蠑螈是肢體再生的典範,終其一生都能完美長回失去的肢體。了解蠑螈的再生機制,將可指引人類肢體再生研究的發展方向。


■遭遇截肢創傷時,蠑螈與人類傷口組織的初期反應大同小異,但人類的傷口之後會形成傷疤,蠑螈則會重新啟動胚胎發育程式,以長回新的肢體。


■若能控制人類傷口的情況,誘導傷口走向蠑螈般的癒合過程,或許人類就可再生出較大部位的肢體。

 

蠑螈的腳和人類的四肢比起來雖然細小許多,但結構大致相同:外有皮膚包裹,內部有骨骼、肌肉、韌帶、肌腱、神經和血管,此外還有一些排列疏鬆的纖維母細胞連結、固定這些內部組織,並賦予肢體特定外形。

 

然而蠑螈的腳,卻是脊椎動物界裡最獨特的,如果斷了,牠可以從傷口重新長出完整的肢體,而且不管斷了多少次,成年的蠑螈還是能一次又一次地長回腳來。青蛙在蝌蚪時期剛長出來的腳也可以再生,然而一旦進入成年期即失去了這項能力;即便哺乳動物的胚胎也有一些能取代成長中肢芽(limb bud)的能力,但是出生之前這項能力也會消失。事實上,再生能力隨生物發育程度而降低的趨勢,正好反映了高等動物形態的演化,也讓較低等的蠑螈成為終其一生都能再生複雜肢體的唯一脊椎動物。

 

人們對於蠑螈的這項本領好奇已久,再生部位是怎麼「知道」它需要取代的失去肢體有多長?為什麼牠們斷腳處的皮膚不會像人類一樣形成封閉的疤痕?成年蠑螈如何讓組織保持胚胎一樣的潛能,而能多次從無到有長出整段肢體?生物學家正試圖找出這些問題的答案,如果能了解自然界的再生機制,我們希望能誘發人體的再生,例如長回截斷的手或腳,並改善其他嚴重傷口的癒合。

 

人體遭受重大創傷時的初期反應,其實和蠑螈大同小異,但是傷口癒合的策略很快就分道揚鑣,結果是人類無法進行再生,只會在傷口處留下疤痕。然而有一些跡象顯示,人類應該具備再造複雜部位的潛力,關鍵是喚醒人類潛藏的蠑螈式癒合反應。因此,我們研究的第一步就是向再生專家蠑螈請益。

 

蠑螈教我們的幾件事
當蠑螈細小的腳被切斷時,截肢處的血管會立刻收縮,以減少失血,然後會有一層皮膚細胞很快覆蓋斷肢的傷口。在剛受傷的幾天內,這層傷口表皮層會轉變成一層傳訊細胞,稱為「頂端上皮蓋」(apical epithelial cap),是再生不可或缺的關鍵。在此同時,纖維母細胞會掙脫結締組織網絡,移動到斷肢傷口表面的中央,然後增生形成芽基(blastema),這群性質類似幹細胞的芽基細胞,將做為長成新肢體的前趨細胞(參見44頁〈完美再生〉)。

 

幾年前,美國加州大學爾灣分校我們的同事布萊恩特(Susan Bryant)證明了蠑螈的芽基細胞和胚胎發育中的肢芽(limb bud)細胞是相同的,顯示從芽基長成肢體的過程,其實是重演動物胚胎形成四肢的過程。這項發現的重要意義在於不管是新生或者是再生肢體,兩種情況都應用了相同的基因程式;由於人類在胚胎時期也經歷了長出手腳的過程,理論上成人也應該擁有再生必要的基因程式。因此科學家的目標,就是找出如何誘導斷肢形成芽基的方法

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