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组织再生，物种有别 众所周知，许多无脊椎动物有着令人惊羡的再生能力，但再生并非是无脊椎动物的专利。譬如，蝾螈这种脊椎动物的再生能力就相当惊人。它们不但能再生出尾巴和四肢，甚至还能再生出心脏、大脑、视网膜等结构。更有趣的是，它们的再生能力并不仅限于幼年期，而是在整个生命周期中都能得到保持。这也让以蝾螈为代表的两栖类动物成为了再生医学的良好模型。 ▲蝾螈有着极强的再生能力（图片来源：By Patrick Coin (Patrick Coin) [CC BY-SA 2.5 (https:///licenses/by-sa/2.5)], from Wikimedia Commons） 研究表明，蝾螈等动物模型的组织再生涉及到多个复杂步骤，有多种不同来源的细胞参与。以四肢的再生为例，首先，伤口会以无疤痕的方式愈合；之后，未分化的细胞会表现出干细胞的特性，依照组织类型的不同，产生特定的再生功能；最后，这些成年动物会出现类似于胚胎发育的过程，实现四肢再生。 与两栖类动物不同，哺乳动物的再生能力受到一定的限制。总体来看，只有处于发育早期，以及出生后不久的哺乳动物才具有较佳的再生能力，而成年动物组织的再生能力十分有限，会在伤口愈合的过程中形成疤痕，且带来异常的组织重建。少有的几个例外是成年动物的骨骼肌、口腔粘膜、以及大部分肝脏。许多研究提示，成年动物再生能力的下降，可能与免疫系统的发育有关。 越来越多的研究表明，为了修复受损的部位，干细胞或局部的去分化细胞会与免疫系统、细胞外基质、可溶生长因子、以及细胞信号进行交流。而在胚胎与成人组织中，这些要素往往有着不同：比如说在胚胎里，细胞外基质中的III类胶原蛋白相较I类胶原蛋白而言，水平要显著增高；而在成人的组织中，这两类胶原蛋白的丰度正好相反。这些不同或许解释了为何在哺乳动物中，胚胎与成人的伤口愈合能力有巨大差别。 干细胞与组织再生 许多研究指出，在组织再生的过程中，干细胞起到了重要的作用。这类细胞经过增殖和分化，发育成具有特定功能的成熟细胞系。根据其分化能力的不同，干细胞又能被分为两类：第一类是多能干细胞（pluripotent stem cells，包括胚胎干细胞和诱导性多能干细胞），第二类是专能干细胞（multipotent stem cells）和单能干细胞（unipotent stem cells，也称成体干细胞）。顾名思义，第二类干细胞的分化能力有限，但它们却在组织再生中扮演了关键角色——组织内的内源干细胞，几乎都是成体干细胞。它们在组织轻微受损后，可协助修复过程，帮助组织恢复正常功能。 在人体内，干细胞有分化成多类细胞的潜力，这包括了骨细胞、软骨细胞、肌肉细胞、以及脂肪细胞。而根据来源的不同，间充质干细胞可以被划分为几种：来源于骨髓的干细胞具有移动到身体远端的能力，且能与免疫系统相互作用，并生产具有生物活性的分子，以创造一个适合组织修复的微环境。因此，它在医疗上具有一定的潜力。举例来说，它有望被用于治疗肌肉、骨骼、心血管、肝脏、肾脏、以及神经系统的疾病。 ▲干细胞的信号通路（图片来源：《Nature Reviews Materials》） 脂肪与皮肤也是干细胞的主要来源。对人类来说，脂肪组织里有着丰富的专能干细胞，它们能在体内或体外环境下进行分化，可产生多种细胞类型。皮肤作为人体最大的器官，同样是干细胞的一大来源。这两类干细胞同样有着良好的医疗潜力。利用来源于脂肪的干细胞，已成功治疗了一名颅骨多处损伤的患者；而来自皮肤的干细胞也有望治疗诸多皮肤相关的疾病。 干细胞对人体组织产生修复作用。第一个例子是晶状体的再生：在移除白内障后，晶状体干细胞在合适的微环境下，能促进晶状体再生；第二个例子是在肝脏中，被激活的干细胞能够增殖、分化成胆管细胞和肝细胞；第三个例子是心脏的再生，众所周知心脏的再生能力较差，这也是心脏疾病难治的原因之一，但在一些案例中，我们依旧在成年哺乳动物中观察到了一定的再生能力。其中的解释之一，就是心脏祖细胞（一类专能干细胞）在发挥作用。 专能干细胞的微环境 专能干细胞的微环境能让组织中的干细胞保持长久的自我更新功能，对于它们执行正常的功能有着关键的作用。目前，已经找到了不少案例，涵盖肝脏干细胞、骨髓干细胞、以及种系干细胞、上皮干细胞、神经干细胞等类型。在对这些案例进行分析后，科学家们发现，尽管涉及到细胞种类有所不同，但这些微环境却有许多相似之处。 具体来说，一个典型的干细胞微环境会包括细胞、细胞外基质、以及可溶性因子（如生长因子）。一般而言，这些适合干细胞的微环境深植于组织内部，以维持特定的氧气、离子、生长因子、细胞因子、以及趋化因子的梯度。 ▲干细胞的分化受到了细胞外基质的影响（图片来源：By Robert M. Hunt [GFDL (http://www./copyleft/fdl.html) or CC BY 3.0 (https:///licenses/by/3.0)], from Wikimedia Commons） |
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