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“兩棲爬行動物保護(hù)協(xié)會”擬面向全國致力于兩棲爬行動物科普知識宣傳與保護(hù)的志愿者協(xié)會。目前已受到中科院成都生物所兩棲爬行動物研究中心等相關(guān)部門的強力支持。協(xié)會立足于中國兩棲爬行動物研究中心——中科院成都生物所兩棲爬行動物研究中心。協(xié)會計劃每年開展系列科普宣講活動，能與各個大學(xué)、研究所、自然保護(hù)區(qū)、動物園、政府部門、社會團體等機構(gòu)展開合作。
破解蠑螈的斷肢再生之謎
從水到陸
2014年08月19日作者：PSG
在電影超凡蜘蛛俠中，大反派“蜥蜴教授”科特 康納斯原本是一個專門研究斷肢再生的大學(xué)物理教授，在一次與蜥蜴的融合實驗中他雖然成功的實現(xiàn)了斷肢再生，但是由于受到蜥蜴DNA的影響，他同時也變異成了一個邪惡的蜥蜴人魔，與代表正義的蜘蛛俠為敵。這樣的劇情設(shè)定讓很多人都相信，編劇是受到了蜥蜴能夠“斷尾再生”的影響，而創(chuàng)造了“蜥蜴教授”這個角色。然而事實上，蜥蜴的“斷尾再生”與真正的斷肢再生有著本質(zhì)的不同?！霸偕钡臄辔仓袥]有分節(jié)的尾椎骨，鱗片的排列和構(gòu)造也與原尾不同，因此不能算是真正的“再生”。在陸生脊椎動物中，真正有斷肢再生能力的，應(yīng)該是屬于兩棲動物的蠑螈。
事實上，斷肢再生在動物界絕不罕見，很多軟體動物和節(jié)肢動物，像海星、海綿、蜘蛛和螃蟹等動物都有這個能力。然而，對于在4億多年前經(jīng)歷了從水到陸過程的陸生脊椎動物來說，大部分類群在演化過程中已經(jīng)丟失了它們的可再生能力，包括我們?nèi)祟?。因此，蠑螈的斷肢再生，毋庸置疑地成為了科學(xué)家們關(guān)注的焦點。人們相信，破解這個謎團，有朝一日會對人類醫(yī)療技術(shù)的進(jìn)步做出巨大貢獻(xiàn)。
綠紅東美螈（Notophthalmus viridescens）是一種很早就被發(fā)現(xiàn)有斷肢再生能力的蠑螈，它們廣泛分布在北美大陸東部的亞熱帶和溫帶地區(qū)，并且成為了科學(xué)家們探索蠑螈斷肢再生之謎的一個重要研究對象。
斷肢再生的本質(zhì)是高度分化的細(xì)胞經(jīng)歷了自然的重編程過程，重新進(jìn)入細(xì)胞周期并去分化，最終再次分化成為新的四肢。因此，找到那些與細(xì)胞周期調(diào)控相關(guān)的基因和代謝通路，是破解蠑螈斷肢再生之謎的關(guān)鍵。
以綠紅東美螈為研究對象，科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)，與細(xì)胞周期密切相關(guān)的細(xì)胞外調(diào)節(jié)蛋白激酶（extracellular regulated protein kinases, ERK）通路的持續(xù)激活是促使蠑螈肌肉細(xì)胞經(jīng)歷重編程的關(guān)鍵因素。ERK通路的持續(xù)激活可能會推動其下游p53的活性，并誘導(dǎo)一系列表觀遺傳修飾（epigenetic modifications），引發(fā)一些列肌肉細(xì)胞特異性基因（例如SOX6基因）的表達(dá)下調(diào)，最終推動成體細(xì)胞進(jìn)入細(xì)胞周期并再分化生長出新的四肢。
顯然，人們最為關(guān)心的就是ERK通路在哺乳動物中的表現(xiàn)如何。遺憾的是，哺乳動物細(xì)胞中的ERK通路只能短暫激活，而不能像蠑螈那樣持續(xù)處于活躍狀態(tài)，因此哺乳動物細(xì)胞就不能進(jìn)行后續(xù)的一系列去分化反應(yīng)，這個結(jié)果解釋了為什么哺乳動物沒有斷肢再生的能力。但是，生物的演化遠(yuǎn)沒有想象的那么快，特別是對于那些非常重要的功能。因此，我們有足夠的理由期待將來的某一天，從蠑螈身上學(xué)到的知識，能夠幫助我們的醫(yī)生操控諸如ERK通路等一系列的關(guān)鍵調(diào)控因子，使斷肢再生在人的身上成為可能。
圖1. 綠紅東美螈及其分布范圍(圖片來自參考資料1)
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圖2. ERK相關(guān)的重編程反應(yīng)在蠑螈和哺乳動物細(xì)胞中的區(qū)別(圖片來自參考資料2)
作者：PSG，兩棲爬行動物保護(hù)協(xié)會CSAR
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參考資料：
1. Eastern newt. http://en.wikipedia.org/wiki/Eastern_newt.
2. Yun et al. 2014. Sustained ERK activation underlies reprogramming in regeneration - competent salamander cells and distinguishes them from their mammalian counterparts. Stem Cell Reports, Vol. 3: 15-23.
3. ERK. http://baike.baidu.com/view/1522765.htm