为什么壁虎断尾后还可以长出来？科学家找到了有关的基因开关

壁虎（东方IC/图）

为何蝾螈和壁虎可以再生出腿和尾巴，因为EGR基因开关打开了，并指令有关的编码基因进行转录复制，从而生成新的腿和尾巴。这或许意味着，将来科学家也有可能让人和脊椎动物的某些器官再生。

美国麻省理工学院的进化发育生物学家曼西·斯里瓦斯塔瓦（Mansi Srivastava）研究组在2019年3月15日的《科学》杂志上发表文章称，他们发现了一种称为早期生长反应（EGR）的“主控基因”，后者由一段非编码DNA调控。一旦EGR基因开关被激活，就可以调控其他基因，打开或关闭许多生理过程，包括生物各器官组织的再生。

斯里瓦斯塔瓦研究组是以三条带状黑豹蠕虫（three-banded panther worms）为动物研究模式进行研究时发现EGR基因开关的。生物的再生和伤口修复一直是生物医学研究的主要内容和前沿阵地，这一领域的研究不仅能治疗很多疾病，包括器官和四肢的修复再生，以及利用再生原理从反方向抑制和治疗癌症，同时也可以延缓衰老，保持健康和提高寿命。

器官再生等现象在动物身上已经有充分的体现，如蝾螈在断腿后能长出新腿，壁虎可以在断尾后再长出尾巴，涡虫水母甚至可以在被切成两段的时候还可以再长出整个身体。

实际上，生物的再生，有两种情况，一是生命体的整体再生，二是器官和组织的再生。前者在传统意义上是两性细胞结合后的生殖，或者不需要两性细胞结合，而是用克隆的方式再造一个与原来的生物一模一样的个体；后者则是，利用干细胞的再生来完全重建（重造）组织和器官。但是，这种情况在人类身上还做不到，只是在组织中有细胞的新陈代谢，以及一些器官和组织在受伤后可部分修复，例如骨髓中的一些造血干细胞可以分化生长，以补充血细胞，如红细胞、白细胞和血小板，以及外伤后的伤口有肌肉和表皮的修复（但会留下疤痕），但不能像蝾螈那样生长出完整的新器官，如腿。

过去早就有很多研究表明，控制生物生长的是基因开关以及基因编码。现在，斯里瓦斯塔瓦团队从百慕大找到了三条带状黑豹蠕虫并带回实验室研究，检测了它的18000个基因变化区域，发现EGR基因就像一个再生的电源开关，一旦打开，就可以激发其他生理过程，没有它，就没有任何反应。

这个机制或许也解释了为何蝾螈和壁虎能够再生出腿和尾巴，因为EGR基因开关打开了，并指令编码腿和尾巴生长的基因进行转录复制，从而生成新的腿和尾巴。人和其他动物也有EGR基因和其他下游基因，而且也可能在人受伤和受损时开启，为何不能指令基因编码生长成新的器官？

对此斯里瓦斯塔瓦团队的解释是，就像电源开关接通了不同的线路一样，人体细胞中EGR信号指令指向的方向与蠕虫的指令不同。他们现在初步找到了一种弄清楚这种基因开关与线路连接的方法，因此可以找到这种连接，然后将其应用于其他动物，比如只能进行有限再生的脊椎动物。如果能实现这后一步，就有可能让人和脊椎动物的器官再生。

比较所有动物的基因组，会发现包括人和大多数动物的基因其实都差不多，因此人和脊椎动物不能让器官再生并不是因为某些基因不存在，而在于它们以什么方式开启或关闭，并发出指令，让组织器官生长。而且，开启基因的指令很可能来自于基因组的非编码部分。

因此，这项研究的另一个重要之处在于，可以让人进一步认识编码基因和非编码基因各自的功能和相互作用。人类基因组只有约2%的基因组能编码制造蛋白，生长出器官和组织，但是98%的非编码基因组在做什么是长期以来尚未弄清但又是迫切需要知道的。此前，研究人员已经知道，非编码基因可以导致很多疾病，同时可以启动和关闭许多编码基因，也即非编码基因在指挥编码基因。现在，初步了解了EGR基因受非编码基因调控后也就能进一步明确，非编码基因可能还控制着器官和组织的再生，至少是启动器官和组织再生的基因开关。

在蠕虫中，非编码基因告诉编码基因打开或关闭，而要让基因开启或关闭，蠕虫细胞中通常被紧密折叠和压缩的DNA必须发生变化，使新的区域可以被激活。因此，基因组中的基因是动态变化的，才有可能启动再生过程。

不过，不同动物的再生过程事实上是非常复杂的，而且再生医学研究也已经有很多成果，其中，即便是获得诺贝尔奖的与再生医学相关的研究成果也只是阐明了生物再生的某一点线索或原理，无论是总体再生还是局部再生（组织器官再生），离全面揭开生物再生之谜还很远。

1986年神经生长因子研究、2007年胚胎干细胞和哺乳动物的DNA重组、2012年成熟细胞可被重新编程变为多能性（诱导的多能干细胞，iPS）等都获得诺贝尔生理学或医学奖，这些成果都涉及再生医学，但也只是揭示了生物再生的某一机理。尤其是2012年的诺贝尔生理学或医学奖，授予的是英国的约翰·格登和日本的山中伸弥。

前者于1962年把蝌蚪的分化细胞的细胞核移植进入卵母细胞质中，并培育出成体青蛙；后者把Oct3/4、Sox2、c-Myc和Klf4四种转录因子基因克隆入病毒载体，然后引入小鼠成纤维细胞，发现可诱导其发生转化，产生的iPS细胞在很多方面都与胚胎干细胞相似。

从理论上看，iPS细胞可以像胚胎干细胞一样进行全能分化，不仅可能长出整个生物个体，还可以长出各种组织器官。但是，实际上，这样的结果尚未出现，而且需要引入外源性基因来改变生物个体原来的基因。但斯里瓦斯塔瓦现在发现，人和其他动物也像蝾螈一样含有可以启动组织器官再生的基因或总开关，说明生物体内普遍存在一种内在的再生机制，用不着引入外源性基因来开启再生过程。

还有更多研究人员早就发现了很多与器官组织再生有关的基因。例如，美国哈佛医学院的研究人员发现Lin28a基因在未成年动物（包括人类）体内激活，伴随着动物进入成年期其活跃性将停止，这种基因能够确保老鼠组织再生，或者至少重新生长出趾尖和耳朵。一旦这些动物年龄超过5个星期，它们将不会再生那些组织。显然，这也是研究组织和器官再生的线索。

从发现开启组织器官再生的主控基因到真的能长出组织器官，还有很长的路要走。而且，如果真能开启组织器官的再生，如何控制这样的基因又成为另一个问题，否则就会导致肿瘤的产生。