脊椎動物器官再生,何以實現?
長期以來,科學界有個懸而未決的問題:脊椎動物能不能在完全沒有殘留組織的情況下,再造一個器官?特別是胸腺——作為免疫系統的關鍵器官,它在大多數動物中只具備有限的修復能力,且必須依賴殘存的胸腺結構或祖細胞。所以,想要徹底切除胸腺,再讓它完全長出來,幾乎沒人相信能做到。
但奇跡還是發生了。日前,首都醫學科學創新中心研究人員攜手馬薩諸塞大學醫學院團隊首次證實,在無任何組織殘留的條件下,脊椎動物能夠完全再生一個復雜的淋巴器官——胸腺。而給科學家帶來希望的是俗稱六角恐龍的墨西哥鈍口蠑螈,這個以斷肢再生聞名的超級生物,再一次刷新了人類的認知。
為了探究這個問題,科學家以再生能力極強的墨西哥鈍口蠑螈為研究模型,完成了一系列近乎苛刻的實驗:精準徹底的胸腺全切術、連續高分辨率時序成像、單細胞組學、功能性驗證以及基因功能缺失實驗,系統性地追蹤并證實了胸腺再生的完整動態過程。從手術到數據,耗費多年,當數據最終呈現時,團隊只剩下震驚:35天后,墨西哥鈍口蠑螈長出了一個全新的胸腺——形態一樣、細胞類型一樣,連功能都和原生的一模一樣。功能性移植實驗進一步證明:再生胸腺能夠長期招募造血祖細胞,持續生產可遷移的功能性T細胞。它不是“長了個樣子”,而是真的重新開始工作了。
那么,驅動這一驚人再生過程的關鍵信號是什么?
通過單細胞RNA測序技術繪制胸腺再生階段圖譜,評估了其多樣化細胞群體的再現,并鑒定了這一過程中的關鍵分子驅動因子,研究團隊發現,Foxn1,作為胸腺發育的關鍵調控因子,對于胸腺大小和完整的T細胞產量仍然至關重要,但令人驚訝的是,它并非啟動再生的“開關”。
相反,真正的“鑰匙”,來自兩個信號通路:骨形態發生蛋白(BMP,已知影響哺乳動物胸腺穩態)和一個較少被理解的“再生啟動器”——中期因子(Midkine,MDK)。研究顯示,阻斷MDK會顯著抑制再生,而經典的WNT信號通路在這一過程里居然并不需要。團隊表示:“損傷后MDK的瞬時爆發,是整個再生程序啟動最清晰的分子線索。”這意味著,我們第一次找到了一個可以啟動脊椎動物免疫器官重建的“主控按鈕”。
專家表示,該研究是生物學領域的重大突破。它是首個脊椎動物復雜淋巴器官原位再生案例,具有深遠的轉化醫學價值。因為,科學家在墨西哥鈍口蠑螈身上發現的兩個關鍵“開關”——中期因子與骨形態發生蛋白信號通路,有望成為未來修復胸腺的“鑰匙”。
簡單來說,如果能找到安全方法,在人體內激活類似的信號通路,就有可能幫助那些胸腺受損的人群——比如做過胸腺手術的兒童,患有特定免疫缺陷的患者,或是隨著年紀增長免疫力下降的老年人——重新激活或增強胸腺功能,幫助身體重新擁有強大的免疫細胞“制造工廠”。
這不僅是一個實驗室里的發現,它已指向了一條清晰的藥物研發路徑:弄清啟動再生的“種子細胞”是什么;揭示再生器官大小和位置如何被精準調控;探索這種強大再生能力與人類胸腺自然衰老之間的關系;驗證相關信號通路在哺乳動物身上是否同樣有效……
隨著探索的深入,科學家將加速推動針對性的靶向藥物或細胞療法走向臨床,讓這項研究真正造福人類健康。
(本報記者 崔興毅)
《光明日報》( 2025年12月11日 16版)
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