生命密码你的第一本基因科普书完

中枢神经再生之梦数次翻滚后，“咔嚓”一声，石先生预感到，大事不好了！从山上落下后，石先生瘫在谷底。下半身麻木的他心知肚明：刚才那声催命般的骨折声，意味着他不仅折断了椎骨，可能还悲剧性地损伤了脊髓。想到这里，石先生的脑中传来了一阵阵寒意。没过多久，就连这阵寒意他也感觉不到了。第1天石先生醒来时，只觉得自己做了一个噩梦。然而，完全没有感觉的躯干和下肢让他明白，这将是一场持续到他生命尽头的梦魇。当看到医生送来的诊断结果时，石先生内心几近崩溃，映入眼帘的几个大字“C7级别的脊椎完全性损伤”，令他感到心口绞痛，如针扎一般。这意味着，他的躯干和下肢完全瘫痪，截断的脊髓再也不能传递神经刺激了。神经刺激的传递，需要无数基层工作的神经元。环绕于神经元细胞核（cellnucleus）的是小树芽状的树突（dendrite），后端连着一条小尾巴似的轴突，外层则裹着一圈髓鞘（myelinsheath）。当受到外来刺激，树突负责接收，信号从细胞内部穿过，再由轴突传送出去，这便是一次完整的神经刺激传递过程。而要管理无数的神经元，就得有一个明确的拓扑架构。神经系统划分出了上、下两个层级：上层的中枢神经系统是指挥部，其中负责下达指令的是大脑；下层的脊髓负责协调中枢和周围神经系统（peripheralnervoussystem）。就这样，神经信号从大脑发出，由脊髓往下传达。各部门的周围神经系统接到指令，就会安排具体器官完成工作。模型图：人体的中枢神经系统（大脑、脊髓）和周围神经系统一旦眼睛看到景象，鼻子闻到气味，手指碰到凉水等，各种感觉就会转换成电信号，上报到周围神经系统，最后向上传达呈报给大脑，作为下达指令的依据。决策、执行各司其职，身体各个位置便可正常运转。但是，对石先生的下半身而言，要实现这一切已经非常困难了。第32天神经并非完全不能再生。之前，石先生有次做饭切菜时，不小心割伤了手指里的神经。伤口刚愈合的那几天，摸东西总会有点儿麻痹。然而，过段时间，一切也就恢复如常了。手指被斩断的病人也是如此。将冻在冰桶里的断指接上，再缝上血管和神经，一段时间后，手指功能就基本恢复了。事实上，神经细胞受伤之后就会退化，甚至死亡。此时，施旺细胞[1]和巨噬细胞[2]如救灾部队一般飞赴现场，清理受损的神经组织。随后，轴突等神经细胞纤维开始伸长，依照“监工”施旺细胞给出的框架，形成髓鞘覆盖，逐渐延伸到受损的位置上。然而，中枢神经不是可以再生的神经。中枢神经自愈几乎是不可能完成的任务。毕竟，这里的细胞高度分化。演化级别越高，重生过程越长，有生之年，替代品都无法产生。所以，中枢神经一旦受损，几乎无法弥补。人们一度认为哺乳动物的中枢神经在成年后完全丧失新生能力，成年之后中枢神经元只会减少，不会增加。新的研究则为人类带来了一丝希望——在成年哺乳动物大脑的嗅球和海马体中，科学家发现了一些新生的神经元。遗憾的是，每天的新生细胞数量非常有限，与人体细胞的总体数目相比，简直是杯水车薪。更何况，当中枢神经细胞受到损害之后，星形胶质细胞[3]就会形成胶质瘢痕[4]，把受损的神经隔绝开来。有了这层屏障，髓鞘和轴突被挡在了外面，防止了形成错误的神经连接，但也断绝了重建正常连接的可能性，就像人的手脚，丢失之后不能重生，只剩下丑陋的疤痕。模型图：神经元细胞要重新站起来，就得让受损的中枢神经通路恢复。这需要满足的条件着实太多：神经元不能死，这是关键的基站；轴突要能生长，这是重要的信号连接线；轴突要突破神经胶质瘢痕设下的障碍，不然就会长错位置，形成错误的髓鞘、突触，不仅功能恢复不了，还可能引发各类功能障碍。截肢患者术后会感觉到被切断的肢体还在，并在该处传来剧烈的疼痛，这就是截肢后常见的幻肢痛，可能就是由于错误的神经连接导致的。在了解了中枢神经系统低下的修复能力后，石先生再次站起来的自信心受到了深深的打击。第天抱病卧床，百无聊赖之中，石先生读了很多业界的新资料。原来，在中枢神经系统的修复方面，已经有了不少新的科研进展。石先生看到了康复的微小希望。诱导神经元的母体——多能干细胞[5]分化再生神经元的实验已经成功了。截瘫大鼠失去的皮质脊髓束组织失而复得，使四肢的运动功能随即恢复，又开始愉快地爬起了格子。不仅如此，科学家找到了对付胶质瘢痕的办法。胶质瘢痕的形成可能和I型胶原蛋白的增多有关。当将蛋白的抗体注射进受伤小鼠的脊髓中，胶质瘢痕的形成受到了抑制，小鼠的中枢神经再生了。看来，要让神经元再生，让轴突通过胶质瘢痕，很可能不再是梦。不过，要从实验室里的小鼠实验到人体临床应用，仍然困难重重，前途未卜。第天中枢神经再生在临床上取得突破性的进展依然遥遥无期。而对于已经瘫卧床上大半年的石先生来说，这样被禁锢于自己躯体中的日子越发难以忍受。有没有一些替代的办法，能让自己早一些恢复行动能力呢？燃起一丝希望的石先生急切地翻阅着资料。他有了惊喜的发现：虽然高等生物中枢神经再生的研究尚未有突破，但是人类已经能用其他领域的技术来解决生物系统受损的问题了。年，仿生眼技术取得了重大突破。对于视网膜受损，但视神经正常的患者而言，重见“光明”也许不是幻想：摄像机的图像信号可以转化为电信号，直接刺激视神经，从而让失明者的大脑成像。通过人工手段刺激神经的技术迈进了一大步。更让石先生振奋的是一只中枢神经断裂的猴子的故事。年，一只大脑和脊髓之间神经中断的猴子出现在了瑞士联邦理工学院的实验室。和石先生的情况相似，这只猴子大脑发出的命令根本不能传达到下身。考虑到神经系统内部传输的是电信号，科学家们想出了新法子。他们将Wi-Fi（无线网络）发射器植入瘫痪猴子的大脑，在猴子腰部植入接收信号的电极系统。大脑发出的电信号有了新的无线通路，可以绕过受伤的脊髓，直达猴子的下半身。没过多久，猴子就重新摆脱了瘫痪的状态，甚至能够在跑步机上运动了。也许过不了多久，人类就能用上类似的技术。瘫痪已久的石先生，下肢肌肉已经发生严重萎缩，仅仅只是重建神经连接还远远不够。而且，用Wi-Fi发射的信号强度要比正常中枢神经系统弱得多。幸运的是，目前已经具有商业化的外骨骼（exoskeleton）机器人。它们能够通过传感器侦测人体肌肉的运动状态，推测人的活动意图，帮助人类完成动作。对于神经尚有残存功能的瘫痪人士，已有人成功在外骨骼的助力下重新站起行走。不管它是自主再生的中枢神经，还是借助Wi-Fi再造的人工“神经”，抑或依靠机器力量，只要能重新站起来行走就好。虽然要救助石先生这样的病人，临床应用为期尚远，但至少比毫无希望要好得多。多天来，石先生终于睡了第一个安稳觉。因为他知道，在世界的各个角落，科学家们都在努力探索让中枢神经再生的方法，在这场对抗命运的战斗中，人类始终保持希望。参考资料1.HaraM.,KobayakawaK.,OhkawaY.,KumamaruH.,YokotaK.,SaitoT.,...OkadaS.InteractionofreactiveastrocyteswithtypeIcollageninducesastrocyticscarformationthroughtheintegrin-N-cadherinpathwayafterspinalcordinjury［J］.NatureMedicine.,23(7).2.WillyardC.Timeline:Regrowingthebody［J］.Nature,,,S50–S51.3.CapogrossoM.,MilekovicT.,BortonD.,WagnerF.,MoraudE.M.,MignardotJ.B.ReyE.Abrain–spineinterfacealleviatinggaitdeficitsafterspinalcordinjuryinprimates［J］.Nature,,(),-.[1]一种存在于周围神经系统中的神经胶质细胞，能够吞噬、清除细胞的残渣，给神经元的重生提供空间。[2]一种源自单核细胞的白血球，参与动物体内的先天性免疫及细胞免疫。[3]在哺乳动物脑中，这类细胞分布最为广泛，也是体积最大的一种胶质细胞。[4]在缺氧、低血糖、感染、中毒等情况下，脑组织会出现损伤。当脑组织尝试修补愈合时，星形胶质细胞会出现增生，主要为纤维型星形胶质细胞，最终形成胶质瘢痕。[5]一类具有自我更新、自我复制能力的多潜能细胞。多能干细胞有能力分化出多种细胞组织，但已不具备发育成完整个体的能力。克隆人即将到来？年1月25日，中国在非人灵长类研究领域领先了世界。这一天，《细胞》的封面文章显示：年11月27日，历史上首只体细胞克隆猴“中中”诞生在中国科学院；8天后，“华华”也继之而来。这是研究团队5年不懈努力的硕果。几个月过去了，两只小猴子依然健康地成长着。和常规生殖的同类们一样，它们活泼、伶俐、好动，尤其喜爱毛茸茸的HelloKitty（凯蒂猫）。研究员孙强很为此自豪。在他看来，猴子与人同属灵长类动物。筛出了基因型相同的体细胞，就能生出一群猴子，基因编辑和遗传背景统统一致。有了这项技术，要探索人类大脑中的奥秘，要研究阿尔茨海默病等疾病，就有了极好的模式动物。兴奋的不只是中国人。作为同行，俄勒冈健康科学大学的生物学家米塔利波夫更是感同身受。“这是一条漫漫长路，”这位尝试过克隆猴，却以失败告终的专家不无感慨，“但他们做到了。”有人感到乐观，便自然有人忧虑。克隆灵长类动物的障碍既已消去，克隆人还会远吗？克隆技术的发展对于“克隆”，绝大部分人都是知其然而不知其所以然。克隆，一项无性繁殖技术的代称，音译自英文clone，词源是希腊文κλ?ν，本意乃是幼苗、嫩枝的扦插。简而言之，便是不经交配产生后代，亲子间的遗传物质几乎一样。在大自然中，克隆并不罕见：细菌一分为二，这是克隆；插在土中的柳条长成参天大树，这是克隆；甚至人类的同卵双生子，两个娃娃也是彼此的克隆。不过，由于动物的体细胞缺乏植物细胞那样的逆分化能力，要靠克隆造一个动物后代，并不像植物扦插那么容易，而是需要对卵细胞进行一番人工改造，改造的素材便是亲代的体细胞。体细胞克隆的关键，在于核移植技术。众所周知，细胞核几乎囊括了细胞中所有的遗传信息。取出体细胞的细胞核，将其置入去核的卵细胞中，在一场移花接木的“戏法”后，亲代的遗传信息就尽收于新合成的细胞之中了。但最令人挠头之处却不在此。须知，体细胞早已高度分化，已不像受精卵那般有着分化的无限可能。怎么才能逆天而行，让一切从头再来？人们束手无策。直到英国科学家约翰·戈登想出了怪招儿。年，体细胞核移植重编程技术横空出世。在戈登的摆弄下，非洲爪蟾体细胞核“鸠占鹊巢”，成了卵细胞中的新主人。这不过是常规操作，然而，接下来，奇迹出现了。在电流和化学药物刺激之下，这个移花接木的卵细胞陡然转型。它突然“逆生长”，载着本已分化的体细胞的细胞核，却开始像受精卵一样发育，长成一个合格的胚胎。如同修改计算机程序一般，重编程完成了。近半个世纪后，这项奇异的发明为戈登带来了一份诺贝尔奖的荣耀。然而，真正令“克隆”二字口口相传的，还是哺乳动物的克隆。年出生于爱丁堡的绵羊多莉彻底颠覆了旧有的遗传学常识。如果此前的遗传学理论是正确的，哺乳动物的体细胞不像胚胎细胞那样有全能性，没法完整保存遗传的信息，它本不该重新发育成新的个体。然而多莉的诞生扭转了一切成见。在哺乳动物的序列中，克隆技术遍地开花。克隆牛、克隆猪、克隆兔、克隆小鼠……现在，克隆猴也不在话下了。对灵长类动物的成功克隆，使得一个新的名词——“克隆人”受到社会各界的广泛

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