機體自我修復的新發現

王一凡

蠑螈和壁虎等動物斷了四肢或尾巴能很快長出來，人們從這一現象推測，生物機體有強大的自我修復功能，人也可能有這樣的功能，但是可能被另一種生物體的機制所約束。因為，如果人的斷肢能自由再生的話，其他組織也就有可能不受限制地生長，從而產生各種各樣的腫瘤，這顯然不利于人的生存。

但是，最近一些研究發現，人的一些器官和組織受損后，即便沒有輸入干細胞進行治療，人體也有自我修復的強大功能，而且這些功能表現在許多方面。

多種干細胞修復機體

生物體，包括人體的自我修復能力其實就是再生醫學的一部分，因為再生醫學就是尋找有效的生物治療方法，促進機體自我修復與再生或構建新的組織與器官，以改善或恢復受損組織和器官的功能。

機體的自我修復需要以干細胞的分化和生長為基礎。例如，早就有研究人員發現，牙髓內膠質細胞能轉化為干細胞，后者再修復損傷的牙齒。牙髓是位于牙齒中心的柔軟組織，其間有少量間充質干細胞，后者能分化為牙齒、骨骼和軟骨細胞，因此可以修復牙齒，甚至骨骼。

但是，過去沒有人知道間充質干細胞來自何方。現在，瑞典卡羅林斯卡醫學院發育生物學家阿達米科研究團隊發現，牙髓內的膠質細胞的功能是支持和包圍纏繞在口腔和牙齦上的神經元，并幫助疼痛信號從牙齒傳遞到大腦。他們在小鼠的一組膠質細胞中添加熒光標記時發現，隨著時間的推移，一些膠質細胞離開了牙齦上的神經元向牙齒內部移動，在這里它們轉化為間充質干細胞。最后，這些間充質干細胞分化為牙齒細胞。這說明，人體有強大的自我修復功能，可以不需要外源性干細胞或胚胎干細胞就能自我修復受損的組織和器官。

機體的自我修復也體現在心腦血管病的康復上。腦卒中是一種急性腦組織和細胞受損的疾病，也被視為是不可修復的疾病。腦卒中分為缺血性腦卒中和出血性腦卒中，是一種突然起病的腦血液循環障礙性疾病，又叫腦血管意外。多種原因可引起腦內動脈狹窄、閉塞或破裂，造成急性腦血液循環障礙，臨床上表現為一次性或永久性腦功能障礙癥狀和體征。

發生腦卒中后，人體神經細胞缺乏足夠的氧氣供給，幾分鐘內就會死亡。接著，受這些神經細胞控制的身體機能也會退化和消失。過去認為，死亡的大腦細胞無法替換，因此腦卒中造成的后果通常是永久性的。患有大腦大血管急性缺血性損傷的患者，每小時損失1.2億個神經細胞、每分鐘有190萬個神經細胞受損，同時伴有無數的神經突觸和神經有髓纖維受損。與因大腦老化而產生的神經細胞的正常死亡速率相比，缺血性大腦如果不接受治療，則每小時老化3.6年。

但是，現在一些新的研究發現，發生腦卒中后，大腦中的一些星形膠質細胞能變成神經細胞，彌補受到損害和丟失的神經細胞。同樣，心肌梗死或心臟缺血也會導致心臟血管受損，但是，一些新的研究發現心臟內的成纖維細胞也能轉化為內皮細胞，促進和引起血管增生，達到修復心臟血管的目的。這些都是機體的自我修復功能。

成纖維細胞轉變成內皮細胞的奧秘

現在，阿達米科等人還不知道牙髓內的膠質細胞變成干細胞的具體原因和途徑，他們分析認為，牙齒中有某種化學信號發揮作用，才會使膠質細胞轉化為間充質干細胞。如果能弄清這一點，就能在實驗室嘗試用新方法培植干細胞，從而促進機體的自我修復。

不過，對心臟內的成纖維細胞是如何轉化為內皮細胞的，研究人員已經找到了部分答案。

人的皮膚和肌肉遭受外傷后會自我修復，修復的結果是在皮膚表面形成瘢痕。同樣，心臟病發作后心臟組織也會自我修復并形成瘢痕。現在美國北卡羅來納大學醫學院的研究人員艾里克·烏比爾等人發現，在心臟病發作后通常生成瘢痕組織的成纖維細胞可以轉變為內皮細胞，后者可以生成血管，從而向心臟受損區域供應氧氣和營養。這就會大大降低心臟病發作后的損害以及產生的后遺癥。

但是，成纖維細胞轉化為內皮細胞并由此修補血管必然有某種人們以前并不知道的機制。烏比爾等人發現，這其中的轉化開關其實是一個在人體組織中起著關鍵作用的蛋白，即腫瘤抑制蛋白p53。如果提高瘢痕形成細胞中的p53水平，可顯著減少心臟病發作后的瘢痕并改善心臟的功能。

這一發現改變了此前人們對機體自我修復的一些看法，例如，認為成纖維細胞是終末分化的細胞，因此成纖維細胞無法分化形成其他類型的細胞。但是，研究人員對小鼠的研究發現，情況并非如此。只要有一些條件，成纖維細胞就可以分化為內皮細胞并形成血管。這些條件是：一是心臟受損，二是有p53的誘導。

研究人員過去的研究證明，心臟病發作后，成纖維細胞會用瘢痕組織來替代受損的心肌組織。然而，瘢痕使得心臟壁變硬，從而削弱心臟將血液輸送到全身的能力，引起較多的后遺癥。但是，隨后內皮細胞會構建出新血管來改善受損區域的循環。更讓人不愿看到的結果是，有時候這些內皮細胞會自然轉變為成纖維細胞，增加瘢痕厚度。

烏比爾等人受此啟發，想探索是否能把內皮細胞自然轉變為成纖維細胞的順序顛倒，讓成纖維細胞轉變成內皮細胞，如此就能更好地幫助病人，這也是機體自我修復機制的一種應用。

烏比爾等人誘導小鼠發生心臟病，然后研究小鼠心臟中的成纖維細胞是否具有一些內皮細胞的特征性標記物，結果正如他們所期待的，在小鼠心臟受損區域幾乎1/3的成纖維細胞上發現了內皮細胞標志物。這也意味著實際上在心臟受損后，是由成纖維細胞生成的內皮細胞形成了新的功能性血管。

接下來，烏比爾等人進一步發現，觸發成纖維細胞生成內皮細胞的是p53，后者能夠引發受損的失控細胞自殺（細胞凋亡），從而減少這些細胞繼續生長并發展成癌癥，所以p53是一種阻止癌癥發生的有利因子，也被稱為基因組衛士。在心臟損傷之后，p53在成纖維細胞中被開啟或過度表達，調控成纖維細胞變為內皮細胞。因此，提高p53水平可以促使更多的成纖維細胞轉變為內皮細胞，再由后者修復和形成血管。

烏比爾等人認為，刺激心臟成纖維細胞p53信號通路能增加成纖維細胞向內皮細胞轉化的能力，從而增加血管密度，促進心臟功能的恢復。機體的自我修復功能意味著這是未來治療心臟病的一種簡單可行和實用的方法，因為這種方法并不需要向病人輸入外源性干細胞。當然，這種方法要在臨床中使用可能還需要好幾年的時間。

星形膠質細胞如何轉化為神經元？

腦卒中是導致人們迅速死亡的嚴重疾病之一，腦卒中造成的死亡僅次于心臟病造成的死亡。腦卒中導致腦組織的血流供應中斷，組織缺血缺氧，結果大量神經元（神經細胞）壞死，并由此導致運動、感覺和認知等一系列大腦功能障礙。因此，發生腦卒中之后，人的生活質量很差。

過去，研究人員一直致力于研究將外源性干細胞輸入腦卒中患者的大腦以產生新的神經元來修復大腦。現在，瑞典隆德大學的柯卡亞和卡羅林斯卡醫學院的林德瓦爾等人對大腦缺血的小鼠（相當于人患腦卒中）進行研究，發現小鼠大腦中的星形膠質細胞能轉化成神經元，不過，這種神經元是幼稚的神經元，但可以經過發育成為成熟的神經元，由此修復大腦。這一研究也是首次發現腦卒中后星形膠質細胞可以轉化為神經元。

然而，星形膠質細胞不會平白無故地轉化為神經元，而是有條件的，即大腦受到缺血性損害，而且要啟動一種分子信號通道，這種信號通道就是Notch信號通道。所謂Notch信號通道是1917年摩根等人發現的。他們在突變的果蠅中發現Notch基因，該基因的部分功能缺失會使果蠅翅膀的邊緣產生缺口（Notch），因此得名。

后來，研究人員發現，Notch信號通道廣泛存在于脊椎動物和非脊椎動物中，由Notch受體、Notch配體和其他效應分子組成，這一通道啟動后可造成相鄰細胞的相互作用，從而調節細胞、組織、器官的分化和發育。哺乳動物有4種Notch受體和5種Notch配體。

大腦中也存在Notch信號通道。在正常人的大腦中，Notch信號通道激活可抑制星形膠質細胞向神經元轉化，因此星形膠質細胞不會轉化成神經元。但是，對患腦卒中的小鼠的研究發現，小鼠大腦中的Notch信號通道被抑制，而星形膠質細胞可以啟動這一抑制過程，由此星形膠質細胞可以轉化為神經元。研究人員推論，人患腦卒中后也可通過這一途徑讓星形膠質細胞轉化為神經元。

柯卡亞等人在研究中還發現，對未患腦卒中的小鼠人為阻斷Notch信號通道，也能讓星形膠質細胞轉化為神經元，因此，腦卒中和其他途徑都可阻斷Notch信號通道，從而讓星形膠質細胞轉化為神經元。這也意味著，阻斷大腦中的Notch信號通道有可能成為治療腦卒中的一種新方法，而且簡便實用，因為不用向腦卒中患者大腦注射外源性干細胞。

此外，研究人員對小鼠的研究還發現，小鼠大腦中新生成的神經元與其他細胞形成了突觸，這是神經細胞之間發生聯系的一種基本結構。但是，這些新的神經元是否具有功能，以及它們在動物和人類卒中患者康復過程中的具體作用還有待進一步研究來證實和闡明。

其實，早在10年前，柯卡亞和林德瓦爾就發現，人患腦卒中后大腦自身神經干細胞可形成新的神經元。但這次的新研究證明，大腦的自我修復能力不只是神經干細胞可以轉化為新的神經元，而且星形膠質細胞也可以轉化為神經元。也許，大腦中的其他細胞也可能具有潛在的轉化為神經元的能力，只不過需要一定的條件。因此，機體修復自身的能力一直被低估了。

人類大腦中新神經元是在紋狀體內形成的。林德瓦爾的研究表明，一些神經元可能來自局部星形膠質細胞，根本不需要經過長途跋涉從大腦的其他部位輸送過來。如果這一機制在人類大腦也起作用，就不僅可以治療腦卒中患者，還可以治療帕金森氏病和亨廷頓氏病等其他神經退行性疾病。

當然，要用星形膠質細胞轉化成神經元的自我修復的方法來治療腦卒中和其他神經退行性疾病，還需要較長的時間。

【責任編輯】張田勘