费城威斯达研究所的科学家艾伦·赫伯-卡茨过去研究自身免疫——直到她在用来模拟狼疮的小鼠身上注意到了一些奇怪的事情:她在它们耳朵上打的小洞用来区分动物,这些小洞竟然在逐渐闭合。起初,她以为她的博士后,莉丝·克拉克,忘记先打孔了。但是克拉克清楚地记得她打过孔了。赫伯-卡茨和克拉克一起又打了新的孔。几天之内,它们也闭合了。“它们每天都越来越小,然后就消失了,”赫伯-卡茨说。而且,没有留下疤痕——组织完美如初。她们想:“如果我们能找出是什么产生了这种反应,我们就可以用这种方式治疗伤口!”
那是在1995年。赫伯-卡茨迫不及待地想深入研究这种现象。但是她的同事们劝她不要浪费她在自身免疫疾病和移植排斥领域的专业知识,并建议她把消失的耳洞当作“题外话”,就像一种爱好一样。但是赫伯-卡茨知道她偶然发现了一些了不起的事情,她必须全力以赴。“我意识到,既然我对伤口愈合一无所知,我最好去参加一个关于伤口的会议,”她说。她去了,一位专家告诉她:“哦不,小鼠的耳洞绝对不会闭合。”因此,赫伯-卡茨对自己的发现保密。“我当时真是高兴极了,”她说。
一些哺乳动物的器官,如肝脏,具有再生能力。另一些,如心脏和大脑,则无法替换丢失或受损的细胞。当组织无法再生时,它会被疤痕组织所取代。相比之下,蝾螈和蠕虫可以再生丢失或受损的组织,几乎不留下任何损伤的痕迹。这似乎正是赫伯-卡茨的小鼠身上发生的事情。
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为了了解发生了什么,赫伯-卡茨开始研究在培养皿中填充孔洞的细胞。当她将狼疮小鼠的“愈合”细胞与正常小鼠的“非愈合”细胞进行比较时,她注意到了一些差异。“愈合”细胞是去分化的——这意味着它们已经变得像尚未决定其细胞类型的未成熟细胞。它们也是多核的——这是细胞即将分裂的一个特征。此外,它们还表达了大量的干细胞标记物。与它们的非愈合对应物相比,它们没有表达的唯一基因是:p21。
为了测试p21是否可以调节愈合,赫伯-卡茨获得了一些基因工程改造过的缺乏该基因的小鼠。她在它们耳朵上打了小洞,然后等待(人们认为这个过程不会给小鼠带来痛苦)。果然,洞消失了。当赫伯-卡茨在显微镜下观察填充的洞时,她注意到基底膜的分解——基底膜是连接真皮(柔软的皮下结缔组织)和表皮(皮肤的外层)的薄层细胞。取而代之的是一个有组织的基底膜,而是有一个芽基——一个高度增殖、未分化的细胞的圆形排列,这些细胞生长直到组织被替换——没有疤痕。
在赫伯-卡茨首次注意到消失的耳洞的15年后,3月15日,这项研究发表在《美国国家科学院院刊》上。赫伯-卡茨很高兴她遵循了偶然的发现。“我认为这真的得到了回报,”她说。“每天我们来到实验室,都会发现这些小鼠的新东西,这真是一场令人难以置信的冒险。”赫伯-卡茨说,为研究新事物获得资金很困难,特别是因为她的背景是另一个领域。“我真的很庆幸我们致力于做这件事,但这并不容易,”她说。
这项研究提出了许多新的问题:p21调节什么?细胞是否会在没有p21的情况下去分化(退回到类似干细胞的状态)?最近发现,减少p21及其上游调节因子p53(一种肿瘤抑制因子)的表达可以增强诱导多能干细胞的产生——一种以前成熟的细胞被重新编程以充当干细胞。“最令人兴奋的是,这确实是我们可以指出的第一个可以用于治疗的基因,”她说。
赫伯-卡茨和她的团队计划研究不同的方法来阻断p21以增强愈合并再生组织。其他再生人体组织的努力已经进行了十多年,但这些努力主要依赖于在生长和分化促进化学物质存在的情况下,在合成支架上从受试者身上生长干细胞,然后将它们放回体内。赫伯-卡茨的方法将涉及暂时沉默伤口本身中的p21表达。但是,由于基因可以调节多个过程,因此需要更多的工作来确定以这种方式修改细胞周期的安全性。
消失的耳洞案例是一个完美的例子,说明当你不寻找它们时,很容易错过令人兴奋的线索。赫伯-卡茨说,另一位研究狼疮小鼠模型的科学家也注意到了闭合的耳洞,但认为这是一种不便,而不是一个灵感时刻,他说:“这些该死的小鼠,你必须一直上楼去在它们的耳朵上打孔!”赫伯-卡茨说,她理解为什么小型、意外的发现经常没有被记录下来。“专注于一件事已经够难了,”她说。“我认为人们看到了,但他们并没有真正观察它,他们专注于其他事情。”
一些非常重要的医学发现是偶然做出的——青霉素、顺铂(一种化疗药物),甚至伟哥。想想所有偶然的发现——以及它们可能带来的启示——这些发现仍然被忽视了。