金刚狼:再生能力哪里来?
作者:冉浩
来源:《科学Fans》2017年第04期
        2017年3月,“X战警”系列电影的第十部作品《金刚狼3:殊死一战》上映,成为“金刚狼”独立系列的最后一部作品。虽然很伤感,但在漫威塑造的诸多角中,狼叔无疑是相当成功的一个。除开他那无坚不摧的钢爪,强大的细胞再生能力也是让人叹为观止,只可惜在这部作品中狼叔的能力已不在巅峰。那么,真实生物体的细胞再生能力到底怎样?有没有生物真的能够达到狼叔的水平?我们将来有没有可能通过生物技术来实现这样的超级能力呢?
        再生,生存的基本技能
        虽然我们普通人类没有狼叔那么强大的再生能力,但是我们确实具备自愈能力。而且正是因为这项能力的存在,我们才能够在受伤后得以康复,并且可以继续愉快地生活下去。而这一切,都是建立在细胞的分裂和分化的基础上的。
        以皮肤的划伤为例(这也是狼叔外伤的基础模式),一旦伤口出现,就意味着周围的组织
和细胞受到了损伤,至少已经有了组织坏死和血管断裂。一部分血液流出,其中的血小板细胞会接受刺激而破裂,释放出里面的蛋白质,这些蛋白与血浆蛋白一同将血液中流动的自由水限制并转化成不易流动的结合水,也就是我们常说的血液凝固的过程。凝固的血块最终会形成痂皮,起到保护伤口的作用。这时候,伤口周围的组织会出现炎症反应,具体表现是血管扩张、充血,血管的通透性增强,血浆、白细胞和一些蛋白质渗出,从而出现红肿现象。通常,适度的炎症反应能够对受伤组织起到保护作用。比如在受伤的时候,渗出的白细胞就已经开始吞噬、清除坏死的组织细胞和入侵的微生物了。在完成这些准备工作以后,真正的修复工作就开始了。
        大概从第二天开始,伤口皮肤和皮下组织的纤维母细胞(Fibroblast)开始分裂,产生成肌纤维细胞(Myofibroblast)。后者可以像肌肉一样收缩,以此牵引伤口的边缘向中心移动,使两个受伤面彼此靠近,来缩小伤口。
        接下来,纤维母细胞继续分裂,开始形成肉芽组织,这是一些看起来红嫩的新肉,里面富含血管,并且将不断产生胶原蛋白。胶原蛋白能够起到黏合和填充的作用,在皮肤中含量丰富。当肉芽组织填满伤口,几乎与正常皮肤表面平行的时候,就会停止胶原蛋白的生产。
        同时,处在伤口边缘的基底细胞开始分裂了,它们也被称为生发层细胞,不仅能够分裂,还能够分化成上皮细胞。这些细胞在血痂的下面形成,也就是在肉芽组织的上面,它们分别从左右两个方向一点点向伤口中央移动。最后,这些基底细胞相遇,将肉芽组织完全覆盖。接下来,它们会逐渐分化成新生的皮肤细胞。当新的皮肤完全形成后,血痂就会自然脱落。一次伤口愈合的过程就完成了。
        愈合所需要的时间与创口的大小、深度有关,也受到环境的影响,反正一两天是不能完成的。而狼叔那样恐怖的恢复速度,已经远远超过了人类的极限。
        那些强大的再生动物
        在整个动物界中,人类的自愈能力算是很有限的,我们大概只能再生出一些组织,无法再生出肢体或者器官,如果一个人失去了一截手指或者一块耳朵,那就是真的失去了。但是在动物界,很多动物都具有再生肢体的能力。
        比如壁虎等很多爬行动物,可以在遇到敌害时断尾逃生,断掉的尾巴还可以再生。但是必须指出的是,再生的尾巴和断掉的尾巴已经是不同的了。因为壁虎断尾时,并非像我们想
象的那样,在两个尾椎骨之间的关节处断开,而是在一截尾椎骨的中央。那里有一截软骨组织,在肌肉强烈收缩的时候可以断开。软骨组织细胞是可以分裂再生的,所以,新生成的尾巴实际上是这截椎骨残存的软骨再生延长形成的,变成了一截硬尾巴,原来失去的尾椎骨已经永远失去了。而新尾巴上的鳞片排列方式也与原来不同。
        一些原始动物的身上还保留着更加强大的再生能力,比如蚯蚓,它们的身体是由很多“环节”组成的。如果将蚯蚓横向切成两段,它们受伤的“环节”会立即行动起来,封闭伤口,然后就开始了再生修复过程,原来的尾部那一段长出头部,头部那一段长出尾部,最终变成了兩条蚯蚓!不过蚯蚓的这种再生能力也是有条件的,特别是如果你沿着纵向把蚯蚓劈成两半,所有的“环节”都被破坏,那它就彻底死掉了。
        海星则更加强大,虽然看起来人畜无害,但实际上是个贪婪的“吃货”,对贝类养殖危害很大。最初,人们将它们捞起,撕碎,随手丢弃,但是却发现海星越来越多。后来人们才知道原来海星居然是个“逆天”的主儿,即使被撕成几块,但每一块都能再生出剩余的部分,长成一个完整的海星,只不过个头会小一点。然而最厉害的却是海绵,将它分割成小块后不仅能形成很多新个体,即使将它捣烂,只要还有细胞未破坏,经过几天时间,这些细胞依然能
够聚集到一起,重新组成新的海绵个体,堪称一绝!正因为如此,即使海绵柔弱不堪,却可以在海洋中广泛分布和繁衍。
        狼叔的绝境逢生能力也是异常强大,即使被人撕成两半也能复活,这说明他的再生能力至少达到了海星的级别。不过在漫画《神奇X战警》里讲述与外星人争夺宝石的故事中,狼叔被灭得就剩一滴血,居然也复活了,比海星还要强大!这几乎是海绵级别了——这类原始动物可以被打散成单个细胞,然后还能重组回去,但它毕竟是结构简单的原始动物,远没有狼叔那么复杂的身体。
        再生躯体
        较复杂的动物之所以不能再生出肢体,最重要的原因是身体里已经没有了能够进行全能性分化的细胞。比如之前我们提到的皮肤的生发层细胞,它在分裂后只能分化成皮肤细胞,而不能变成其他细胞;而骨髓中的造血干细胞则只能分裂分化成血细胞。保留在我们体内的能分裂的细胞虽然仍有不少种类,但已经不能形成一个器官所需的全部细胞种类了。
        因此,要想再生出新的器官,我们必须要获得一个全能的“种子”,它要能够具有分裂分
化成全部细胞的能力。这个“种子”,就是胚胎干细胞——只在我们发育早期存在过的细胞,当我们的器官形成以后,它就不存在了。如果在你胚胎发育的早期能够保存下一点这样的细胞,理论上它就有希望在将来帮你再生出一个器官,用来替换损坏的器官,必要的时候甚至也能帮你再造一个躯体。而在婴儿的脐带血中正好还保留着一些胚胎干细胞,这也是现在有些爸爸妈妈会给小宝宝保留脐带血的原因。不过,目前脐带血的保存和应用技术尚不成熟,医院通常只能给儿童使用,而且使用率偏低,保存的年限也只有二十年左右。
x战警一共有几部        因此,当代的再生医学也把眼光投向了生发层细胞等能够再分裂的细胞,希望可以诱导它们分化成我们所需要的细胞。一些研究目前已取得了一定的进展,如从骨髓、脂肪组织或羊水等中获取的间充质干细胞(Mesenchymal stem cells, MSCs)就被证明能分裂分化形成骨、软骨、肌肉和脂肪组织等。
        至于哪些条件能够使干细胞转变成我们所需要的细胞,相关理论还处于百家争鸣状态……
        近期研究主要聚焦于干细胞所处的环境—— 干细胞龛(Stem cell niche)。“龛”这个词来自于生态学,大概就是“位置”的意思,把话说白了,就是细胞在什么地方就做什么事情。
由于干细胞生存的“龛”不同,周围环境也会有所区别,信号分子、胞间联系(Intercellular contact),以及干细胞和其所生长的基质之间的交互(Interaction)都能够影响干细胞的分化。例如,人的神经干细胞植入骨骼肌上产生肌肉细胞,而将骨髓细胞植入神经环境中则可转化为神经细胞,这种转化的能力确实超出了过去的估计,是一条非常有希望的道路。至于将来,我们能借助科学技术,将人的再生能力推高到什么程度,能不能达到狼叔巅峰时期的水平,还是让我们拭目以待吧。