人类具有类似鲨鱼牙齿的疯狂再生基因，如何激活是关键

《大白鲨》电影宣传

说起鲨鱼，你最先想到估计就是1975年斯皮尔伯格导演的电影《大白鲨》，该片曾一度使美国许多度假海滩变得冷冷清清，鲨鱼血盆大口的形象深入人心。

鲨鱼是深海王国的终极大Boss，靠的可不单单是那一口锋利的牙齿，更在于这口好牙具有神奇的自我修复能力——终身牙齿再生能力。

“传送带”齿系（Conveyorbelt teeth）。图片来源： Shutterstock

来自英国谢菲尔德大学（University of Sheffield's Department of Animal and Plant Sciences）的加雷斯·弗雷泽（Dr Gareth Fraser）研究团队一直致力于研究软骨鱼类（例如，鲨鱼）牙齿再生机制。鲨鱼牙齿具有不断、快速再生能力，新的牙齿就像传送带似的源源不断的送来，在旧齿磨损、崩坏之前就能完成替换。

近日，弗雷泽研究团队发现，人类也具有与鲨鱼相同的控制牙齿再生的基因。这些基因可以追溯到4.5亿年前，如果有某种激活这些基因的方法，我们有可能像鲨鱼一样不断再生牙齿。相关的研究结果发表在近期的《发育生物学》（Developmental Biology）杂志上。

早在1845年，英国生物学家理查德·欧文（Richard Owen）爵士第一次对鲨鱼牙齿的再生模式进行了科学记录，他将其描述为“众多的牙齿缓慢地向前转动”（注：欧文爵士创造了“恐龙”（dinosaur）一词）。

这一点上人类可远远比不上。人类一生只有两套牙齿——乳牙和恒牙，如果人类只是活个几十年，这两套牙完全够用。然而，随着现代医疗的发展，人类的寿命和饮食结构都得到了大大的延伸和扩展，不断引入的磨损和酸性腐蚀，使得单纯的两套牙齿略显不足。这意味着，我们需要借助陶瓷植入物或者“不实用”的假牙来延续牙齿的功能。

所以，如果我们能够找出鲨鱼牙齿再生能力的遗传学机制，开发出生长人类天然牙齿的方法，人类岂不是能免受牙齿磨损和脱落的折磨？

图片来源：wikipedia

令人惊讶的是，鲨鱼并不是一颗一颗的更换牙齿，而是在其下颌具有成排的备用牙齿不断再生。当最外边的牙齿脱落后，紧接着的一排牙齿向前移动将前排牙齿整个替换掉。底层的软组织像锚和传送带一样用来固定和输送成排的牙齿。

有齿脊椎动物的牙齿替换模式对比。图片来源：L.J. Rasch et al.Developmental Biology 415 (2016) 347–370

鲨鱼（软骨鱼类）一生中会不断更换牙齿，新生牙齿以“多对一”的方式（注：每一个最外层的功能齿都有一列多个提前长好的备用齿）成排地向前移动(图A)替换旧齿。硬骨鱼会以“一对一”方式（注：每一个功能齿有一个对应的备用齿）一颗一颗地更换牙齿(图B)，而有的爬行动物（如，蛇）会发生多次换齿（图C）。大部分的哺乳动物（如，人类），具有乳牙和恒牙两组牙齿换齿能力（图D）。

斑点猫鲨（Scyliorhinus canicula）图片来源：Shutterstock

弗雷泽团队最近研究了典型模式动物斑点猫鲨（注：猫鲨科）牙齿再生能力涉及的关键基因。选择猫鲨一是因为猫鲨卵易于获取，二是其胚胎可以被人工养殖，以精确揭示鲨鱼牙齿形成和再生所经历的各个发育阶段。

当幼年鲨鱼从母鲨卵鞘或者子宫呱呱落地（注：鲨鱼可卵生可胎生），它便拥有充分发育的潜在齿列（注：称为“牙齿生成”），类似传送带的一排排锋利的牙齿为觅食整装待发。

研究发现，鲨鱼口腔上皮细胞具有特殊的干细胞群，这是鲨鱼牙齿不断再生的关键。如果没有这些干细胞，鲨鱼就会像人类一样，仅具有有限次数的牙齿再生能力，进而危及鲨鱼“深海大Boss”的地位。

重获“再生”

所有的脊椎动物的牙齿都是惊人的相似，不管是鱼类还是哺乳类。一方面，牙齿的结构都相似：由一层坚硬的矿物组织称为牙本质作为内层，一层更坚硬的牙釉质或者其他类似材料作为外层。另一方面，控制牙齿发育过程的基因也是非常相像。

这一点非常重要：人类具有类似鲨鱼牙齿再生能力的基因。

费雷泽博士说：“在青少年时期的某个时间点，我们失去了这些再生能力的干细胞，它们消失了。未来我们有可能通过牙科疗法重新激活这些基因。”

我们从鲨鱼牙齿再生获得的关键基因信息，对于理解牙齿如何再生以及人类牙齿再生能力是如何被阻断的具有非常重要的意义。

弗雷泽团队称，下一阶段的研究主要是对比鲨鱼牙齿和人类牙齿的基因特征，以找出人类是否具有类似鲨鱼牙齿再生的基因而并未被激活表达。这些研究可能提供一些线索来解释人类牙齿再生能力丧失的原因，并帮助我们解答能否通过利用干细胞重新获得牙齿再生能力。

目前，弗雷泽团队还启动了一项新的研究，对比分析个别可能具有一定牙齿再生能力的人类口腔组织。极少数情况下，人类会长出超过“定额”的牙齿。在一个病例中，一位11岁的小女孩长出了81颗牙。当然在这种情况下，多余的牙齿会造成损伤，需要被移除。但这些情况从另一方面反应了人类可能保留了牙齿再生能力的基因，只是需要在特定的时间以特定方式进行激活。

弗雷泽博士说：“这些仅仅是研究的早期阶段，国际上有很多实验室都在关注人类牙齿新生的研究。有意思的是，如果我们自身已经具有潜在再生能力的细胞，我们就有可能直接培养源自我们自身的“干细胞”，诱导产生早期牙齿发育。我们就可以将这些自源性再生牙齿移植到下颌内需要牙齿的地方。当然，达到这一阶段前还需要进行很多实验和试验。所以，研究并理解鲨鱼牙齿不断再生能力能够为人类生长新的天然牙齿提供很多线索。”

参考：

Developmental Biology 、Medical NewsToday、University of Sheffield、wikipedia

An ancient dental gene set governsdevelopment and continuous regeneration of teeth in sharks，doi:10.1016/j.ydbio.2016.01.038

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