再生能力为何在不同物种间天差地别？有些脊椎动物，比如蝾螈和蛙类蝌蚪，能够神奇地重新长出被截断的完整肢体，而人类和其他哺乳动物却只能留下疤痕。这个谜题已经困扰了生物学家数十年。
科学家们发现，两栖动物与哺乳动物其实共享着大量相似的基因。这暗示着，哺乳动物体内可能仍然潜藏着再生的能力，只是被某种机制“锁定”了。关键问题在于：哺乳动物的组织究竟有没有可能激活肢体再生程序？又是什么在阻止它们这样做？
长久以来，再生研究主要聚焦于两栖动物。对于哺乳动物，科学家很少采用可以直接对比的实验方法来并行研究。最近，一项发表在权威期刊《科学》上的研究带来了突破。团队通过直接比较蛙类蝌蚪和小鼠胚胎被截除的肢体后发现：氧气在肢体再生中扮演着决定性角色，细胞感知氧气的方式直接决定了再生程序能否被启动。
氧水平是关键？
肢体再生始于伤口愈合。截肢发生后，伤口处的细胞必须迅速封闭创面，并转化成具备再生潜能的细胞类型。在两栖动物身上，这个过程顺畅无阻；而在哺乳动物身上，伤口愈合很早就会停滞——伤口缓慢闭合后，瘢痕形成会占据主导，从而彻底阻断再生。
研究者们早就注意到，环境是两栖动物与哺乳动物之间的一个显著差异。两栖动物的幼体在水中发育，水中的氧含量远低于空气。并且，许多具备再生能力的物种本身就生活在水环境中。相反，哺乳动物组织受伤后通常暴露在富氧的空气里。那么，这种氧环境的差异，究竟是再生过程的关键影响因素，还是仅仅只是生物不同生活方式带来的副产品？
为了解答这个问题，研究团队设计了一个精巧的实验。他们分别切取了正在发育的蛙类蝌蚪和小鼠胚胎的肢体，在体外可控的氧条件下进行培养。他们精确地将氧水平调整到接近水环境（低氧）或接近空气（高氧）的状态。
随后，他们通过综合测量伤口闭合速度、细胞运动、基因活性、代谢状态以及表观遗传状态（包括 DNA 包装方式的变化），来全方位追踪细胞的反应。研究的焦点集中在一种名为 HIF1A 的蛋白质上——它是细胞的“氧传感器”。当氧水平较低时，HIF1A 会变得稳定，从而激活一系列为伤口愈合和再生铺平道路的细胞程序。
细胞状态被改写
实验结果显示，降低氧水平对小鼠胚胎肢体产生了显著影响：在低氧条件下，小鼠细胞封闭伤口的速度大大加快，并显示出启动再生程序的明确迹象。 更有趣的是，即使环境氧水平仍然较高，只要通过人工手段稳定 HIF1A 蛋白，也能产生类似促进再生的效果。
低氧条件还深刻改变了细胞的行为：皮肤细胞变得更具迁移性，其力学性质发生改变。细胞代谢转向了 糖酵解——这是一种在低氧状态下更常见的代谢途径。与此同时，与DNA相关的蛋白质上的化学标记也发生了转变，朝着更有利于激活再生相关基因的方向发展。
蛙类蝌蚪的表现则截然不同。它们的肢体在很宽的氧浓度范围内都能高效再生，甚至包括远高于空气中正常水平的氧条件。分子层面的分析揭示了原因：即使氧水平升高，蝌蚪的细胞依然能够维持稳定的 HIF1A 活性。 这是因为在它们体内，那些通常会关闭这条氧感知通路的基因表达水平本身就很低。
通过整合分析青蛙、美西螈、小鼠和人类的数据，研究团队发现了一个一致的模式：具有再生能力的两栖动物普遍表现出较弱的氧感知能力，这使得再生程序能够被顺利启动并维持；而哺乳动物则相反，它们的细胞对氧反应强烈，会在受伤后迅速关闭再生程序。
隐藏的再生能力
这项研究的结果表明，哺乳动物（包括人类）的肢体在早期发育阶段，仍然保留着潜在的再生能力。这种能力能否被唤醒，很大程度上取决于细胞如何响应氧气等环境信号。这为未来医学带来了新的想象空间：通过调节氧感知通路（如靶向 HIF1A），或许能够改善人类的伤口愈合质量，甚至激发出一定的再生反应。
需要强调的是，这些发现证明了哺乳动物体内的再生机制可以被激活，但并不意味着已经能够实现完整肢体的重新生长。尽管这项研究没有宣称人类肢体再生近在咫尺，但它有力地表明，那些过去被认为是物种间固定不变的差异，实际上可能高度依赖于细胞如何解读和响应其所处的微环境。
这项研究通过直接比较能再生与不能再生的物种，为这个百年难题提供了全新的视角。它不仅证实了再生程序可以在哺乳动物组织中被触发，更勾勒出了一条清晰且可验证的研究路径，为推动实现成年哺乳动物的功能性肢体再生奠定了重要的计算机基础。
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发表于 昨天 23:39
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