【探索16-9】人類永生回春的可能?──談「免疫」和「再生」的扞格

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講師|臺灣大學生命科學系陳俊宏教授
撰文|游伊甄

生命型式越簡單,再生能力越強

根據科學家的歸納分析發現,構造越簡單的動物,再生能力越強;反之,構造越複雜的動物,再生能力弱,但免疫系統強。臺灣大學生命科學系陳俊宏教授本次演講提出一項主要問題:免疫和再生能力是否真的無法兩全?他舉例,把渦蟲切成七段,牠強悍的再生能力會長成完整的七隻渦蟲,包含眼點和頭,都能夠再生回來;又例如蠑螈,只要斷肢傷口的神經沒有遭到破壞,就能夠精準地長出原有的斷肢;另有實驗指出,斑馬魚的心室心尖剪除後可以再長回來。

●「再生」之謎,幹細胞

目前學界大多認為,「再生」是部分發育過程的重演,胚胎發育包括:切割、分裂、細胞分化、模式形成及型態發生。科學家研究發現,擁有再生能力的動物,他們的傷口會形成一種構造稱為「胚基」(blastema),胚基之中有幹細胞幫助牠們再生。

動物再生能力的關鍵在於是否有幹細胞,陳俊宏教授指出,學界1960年代發現幹細胞,10多年前因為技術到位,新的研究成果開始大量發表。幹細胞分別有:多能力性幹細胞、特定功能性幹細胞、造血幹細胞、骨髓幹細胞及淋巴幹細胞等種類。幹細胞藏著再生之謎,它能夠增生分化成不同類群的細胞,然而細胞分裂的能力會隨著分化而變差。幹細胞一般隨這年紀增長而減少或進入休眠狀態,動物要再生就要試著叫醒幹細胞,以進行細胞分裂及分化成新組織器官的能力。

●人體受傷,啟動「免疫」機制

那麼人類呢?人類在胚胎時期,免疫系統尚未建立,這時候再生能力強,即使有傷口也能復原如初,不會產生疤。等到個體長大後,免疫系統健全後,當身體受傷時,肌肉跟血管會迅速收縮、血小板在傷口集中讓血液凝固,以最短的速度把傷口堵住,來減少失血,並避免外來異物,如細菌、病毒或真菌入侵。但是,這快速動作會導致疤痕產生,使傷口無法再生如新。

血液佔人體體重約13%,只要流失30%的血量就可能會導致休克,以65公斤的成人來說,約有5公升的血量,流失超過1500毫升就有休克危險。

此外,在修補傷口的同時,身體會啟動免疫反應。那免疫系統幫我們做了什麼?免疫系統包含了警戒、辨識、防禦三大部分,警戒機制會導致發炎反應,也就是紅腫熱痛等現象:微血管擴張造成局部紅腫;身體發熱可殺死或抑制入侵的細菌或病毒的增生;痛則是傷口釋放物質作用到神經產生痛感,以發出警訊,告知身體被外來物入侵了。接著會進行敵我辨識:單核球、中性球、巨噬細胞、樹狀細胞等等,細胞膜上面有各式各樣的受體,可以辨識是自己細胞或外來物。若辨識到外來物則進行包圍及吞噬。人體可產生100萬種左右的抗體,抗體能夠跟病毒、細菌及霉菌等外來物連接,並為它們打上標籤,好讓巨噬細胞等辨識。

人體的免疫系統分工相當細緻,為了防堵異物入侵,要製造約10種的白血球,以及其溝通用的物質介白素、干擾素等,此外,免疫系統在胚胎發育過程中,會產生各約200萬種的T細胞和B細胞,但在胚胎發育完成時,大約只留下一半,成熟B細胞的壽命僅10幾天,合成出的抗體存在的時間亦不長,因此要維持免疫系統,需要不斷製造新的B細胞及抗體,也要其他白血球及免疫相關的蛋白質,這樣備而不用的作法,實際上需消耗身體很多能量。

●人體沒有再生機制嗎?

人體受傷後,無法再生嗎?其實,人體的部分器官是能夠再生的,例如:皮膚、消化道、呼吸道、肝臟及膀胱等;但是,部分器官一旦受到損傷則完全無法再生,例如心肌及中樞神經等。

●「免疫再生無法兼得?

同樣是修補傷口,免疫跟再生的作法差別很大,再生像似慢工出細活,而免疫反應相較似乎較激烈,所以當有傷口時,是要很快堵住傷口避免感染惡化,還是慢慢的將破壞的組織器官修復如初呢?醫學上有些臨床案例值得討論:有斷指的病患,,不直接縫合,以免組織快速修復產生疤痕,影響再生機制,而改採用豬的膀胱粉塗在手指頭的斷處,結果斷指長回來。也有醫生將斷指患者的手縫在肚皮上,避免失血和細菌感染,讓斷指有時間慢慢修復傷口甚至再生。陳俊宏教授指出,以往30%燒燙傷的患者就很難救治,但在類似八仙塵爆的臨床案例上,使用Hydrogels,保持傷口濕潤減少疤的產生,提升燒燙傷皮膚的恢復狀況,救回許多嚴重燒燙傷患者的生命。

免疫和再生這兩項能力,在動物身上似存在著此強彼弱的關係,如渦蟲的免疫能力很差,但再生能力很強;而人類的免疫能力很強,但再生能力很差。也就是說,無脊椎動物身上沒有抗體,而脊椎動物有抗體以及整套複雜的免疫系統;但無脊椎動物有超強再生能力,而脊椎動物的再生能力相較之下就差多了。因此,動物真的不能同時擁有免疫跟再生能力嗎?此箇中原因目前學界尚無定論,陳俊宏教授推論,有可能是免疫和再生一樣,二者過程中都需要耗費大量的資源和能量,在「魚與熊掌不能兼得」的情狀下,無脊椎動物選擇有超強再生能力,放棄與外來物對抗;而脊椎動物則放棄再生,選擇透過免疫系統修復傷口,完成保護個體生存的任務。

●結語

倘若未來人類能搞清楚再生機制,可自己修復受損的器官,將可免除許多病痛折磨。更進一步的想,再生長出來的組織器官是個年輕的組織器官還是跟跟個體一樣老的組織器官?倘若再生長出來的組織器官是個年輕的組織器官,那人類是否可依靠再生而回春,達到長命百歲呢?

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本文整理自:105/12/17 由陳俊宏教授在臺大思亮館國際會議廳所主講之「「忠孝無法兩全」談「免疫vs.再生」」演講內容。

 

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