1788年的一天，英國倫敦亨特醫(yī)學院的學生們在解剖一具男性尸體的時候，發(fā)現(xiàn)了一些令人驚異的事情。這個男人的解剖結(jié)構(gòu)是正常人的“鏡像”——他的肝臟長在左邊，心臟長在右邊。驚訝的學生們趕緊跑去找他們的老師，蘇格蘭醫(yī)生、病理學家馬修·貝利。但這位見多識廣的老師同樣被震驚了，他后來寫道：“即便那些最著名的解剖學家也沒有見過這種離奇到嚇人的情況。”
這是有關(guān)內(nèi)臟器官反置的首次詳細描述。兩個世紀后，身體器官的左右之謎仍然迷惑著科學家。如今，英格蘭醫(yī)學研究理事會的發(fā)育生物學家多米尼克·P·諾里斯博士與其他一些科學家開始回答這個問題，他們從胚胎發(fā)育入手，試圖找出人體的左右之謎。
纖毛“攪起”不對稱
胚胎發(fā)育的最初期是左右對稱的，左邊是右邊的完美鏡像。“可以明顯看出左右不對稱的信號大約出現(xiàn)在胚胎發(fā)育的第6周前后。”新加坡分子與細胞生物學研究所的蘇迪普托·羅伊說。心臟首先展現(xiàn)出可以看得見的不對稱——心臟起初是一個小管，然后向左成為一個環(huán)。從這一時刻起，心臟的左右就開始不對稱地生長，兩邊的結(jié)構(gòu)不同了。與此同時，其他器官開始向不同位置移動。胃和肝臟從胚胎的中軸線向右動，大腸在其右邊長出闌尾。右邊的肺長出三個肺葉，但左邊的肺卻只有兩個肺葉。
實驗人員還發(fā)現(xiàn)，其實看上去還對稱的早期胚胎在其兩邊就已產(chǎn)生出不同的蛋白質(zhì)。生物學家指出了這種左右對稱被打破的那個起始點：胚胎中軸線上的一個非常微小的節(jié)點。這個節(jié)點內(nèi)生長著無數(shù)根極其細微的纖毛，它們以1秒10次的速率旋轉(zhuǎn)。
這些旋轉(zhuǎn)的纖毛都是傾斜的，這使得它們具備把人體分成左右兩邊的能力。最近，美國紐約斯隆—凱特靈紀念癌癥中心的凱思琳·V·安德森和她的同事們破壞了使節(jié)點中的纖毛能夠傾斜的基因。他們在《發(fā)育》期刊上發(fā)表報告說，這種基因突變讓一些小白鼠的胚胎發(fā)展成鏡像解剖結(jié)構(gòu)?？茖W家們解釋說，胚胎在一個充滿液體的環(huán)境之中，如果纖毛是筆直的，那么它們就無法使液體向統(tǒng)一方向流動。諾里斯博士打了個比方：“纖毛就像攪拌機。它們不斷旋轉(zhuǎn)，把液體推向一個方向——從左邊向右邊。這就自然而然地打破了胚胎的左右對稱。當科學家們使小白鼠胚胎中的這種液體流動方向逆反之后，就長出相反的器官。”
日本大阪大學的科學家報告說，僅兩個纖毛的旋轉(zhuǎn)就足以使這一工作完成。一旦液體開始流動，只需要3個或4個小時，胚胎器官是向左還是向右發(fā)育就被決定了。在第一個階段，液體橫跨節(jié)點流動，直到它到達左邊的邊緣。邊緣的環(huán)狀纖毛并不旋轉(zhuǎn)，不知道是什么原因，雖然這些纖毛不旋轉(zhuǎn)，但它們對流動卻做出了反應(yīng)。
不對稱信號可能也會影響大腦發(fā)育
諾里斯博士說：“我們還不知道事實的真相，不明白導致這一情況發(fā)生的機制。”但科學家們猜測，細胞可能通過釋放一種“節(jié)點蛋白質(zhì)”做出反應(yīng)。這些節(jié)點蛋白質(zhì)從胚胎的左邊擴散開來，進而刺激其他細胞釋放它們自己的節(jié)點蛋白質(zhì)，促使裝載有這些節(jié)點蛋白質(zhì)的小環(huán)向左邊移動，而不是向右邊。
科學家仍在研究節(jié)點蛋白質(zhì)是怎樣幫助決定身體兩邊的解剖結(jié)構(gòu)。最近幾年，許多研究者將聚焦點放在斑馬魚身上——斑馬魚擁有透明的胚胎，而且通過人工技術(shù)，斑馬魚胚胎中的細胞能夠被染成紅色，這讓科學家們能夠觀察到器官究竟是如何形成的。
普林斯頓大學的伯丁博士研究節(jié)點蛋白質(zhì)是如何通過影響胚胎細胞向心臟移動來塑造斑馬魚心臟的解剖結(jié)構(gòu)。她說：“節(jié)點蛋白質(zhì)看上去好像是直接告訴左邊的細胞，你們要比右邊的細胞更快速地移動。”伯丁和她的同事們在今年1月出版的美國《公共科學圖書館·遺傳學》期刊上發(fā)表了這一研究成果中。這些左邊快速移動的細胞拖動整個心臟向右旋。從這一初始的旋轉(zhuǎn)開始，心臟發(fā)育出了其與眾不同的左邊和右邊。
一些研究結(jié)果表明，這些早期信號同樣也會影響大腦的發(fā)育?？茖W家們早就知道人類大腦的兩個半球有重要的區(qū)別。比如，右半球在理解、認知、交流等方面起著重要作用，而左半球則是集中注意力的關(guān)鍵。與人類一樣，其他脊椎動物也有左右腦的區(qū)別，但這種不平衡的起源一直是個謎。
美國范德比爾特大學的生物學家約書亞·T·賈姆斯說：“我認為就脊椎動物的發(fā)育不對稱機制而言，斑馬魚是我們目前所知道的最為詳細的。”賈姆斯與其他研究者已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，節(jié)點蛋白質(zhì)促使斑馬魚大腦的一小部分左右兩邊發(fā)育不同。這種不同隨后向外輻射到大腦的其他部分。但是，目前尚不清楚人類和其他哺乳動物是否也有相同的發(fā)育機制。
把下一步研究引向基因測試
對于生物個體而言，器官這種左右顛倒的紊亂可能是致命的。貝利醫(yī)生1788年描述的例子可能是醫(yī)學史上最有名的個案，但其實它更代表著器官反置的危害性。伯丁博士說：“他們同樣能走路、能活動，自己和他人都不知道你身體里的秘密，直到醫(yī)生指出‘你的心臟不在它應(yīng)該的位置上’。”
但這還不是最危險的情況——真正的危險是不完全反置。也就是說，如果你所有的內(nèi)臟器官都是反置的，或許也是安全的，因為所有這些反置的內(nèi)臟器官都與其他器官相互聯(lián)合。但“如果你的心臟長在錯誤的位置，而其他器官的位置都是正確的，那么這種錯誤通常是致命的。”伯丁博士說。
還有一種不易察覺的危險情況——心臟長在正確的位置，但心臟瓣膜和房室卻長在錯誤的一邊。這些紊亂可能不會立即致命，但這將使今后的人生變得非常危險?？茖W家們建議，如果發(fā)生這種情況，可能需要通過復雜的手術(shù)重新安置心臟。
伯丁博士希望把人體這種左右紊亂的研究引向基因測試。簡單地說，就是希望從基因的層面找出導致這種紊亂的“害群之馬”，讓人類通過基因測試就能預測隱藏著的風險。再往前進一步，就是能用干細胞重新構(gòu)造受損的心臟。伯丁博士說：“這種嘗試不僅僅是要制造出正確的細胞，更要發(fā)出正確的信號，讓它們?nèi)ネ线m的位置。” （作者：胡軒逸）
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