用皮膚幹細胞形成皮膚、骨骼幹細胞形成骨骼、肌肉幹細胞形成肌肉。」但想要成功再生功能正常的附肢,關鍵在如何讓這些細胞同時發育成多種組織──而這正是目前科學家不得而知的地方。透過了解兩生動物怎麼辦到這一點,或許就能引導人類幹細胞依樣畫葫蘆
莫納漢期許,未來人類能像他鍾愛的六角恐龍一樣,直接把四肢長回來。
莫納漢補充說,畢竟人類和六角恐龍身上都有再生肢體過程所需的全部基因,兩者唯一的差別「只是能不能使用而已」。
延伸閱讀:墨西哥發起虛擬領養 麥塊《Minecraft》六角恐龍化為真實世界蠑螈復育 / 「六角恐龍」與「水豚君」在TikTok上爆紅,但這可能帶來大麻煩!