Science特刊：人體內神奇的修復再生系統

歲月的流逝，不僅帶走了年輕的容顏，似乎也帶走了強健的體魄。各種疾病或損傷後遺症，如失明、無法治癒的傷口、心臟功能喪失等等紛至沓來，而這主要是因為人類機體中有限的再生能力也隨之衰退，使得疤痕不易癒合、行動不便、功能減弱。

而近日Science推出的Repair and Regeneration專刊則介紹了機體修復與再生中的活躍領域，來了解其背後的具體機制，以實現提高身體機能或甚至重建人體的目標。

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自我修復的細胞

通常多細胞生物通過細胞增殖來代替受損的細胞，而單細胞的自我修復過程卻不甚明了。本文則從單細胞水平對生物組織的癒合和再生過程進行詳細的闡述，並深入研究了單細胞的自我修復過程，可加深對細胞生物學方面的理解，且有潛力將其用於治療人類疾病。

研究者通過一些常見的模式生物，如非洲爪蟾卵母細胞、衣藻、喇叭蟲等進行再生研究，結果發現在細胞被損壞後胞內物質大量溢出時，細胞內環境的突然變化（鈣離子濃度改變）發出細胞受傷的信號，促使細胞通過癒合傷口來阻止胞內物質的丟失，隨後會特異性地重建細胞內缺失的組分，如細胞器、質膜、細胞質等。

參考文獻：Self-repairing cells: How single cells heal membrane ruptures and restore lost structures

2

炎症與代謝

創傷後組織修復是一個複雜的、代謝要求較高的過程。通常正常狀態下，在早期的促炎症反應發生後，先通過動員關鍵炎症細胞啟動修復反應；其次在炎症開始消退時，巨噬細胞等關鍵炎性細胞轉變為修復表型；最後，炎症細胞退出損傷部位或通過細胞凋亡來恢復組織內穩態。

而一旦這個修復過程發生失調，傷口處就會逐漸纖維化，影響組織功能，最終導致器官衰竭和死亡。本文則詳細討論了炎症和細胞代謝在組織再生反應中的作用。

參考文獻：Inflammation and metabolism in tissue repair and regeneration

3

再生視神經元，恢復視力

視網膜神經節細胞（RGC）作為連接人類眼睛和大腦的神經元，光感受器傳遞的光信號在轉換為電信號藉由該細胞傳遞給大腦，因而一旦RGCs受到損傷後不能再生，就會導致失明，如眼壓升高會損傷RGC軸突而會造成不可逆失明的青光眼。

研究者發現在中樞神經系統內（CNS），少突膠質細胞呈現出多種抑制軸突再生的蛋白質，儘管中和這些蛋白質可增強體外RGC軸突再生，但是體內實驗效果非常微小。

另外，膠質細胞的反覆性疤痕和炎症反應也會抑制RGC再生。而上調mTOR信號並結合敲除SOCS3基因可重新激活RGCs，且神經活動也能促進RGC再生，即使是在成人的大腦中，眼-腦之間神經元的功能改變是可能的。

參考文獻：Regenerating optic pathways from the eye to the brain

4

心臟再生策略

一直以來，心臟都被認為是身體中再生能力最差的組織之一。而這主要是因為心臟缺乏心肌幹細胞，且心肌細胞處於高度分化狀態，已經失去了再生能力。所以一旦心臟受到損傷，則損傷的細胞會被結締組織移除即發生纖維化過程。

研究者已經發現成年期心臟之所以會喪失再生能力，氧氣起著重要的作用。在機體發育過程中，心臟細胞內線粒體數量增加，活躍的氧化作用會逐漸積累氧自由基而損害DNA，使得心肌細胞周期阻滯，最終導致心臟失去再生能力。

為了找到一種解決方法，研究者發現了dystroglycan 1（肌營養DGC通路的一個成分）在與Yap（Hippo通路的一個組分）直接結合後可抑制心肌細胞增殖。後期也有研究者測試並繪製出人類多能幹細胞分化為起博細胞的特殊發育途徑。

參考文獻：Cardiac regeneration strategies: Staying young at heart

5

巨噬細胞的再生

炎症性巨噬細胞進入受損部位和感染區時，會清除病原體、死細胞、細胞碎片和細菌。隨後轉變表型並分泌抗炎性細胞因子和其他因子來削弱炎症反應。

當巨噬細胞被IL-4和IL-13激活後會分泌參與組織修復的細胞因子，比如重新構建細胞基質的collagen type I和Col1aI，為組織提供強度/剛度的RELMa/FIZZ（將膠原與原纖維交聯）。

研究者發現可溶性防禦型膠原蛋白能增強IL-4/13依賴性的細胞增殖和巨噬細胞的組織修復功能。其中，巨噬細胞的組織分布決定了防禦膠原蛋白的類型。

肺部中，表面活性蛋白A（SP-A）在肺蠕蟲感染的小鼠模型中起到了重要作用，而C1q（補體通路的一個組成成分）可激活腹膜和肝臟中巨噬細胞。兩種蛋白均與相同受體myosin 18A（Myo 18A）相互作用來激活巨噬細胞，表明這些蛋白質的組織特異性功能可能是由不同的共受體決定的。

另外，在蠕蟲感染的小鼠模型中，IL-4/13刺激的巨噬細胞只有通過受體Axl和Mertk檢測到凋亡嗜中性粒細胞才能啟動組織的修復過程，進而可分泌些抗炎性細胞因子抑制炎症反應，避免該通路持續性激活致使組織纖維化（瘢痕形成）。

巨噬細胞通過I型受體（IL-4Ra和IL-13Ra1）和II型受體（IL-4Ra和普通γ鏈）來平衡炎症反應和組織修復。其中促脂分解受體Axl和Mertk，能促進IL-4/13誘導的組織修復，SP-A可引發劇烈吞噬作用，C1q可增加Merk的表達。

參考文獻：1.Specific repair by discerning macrophages

2.Local amplifiers of IL-4Rα–mediated macrophage activation promote repair in lung and liver

3.Macrophage function in tissue repair and remodeling requires IL-4 or IL-13 with apoptotic cells

合作微信：helixlife6

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