按照这种方法，切断手指头也能再生（不建议尝试）

2023-01-11 14:01

图片来源：Unsplash

通过花式切指头，科学家们开始逐步解开人指头再生的秘密。（好痛>_<）

撰文 | 黄雨佳

审校 | Clefable

不少熊孩子都曾被门夹过手指，或是手指被刀划伤，特别严重时，指头甚至会断掉。在过去很长一段时间内，治疗断指都是一种相当棘手的情况，如若不是由经验丰富的医生来治疗，结果通常都不会令人满意。1972年，在他人建议下，澳大利亚阿德莱德儿童医院（Adelaide Children’s Hospital）的外科医生道格拉斯决定摒弃之前的治疗传统，对一些断指的儿童采取保守疗法，即不使用夹板，也不对伤口进行手术缝合或皮肤移植，仅使用薄纱布和干燥的敷料包扎伤口。

结果却出乎道格拉斯医生的预料。他惊讶地发现，29名经历保守治疗的孩子不仅没有发生骨髓炎（由细菌感染引起的骨骼炎症），也没有看着令人疼痛不堪的伤口残余，更神奇的是，这些手指在愈合过程中居然明显延长，甚至不少还恢复到了正常的手指长度和轮廓。此后，越来越多的临床案例表明，人的指头具备再生的能力。

经历保守疗法后完整长出的手指（图片来源：原论文）

很久以前，人们就已经知道肝脏切除2/3后还能再生。可是，通常情况下，我们并不会认为人类和其他哺乳动物，具备壁虎那样的肢体再生能力。可就在道格拉斯医生用保守疗法治疗儿童断指的10年后，研究人员又观察到了在另一种哺乳动物——小鼠上的断趾再生现象。

在什么情况下我们的肢体可以再生？是否可以无限再生？为了找出这些问题的答案，科学家们决定首先去研究那些再生能力超凡的两栖动物，看看人类和它们之间有何异同。

无限再生的神奇动物

蝾螈是再生医学领域的科学家们最常用的模型动物，因其超凡的再生能力而闻名。它几乎可以再生身体的任何部位，比如四肢、肺、卵巢、脊髓等等，甚至还包括大脑和心脏。只需一个月，蝾螈就能恢复被切除的整条腿，且不留疤痕，和原来的一模一样。而且，这个过程可以重复一遍又一遍，无论切除多少次，都是如此。

蝾螈被截肢的腿也可以再生，按时间顺序从左到右显示（图片来源：James Monaghan实验室/美国东北大学）

虽然蝾螈的四肢比人类的纤细不少，但两者的结构并无太大区别，都被皮肤包裹，由骨骼、肌肉、韧带等相同的组织组成。而且，蝾螈肢体受伤后的修复过程与包括人在内的哺乳动物也非常类似，都包括四个阶段：凝血和止血、炎症反应、细胞增殖和伤口重塑。

无论人或是蝾螈，最开始的修复过程都是相同的。受伤部位凝血后，一层皮肤细胞迅速地覆盖伤口的表面，形成伤口上皮（下图C）；接着，免疫系统参与炎症反应，清除伤口部位的病原体和受损的老旧细胞。

此后，人和蝾螈的伤口修复机制开始出现分歧。蝾螈伤口处的上皮细胞会开始迅速生长和分裂，形成一种名为顶端上皮盖（apical epithelial cap, AEC）的特殊结构，这是蝾螈肢体再生所必须的结构。同时，伤口局部组织中的某些细胞会丢失其原本的分化状态，并快速分裂，形成一个小小的锥状结构——芽基（Blastema）（下图D）。

形成芽基正是蝾螈整个肢体再生过程中最关键的步骤。因为这些丢失了分化状态的细胞会像干细胞一样，可以分化、分裂成相应不同种类的细胞（下图E），生长出肢体的各种结构，包括与身体其它部分相连的骨骼、神经和血管，最终形成完整的肢体（下图F）。

蝾螈肢体的再生过程（图片来源：哈佛大学）

可是，通常情况下，在人的肢体受损部位并不会生成芽基结构。为了更好地处理损伤和避免的感染，我们的机体可能会在伤口上形成瘢痕组织，这是一种纤维化的组织结构，伤口的再生过程也就到此为止。这些瘢痕组织不仅会阻止我们的肢体重生，还会带来诸多疾病。例如，瘢痕疙瘩给不少人带来困扰，例如心脏病发作在心脏上留下的终生疤痕会降低心脏的泵血能力，肝硬化发生也正是由肝脏出现炎症后的过度纤维化导致。

那么，为什么人的指头可以逃离这样的宿命，拥有再生的能力呢？

指甲的秘密

发现人手指再生的能力后，科学家们首先好奇的是，在哪些情况下人的手指可以再生呢？小鼠趾头不仅和人指头一样具备再生能力，而且还有相似构造——具有三根指骨（拇指除外）。因此，科学家们在小鼠身上进行了实验。

研究表明，当截肢发生在小鼠趾头的近端，即切除小鼠60%以上的末端指骨时（下图的a线），一个月后，虽然小鼠伤口能够愈合，但趾头却并不会再生；而当切除发生在趾头远端（下图的b线），且不切除趾头的脂肪垫，小鼠的趾头在一个月内会完整再生（下图第二行）；但如果既切除远端指骨又斜着切除脂肪垫（下图的c线），小鼠的趾头也可以再生出来，但是就不再含有脂肪垫了（下图第三行）。

小鼠指尖截断平面示意图（图片来源：原论文）

这说明，小鼠趾头的再生能力存在于远端趾头的某些特殊细胞中，从人手指的案例中也能得出类似的结论。所以，决定手指是否能再生的究竟是什么细胞呢？

1999年，研究人员发现，如果将一个小鼠完整的趾甲移植到一个已经截断了近端指骨（即上图中无法再生的情况）的小鼠的趾头上，不仅移植过来的指甲可以继续生长，而且还能促使受损的指骨重新生长。于是，科学家们提出了一种假说：指甲在手指再生过程中具有重要功能。

随后二十多年，科学家们逐渐发现指甲细胞的确非同一般。特别是甲床内的间充质干细胞，它不仅会表达多种特殊的转录因子，例如Msx1和Lmx1b，细胞中某些信号通路（如Wnt信号通路）也高度激活，这些特征都与具有超凡再生能力的生物——蝾螈的细胞非常相似。甲床中的间充质干细胞一边产生新的间充质，同时其中的一部分又失去了分化状态，形成像蝾螈伤口那样的芽基结构，最终让指头得以重生。

受伤的指头形成芽基结构（图片来源：原论文）

看到这里，你是否觉得指甲细胞非常厉害，指头断掉一小截根本无需多虑？但是，千万不要这样以为！因为反复动用这些细胞有可能将它们耗尽。

为了探究指头的再生能力究竟有多强，一群科学家让小鼠趾头切了长，长了切，如此反复。他们发现，对小鼠同一个趾头切-长循环2次后，趾头的再生能力开始下降。到第5次切除时，小鼠的趾头已经不会再生了。更令这些科学家惊讶的是，当小鼠在经历反复切除同一个趾头后，即便是那些从未受过伤的趾头在切除后，也无法再生了。

多次切除后的小鼠趾头（图片来源：原论文）

再生医学的曙光

不过，也不必过于担心，因为随着医学的发展，或许反复被切掉的手指头在未来的某一天也能够重生，并且这一天看上去已经越来越近了。

随着更加深入地研究蝾螈等具备再生能力的动物和小鼠的指甲，科学家们已经探索出了不少使伤口倾向于形成芽基的方法。例如，科学家制作的一种含5种小分子的可穿戴设备，能控制伤口的局部微环境。成功让被截肢的成年非洲爪蟾佩戴这种装置后，它们在18个月内再生了肢体（下图第3行）。又如，基于甲床的再生能力，科学家们发现从截肢患者组织中提取的、去细胞化的甲床支架是一种良好的骨再生促进材料。