成体的成纤维细胞由于其不同的坐标设置而具有各种不同的表现;但如果将小鸡翅膀的皮肤细胞移植到其腿部,它们将生长成为鳞片而不会是羽毛——

人的机体在几年时间里看似没有什么变化;然而在这种虚假的平静之下,机体细胞却是处在辞旧迎新的不断变动之中。那么新细胞是如何知道它们准备去向何方的呢?

斯坦福大学的生物学家介绍,他们在人类细胞中发现了一种可使其在机体定位的坐标系。尽管在胚胎发育中引导细胞的定位系统是众所周知的,但对于成年动物体中存在一种基于细胞的定位系统的报道,看来还是第一次。

如果确实如此,这种坐标系也许能把创伤愈合那样的过程清晰地显示出来,并给人类早日实现细胞疗法的目标带来希望,这一目标就是由成熟细胞而不是干细胞来再生人体组织,就像在水蜥或蝾螈之类的动物中所发生的那样。

斯坦福大学的霍华德 · 张(Howard Chang)和约翰 · L · 里恩(John L. Rinn)领导的课题组目前在研究成纤维细胞,这是一种位于深层皮肤或包裹内部器官的表面组织中的主要细胞。虽然所有的成纤维细胞看上去都一样,但可以肯定,它们并非都是相同的,该课题组对从机体各部位提取的成纤维细胞中的哪些基因开启或关闭进行了分析。

他们在新近一期的《公立图书馆科学遗传学杂志》上报道说,经过对机体不同部位的成纤维细胞中处于活动状态的不同基因群的检测,结果表明,每个细胞都能获得三条指定到某一地点集合的信息。

斯坦福大学的研究人员指出,在这个坐标系中,一条信息告诉细胞它是否属于机体内表面或外表面组织的一部分;第二条信息指示它将去向机体这部分组织的上层还是底层;第三条信息指定它将处于机体某附器比如说胳膊、大腿或阴茎等组织的近点还是远点。研究人员认为,还有更多更为精确的定位信息线索他们尚未检测出来。

里恩博士说,通过对这三个坐标信息设置的检查,可以知道机体中成纤维细胞来自何方——但对于其他类型的细胞来说,这是不可能的事情。

成纤维细胞位于皮肤的底层,它所分泌的大量物质往往将各种皮肤细胞包埋于其中。在皮肤的表面五层组织中,则主要是不断脱落的角质细胞。

皮肤的底层组织源于一种与皮肤表层不同的胚胎组织,并已知它能决定表层细胞的命运。如果将小鸡翅膀的皮肤细胞移植到其腿部,它们将生长成为鳞片而不是羽毛。里恩指出,将这一思路扩大来对该新坐标进行分析,那些没有定位系统的角质细胞必然要从下方的成纤维细胞所发出的化学信号中获得其暗示。

那么,当皮肤被割破时,机体如何来测算伤口面积的大小以及必然产生的新组织数量的多少?张博士说,这种定位系统能够提供帮助。只要位于一定距离的两个成纤维细胞在伤口闭合后相互接触,就能发出需要多少新的组织来修复其通常距离的信号。

该课题组确信,主要负责成纤维细胞坐标系的基因属于所谓的hox基因家族,并已知该基因家族能在胚胎发育期间控制机体各部位的形成。

过去人们认为hox基因在胚胎发育完成后关闭,但斯坦福大学的研究结果表明,这些基因在成体的成纤维细胞中仍然具有活性。现已发现,一种名叫HOXA13的hox基因在所有取自于手指、脚趾和包皮的成纤维细胞中都是打开的。据推测,是因为它有助于使周围组织形成肢体端部。

哈佛医学院的胚胎学家克利夫 · 塔宾(Cliff Tabin)说,斯坦福大学的这份报告“非常有趣也确有新意。”不过他想知道,这种成纤维细胞坐标系是否仅为胚胎时期留下的无活性残余物。他说,斯坦福大学课题组还说过,成体的成纤维细胞由于其不同的坐标设置而具有各种不同的表现。

洛克菲勒大学的皮肤细胞专家伊莱恩 · 弗切斯(Elaine Fuchs)也提出疑问,斯坦福大学研究人员所发现的这一模式会不会“只是一种在机体表面形成过程中(生命机能)的演变残迹。”还有,它是否能发信号指示真正成年生物的成纤维细胞活动。

张博士说,他的试验正在涉及到该问题。塔宾博士也认为,斯坦福大学的这一发现对那些研究肢体再生的生物学家是一个鼓舞。蝾螈不是通过干细胞而是通过成熟细胞来再生其肢体的,它先是使其成熟细胞回复到类干细胞状态,然后,再由这群被称为胚基的类干细胞根据创伤部位(成熟细胞中的定位信息)来构建出新的肢体。

腕部胚基可构建出一个新的前腕,即使它是从蝾螈身体的其他部位移植过来的,而肩部胚基则能构建出一个肩宽长的新肢体。

然而,大多数脊椎动物都不能再生其组织。在此之前,谁也不知道成人的细胞中居然保留了这种定位信息。塔宾说:“我想象不到我们是否可以在哪一天能使脊椎动物具有再生的能力。不过,如果在人类细胞中确实有定位信息存在的话,这何尝不是一件好事。”