严重创伤救治与损伤组织修复的基础研究

项目名称：严重创伤救治与损伤组织修复的基础研究首席科学家：蒋建新中国人民解放军第三军医大学起止年限：2005.12至2010.11依托部门：总后勤部卫生部一、研究内容（一）拟解决的关键科学问题制约严重创伤救治水平进一步提高的关键：一是伤后并发症的预防和早期治疗，二是重要组织损伤后的修复障碍，尤其是功能性修复障碍。严重创伤救治的关键在于预防和早期治疗并发症以及促进损伤组织的功能性修复。业已研究表明，严重创伤后机体内不仅发生严重损伤性反应，而且机体抗损伤性反应明显减弱，两者的严重失衡是导致创伤后感染和器官功能障碍等并发症的重要前提，其中缺血缺氧和免疫功能紊乱是其中两个最为关键的病理生理变化。过去研究主要强调机体损伤性反应，从“治”的角度，寻找解决伤后并发症的措施。对机体抗损伤性反应并未引起足够重视，正因为这样，目前缺乏阻断或减轻创伤后并发症的有效措施。造成伤残的常见原因分别为中枢和外周神经损伤、骨愈合障碍、体表大面积创面的疤痕过度增生（尤其是重要功能部位）。近年来，人们对这些重要组织受损后进行再生修复的细胞、分子机制和局部微环境的影响因素有了许多新的认识。尤其是干细胞研究、组织工程技术等高新技术的快速发展与应用，使许多过去难以达到的组织修复和再生目标将成为可能。本项目将在前五年已取得的重要进展和一批具有创新性研究成果的基础上，进一步围绕如何提高严重创伤救治水平和损伤组织修复质量两个核心问题，拟解决以下两个关键科学问题：⑴创伤早期机体自身抗损伤机制及其防治器官功能障碍、感染的关键调控环节；⑵创伤后几种重要组织修复的细胞与分子机制和促进其功能性修复的新措施，减轻重度脑创伤后脑组织进一步损伤的关键技术与理论。总体思路如下：创伤后并发症及伤残发生的基本过程伤残损伤性反应严重创伤全身反应局部反应抗损伤性反应组织修复“结构”修复功能修复修复障碍感染器官功能障碍缺血、缺氧免疫功能紊乱死亡（二）主要研究内容围绕上述两个关键科学问题，重点进行四方面研究：1、严重创伤早期内源性抗损伤反应的启动机制和调控作用主要研究严重创伤早期抗损伤保护反应的启动机制、变化规律；揭示抗损伤性保护反应在预防或减轻创伤早期缺血缺氧损害和免疫功能紊乱中的作用；探寻通过增强内源性保护机制防治严重创伤早期损害的新措施；2、严重创伤后天然免疫功能紊乱的分子机制与感染易患性研究主要研究严重创伤后天然免疫功能紊乱发生的机理及其预防感染的调控途径；揭示严重创伤后感染易患性与遗传背景差异性的内在联系，筛选出影响脓毒症发生的“易感基因型”；结合机体自身保护机制的调控作用，探讨综合防治创伤感染的新措施。3、重要组织修复障碍的机制与重度脑创伤救治研究主要研究皮肤创面修复细胞表型改变与修复结局的关系（重点是疤痕增生的机制与诱导汗腺再生研究）；结合骨骼发育，筛选参与骨折修复的分子靶标，寻找促进难愈性骨折愈合、防止骨不连的新措施；研究周围神经损伤后神经元、雪旺氏细胞与神经生长因子促进神经生长的调控措施；明确重度脑创伤后早期防止脑组织继发性损伤和促进其功能康复的关键技术与分子机制。4、成体干细胞对创伤修复的应用基础研究主要探讨创伤微环境因素（壁龛细胞对话及体液因子等）对成体干细胞参与组织修复的影响及调控机制；建立干细胞安全扩增新技术，并进行功能修饰，使干细胞既促进创伤愈合，又具有抗感染和降低免疫原性功能，以增强其促修复能力；明确成体干细胞再生皮肤汗腺的关键技术与机制。二、预期目标（一）总体目标1、坚持基础研究与临床治疗紧密结合的研究模式，贯彻以预防创伤并发症发生和提高愈合质量为主的指导思想，以解决降低严重创伤伤死和伤残率为研究目标，进一步阐明严重创伤并发症防治的关键基础理论，揭示与伤残相关的几种组织过度修复或修复障碍的分子机制，提出相应的创新理论。提出预防和早期治疗创伤并发症，以及促进损伤组织实现结构和功能重建的新措施或方案，力争使严重创伤的治疗水平取得新突破，从而使我国创伤研究居国际先进水平。2、进一步提高烧伤等优势领域的研究水平，加快具有坚实基础的交通伤、复合伤为代表的常见创伤的研究步伐，基础研究与临床救治密切结合，达到国际先进，某些方面达国际领先水平。3、以“创伤、烧伤与复合伤国家重点实验室”为依托，带动我国创伤医学研究的基地建设，培养一批高水平的中青年科学家，特别是基础研究和临床实践相结合的临床科学家（Physicianscientist），造就一支具有国际竞争实力的中青年创伤研究队伍。（二）五年预期目标1、揭示创伤后内源性保护反应的启动机制，确认一组最早参与内源性保护性反应的转录调节因子和蛋白质，为上调内源性保护反应提供分子靶点。明确内源性保护反应对创伤后细胞缺血缺氧性损害和感染的负调控作用和机制。提出“内源性保护机制的始动学说”。2、进一步明确严重创伤后神经内分泌、创伤血清因子、T细胞等对组织巨噬细胞功能的影响，揭示创伤后免疫功能紊乱的分子机制，以及创伤后体内是否存在功能特异的“免疫抑制分子”,并了解其结构、功能和细胞来源。明确一组与创伤感染易患性密切相关的基因多态性谱，并阐明其功能意义。3、从发育学、比较生物学、细胞生物学以及分子生物学方面明确皮肤组织在损伤修复过程中过度纤维化的发生机制、关键调控因素，力争研制出既促进创伤愈合又减少纤维化（瘢痕愈合）的的新措施或药物。4、利用转基因、基因敲除小鼠和基因组学等技术筛选参与骨折、周围和中枢神经损伤修复的分子靶标，初步阐明FGFRs、NgR、NGF等分子在骨折、周围和中枢神经损伤修复机制中的作用和分子机制。提出1-2项促进骨折（特别是难愈骨折）、外周神经损伤和大脑损伤修复的新措施。5、阐明创伤条件下成体干细胞生物学特性的变化及相关机制，验证成体干细胞与周围细胞对话决定其分化的理论假说。建立成体干细胞安全扩增的技术体系。建立增强成体干细胞向伤部迁移定植、向功能细胞分化、以及通过修饰成体干细胞以降低其免疫排斥反应和增强抗感染能力的技术体系。建立成体干细胞再生皮肤汗腺的关键技术。6、在国际本领域主要杂志上发表学术论文75-100篇，其中IF10的相关期刊发表论文5-8篇，申请10-15项发明和实用专利。三、研究方案（一）总体研究思路、技术路线及可行性业已研究表明，严重创伤从受伤至出现并发症都要经历创伤反应期，这一发展阶段不仅需要一定时间（数小时至数天），还具有一定的可逆性，甚至可预防性。创伤反应固然十分复杂，包括损伤性和抗损伤性两大类，但从主动减轻创伤后继发性损伤，预防并发症发生的角度看，研究抗损伤性反应（内源性保护反应）显得更为重要。细胞缺血缺氧和免疫功能紊乱是引发创伤并发症的两个最基本的病理生理变化。组织损伤或缺失后再生修复障碍是伤残的原因，常见于中枢和外周神经损伤、骨愈合障碍、体表大面积创面的疤痕过度增生（尤其是重要功能部位）。因此，本项目在前一个973项目已取得的重要进展和一批创新成果的基础上，一方面重点抓住抗损伤保护反应和天然免疫反应，深入研究减轻或防止创伤后细胞缺血缺氧损害和免疫功能紊乱，以降低并发症的相关理论和方法；另一方面，围绕与伤残密切相关的几种重要组织损伤，系统研究促进其功能性修复的细胞与分子机制，或防止其损伤后继发性损伤、促进其功能康复的关键技术与机制。为最大限度地降低严重创伤后并发症的发生率和死亡率以及伤残率提供创新的理论指导和有力的防治措施。在技术路线上，本项目坚持机制研究与防治研究相联系、基础研究与应用研究相对应、创伤医学与其它相关学科相结合的思路，首先，利用系统生物学的新理念，结合分子生物学、基因组学、蛋白质组学新技术，从基因、分子、细胞、器官和整体的综合层次上深化研究严重创伤并发症防治的基础理论和组织修复障碍导致伤残的细胞与分子机制；其次，充分利用前一个973项目建立的严重创伤病人标本库和临床研究基地，加强基础研究与临床实际的紧密结合，确保我们的研究问题来源于临床，即从临床走向实验室（Frombedtobench）；第三，突出应用基础研究，结合高新生物技术（如干细胞研究、分子设计与重建、蛋白质重组、组织工程技术等），探索早期防治严重创伤并发症和降低伤残的新措施，确保研究成果能更好地解决临床实际问题，即从实验室返回临床（Frombenchtobed）。可行性上，近十余年来，项目参加单位一直致力于创伤基础研究，国家曾多次重点投入。通过一批重大项目，曾提出了系列创新理论（如复合伤的“复合效应”理论、火器伤的“血流扰动”学说和“远达效应”理论、冲击伤的“过牵效应”机制等）以及多种临床救治技术（如早期切痂和大张异体皮开洞嵌入小片自体皮移植治疗严重烧伤、早期肠道喂养、选择性肠道去污染防治创伤感染、膈神经、多组神经及健侧颈7神经根移位治疗臂丛根性撕脱伤等）。特别是前一个973项目的研究，在严重创伤后并发症发生机制和损伤组织修复均有创新性发现，为本项目奠定了坚实的理论和工作基础。在研究条件上，创伤、烧伤与复合伤实验室为国家重点实验室，国家重点学科3个，省部级重点实验室7个，拥有目前国内一流的创伤模拟和基础研究的技术平台，为本项目提供了丰富的资源保障和强有力的技术支撑。在研究队伍上，我国创伤医学领域已形成了一支老、中、青三结合，基础医学、临床医学、理工科学人才相整合的优秀团队，其中不仅有基础研究的学术带头人，而且还有临床创伤专家，包括多名院士，一批国家杰出青年基金获得者和长江计划学者。曾有多人在国际上获奖，担任重要学术职务。通过十余年来的合作研究和广泛的学术交流，已完全具备多单位、跨学科联合公关的团队精神和创新能力，为本项目提供了强大的人力保障。综上所述，本项目选题瞄准创伤医学研究前沿，抓住了制约目前创伤医学研究的“瓶颈”问题，几十年来，项目各参加单位不仅已积累了雄厚的科研基础，而且在研究队伍和实验条件上均具有从事前沿课题研究的实力。因此，通过5年的联合攻关，本项目完全有可能达到预期目标，使我国严重创伤的救治水平实现新的突破。（二）创新性点1、以机体内源性抗损伤保护机制为切入点，提出并阐明内源性保护机制受损是启动创伤后器官功能障碍、感染的中心环节，即“内源性保护机制始动学说”，建立治疗创伤并发症的“预防医学”新理念。2、以吞噬细胞为核心，率先提出天然免疫功能紊乱和遗传背景是决定创伤感染发生发展的首要因素，阐明创伤后感染发生的启动机制和关键调控环节，为防治创伤感染提供新思路。3、揭示创伤后几种重要组织修复障碍的分子机制，阐明“以细胞损害为关键环节愈合诸因素失调”致创伤难愈的新学说，并应用细胞、组织工程等高新技术，实现皮肤、骨骼等组织功能性修复，如建立成体干细胞再生皮肤汗腺的技术。（三）课题设置围绕上述四个研究内容，设置五个课题，分别为：课题一：内源性保护反应减轻严重创伤早期缺血缺氧损害的基础研究主要研究内容：筛选反映细胞内源性保护机制启动的标志转录调节因子基因或蛋白，分析其表达调控方式和相关信号途径,以及这些蛋白早期表达的生物学意义；研究骨架相关蛋白在细胞内源性保护反应启动中的作用；研究与血管舒缩功能和细胞抗损伤作用有关的细胞内源保护系统和保护分子在严重创伤后的启动和变化规律，血管平滑肌细胞启动内源性保护机制对血管反应性的影响，研究激活血管平滑肌细胞内源保护机制提高严重创伤后血管低反应性的措施；研究内源性保护反应对创伤后血管通透性的调控作用机制，寻找改善缺血缺氧所致血管通透性增高的方法；研究内源性保护反应对缺血缺氧过程中细胞能量代谢、氧化损伤和细胞凋亡的调控作用；探讨天然食物成份、中药成分、特殊营养素对内源性细胞保护机制的调控作用及保护效应，筛选几种有效的外源性抗损伤物质，研究形成增强内源性细胞保护机制防治严重创伤缺血缺氧损害的新措施，提高严重创伤救治水平。目标：（1）从新的角度深化对严重创伤早期损害机制的认识，揭示机体损伤和抗损伤力量的变化规律，寻找重要的内源性保护分子，提供内源性减轻缺血缺氧损害的新靶点，提出并证明“严重创伤后内源性保护机制受损是缺血缺氧损害的关键”的学术思想。（2）阐明严重创伤早期细胞内源性保护反应的启动机制及信号途径，明确内源性保护反应对创伤后血管反应性和通透性，缺血缺氧过程中细胞能量代谢、