揭秘器官再生的奥秘：从蝾螈到人类的可能性
蝾螈和壁虎作为自然界中的再生高手，它们能够在断肢或断尾后快速恢复失去的部分。这一奇迹背后的秘密，可能与一种名为“早期生长反应”（EGR）的基因开关密切相关。科学家发现，当这个基因开关被激活时，它会触发一系列生理过程，最终促使受损的器官或实现再生。这项研究的突破，或许为将来人类和其他脊椎动物的器官再生提供了希望。
2019年3月15日，美国麻省理工学院的进化生物学家曼西·斯里瓦斯塔瓦（Mansi Srivastava）领导的研究团队在《科学》杂志上发表了他们的重要发现。通过对带状黑豹蠕虫（three-banded panther worms）的研究，科学家们揭示了一种主控基因EGR，它通过一段非编码DNA区域来调控生物体的再生能力。研究表明，一旦EGR基因的“开关”被触发，就会启动其他基因，调节和控制伤口修复及器官再生等一系列复杂的生理过程。
再生医学作为生物医学领域的前沿课题，长久以来一直吸引着科学家的关注。这不仅关乎伤口和器官的修复，再生机制的突破甚至有可能为癌症治疗提供新的思路，同时也能延缓衰老、改善健康并提升寿命。对于许多动物来说，器官再生已经不再是科幻。蝾螈能够在失去一条腿后重新长出一条新的腿，壁虎则能在断尾后再生出完整的尾巴，甚至有涡虫和水母等生物，能够在身体被切割成两段后各自重新长出完整的身体。
在生物再生的过程中，通常分为两种情况：一是完整个体的再生，二是部分器官和的再生。第一种通常是通过两性或克隆方式复制出新的个体，而第二种则依赖于干细胞的分化与重建，用以修复或重建受损的和器官。尽管生物界中已经有许多再生的实例，但人类目前仍无蝾螈那样重建整个失去的器官，比如重生一条断掉的腿。
早在过去的研究中，科学家就已经发现，生物体的生长受基因开关和基因编码的控制。而斯里瓦斯塔瓦的研究团队则从百慕大捕获的带状黑豹蠕虫入手，探索了这一现象。在分析了其18000多个基因的变化区域后，他们发现EGR基因像是再生的“开关”，一旦启动，它便能激活一系列的生物过程，启动其他基因的表达，进而实现器官和的再生。对于壁虎和蝾螈这样的生物来说，正是这个开关激活后，才使得它们能顺利再生出失去的肢体。
那么，为什么人类和其他脊椎动物不能像蝾螈一样轻松地再生失去的器官呢？斯里瓦斯塔瓦团队解释称，问题出在细胞内的EGR信号指令。虽然人类和蝾螈一样都拥有EGR基因，但它们的信号传导路径有所不同。研究人员目前正在尝试解开这些差异，并通过重新连接这些基因开关与信号路径，尝试让脊椎动物，包括人类，具备启动再生的潜力。如果这一目标成功实现，未来或许能够让人类也拥有某些器官再生的能力。
从基因组的角度来看，所有动物的基因结构其实非常相似，包括人类。限制我们再生能力的并不是基因的缺失，而是基因如何被激活、如何发出指令来促进的再生。更为复杂的是，这些基因的开关可能源自基因组中占比98%的非编码DNA，而非编码DNA的功能一直是一个谜。虽然已知这些非编码基因能够调节许多编码基因的表达，甚至参与调控一些疾病的发生，但它们在器官再生中的具体作用仍待揭示。
在蠕虫的研究中，科学家发现，非编码基因通过指示编码基因的开关来调节再生过程。要使基因能够发挥作用，蠕虫细胞中的DNA需要发生物理形态上的变化，使得某些区域被激活。这一发现表明，基因组是动态变化的，基因并非一成不变，而是随着需要启动不同的生理过程。
再生的机制是极其复杂的，即使科学家们已经取得了重要进展，真正解开生物再生的所有谜团仍然遥不可及。历史上，已有多个奖的颁发与再生医学相关。1986年，生长因子的发现、2007年关于胚胎干细胞和哺乳动物DNA重组的研究、以及2012年关于诱导多能干细胞（iPS细胞）的发明，都是这一领域的里程碑。这些研究成果虽然为我们揭示了生物再生的一部分机制，但距离全面再生的所有奥秘仍有很大距离。
2012年生理学或医学奖的获得者，包括约翰·格登和山中伸弥，分别通过不同的实验方法证明了细胞在适当条件下可以被重编程成多能性状态，进而分化成不同类型的细胞，甚至生成新的或器官。理论上，这些iPS细胞能够实现从零开始的再生，但要真正通过这种技术实现完整的器官再生，仍面临诸多挑战。
相比之下，斯里瓦斯塔瓦的团队提出了另一种可能性：人类和其他脊椎动物体内或许本身就具备一套内在的基因开关机制，能够启动器官和的再生，而无需依赖外源性基因。这一发现为再生医学的研究提供了全新的视角。
还有研究人员发现了许多与器官再生相关的基因。例如，哈佛医学院的研究人员发现，Lin28a基因在年轻动物体内的活跃状态，能够促进再生，尤其是在老鼠的趾尖和耳朵的再生方面起到了关键作用。随着年龄的增长，Lin28a的活性逐渐消失，导致再生能力丧失。这一发现为我们理解再生的过程提供了新的线索。
尽管距离实现完整的器官再生还存在很长的路要走，但科学家们已经迈出了关键的一步。未来，随着基因开关和再生机制研究的深入，我们或许能够通过调控体内的基因开关，开启人类器官再生的大门。这样的进展也伴随着巨大的挑战，如何控制这些基因的活性，避免引发等副作用，仍是科学家们亟待解决的难题。