再生与修复

40第三章再生与修复再生性修复再生的种类细胞周期和不同类型细胞的再生潜能各种组织的再生过程瘢痕性修复肉芽组织瘢痕组织创伤愈合创伤愈合的基本过程创伤愈合的类型骨折愈合骨折愈合的基本过程影响骨折愈合的因素再生修复的分子机制影响再生修复的因素当组织细胞出现“耗损”时，机体进行吸收清除，并以实质细胞再生和（或）纤维结缔组织增生的方式加以修补恢复的过程，称为修复（repair）。这一概念包含一个前提和三个要素。前提是必须先有细胞或组织的“耗损”。所谓“耗”指的是组织细胞生理性的老化、凋亡等消耗，而“损”指的是病理性损伤。三个要素是：①机体通过免疫、炎症反应对耗损区内坏死碎屑、异物和病原等进行吸收清除；②如果耗损的实质细胞有再生能力和适宜条件，则通过邻近存留的同种实质细胞再生进行修补恢复；这种修复可完全恢复原有细胞、组织的结构和功能，称为再生性修复或完全性修复；③在病理状态下，如果实质细胞不能再生或仅有部分再生，组织缺损则全部或部分由新生的富于毛细血管的纤维结缔组织（即肉芽组织）来修补充填缺损，并形成瘢痕；这种修复只能恢复组织的完整性，不能完全恢复原有的结构和功能，称为瘢痕性修复或不完全性修复。下面重点叙述实质细胞的再生和纤维结缔组织增生的过程和在修复中的作用。在此基础上，还将对临床上最常见的皮肤软组织创伤（多种组织损伤）愈合和骨折愈合的一般规律加以阐述，为临床学习和医疗实践奠定理论基础。第一节再生性修复再生（regeneration）是指为修复“耗损”的实质细胞而发生的同种细胞的增生。这一概念包含三个要素：①再生是一种细胞的增生；②这种增生本质上是为了修复耗损，而不是为了吸收坏死物质或消除致炎因子（如局部增生的巨噬细胞等）；③再生的细胞应是与耗损的实质细胞完全相同。41一、再生的种类再生可以分为生理性再生和病理性再生。（一）生理性再生在生理情况下，有些细胞和组织不断老化、凋亡，由新生的同种细胞和组织不断补充，始终保持着原有的结构和功能，维持组织、器官的完整和稳定，称生理性再生。如表皮的复层扁平细胞不断地角化脱落，通过基底细胞不断增生、分化，予以补充；月经期子宫内膜脱落后，又有新生的内膜再生；消化道粘膜上皮细胞每1～2天再生更新一次等。（二）病理性再生在病理状态下，细胞和组织坏死或缺损后，如果损伤程度较轻，损伤的细胞又有较强的再生能力，则可由损伤周围的同种细胞增生、分化，完全恢复原有的结构与功能，称为病理性再生。如表皮的Ⅱ度烫伤常出现水泡，基底细胞以上各层细胞坏死。此时基底细胞增生、分化，完全恢复表皮的原有结构与功能；腺上皮损伤后，只要基底膜未被破坏，也可由残留的细胞增生，恢复原有结构与功能；骨组织坏死或骨折后，在一定条件下也可以完全恢复原有结构与功能等。在病理情况下，不能进行再生修复的组织，可经肉芽组织、瘢痕进行修复。二、细胞周期和不同类型细胞的再生潜能细胞周期（cellcycle）由间期（interphase）和分裂期（mitoticphase,M期）构成。间期又可分为G1期（DNA合成前期）、S期（DNA合成期）和G2期（DNA合成后期）。不同种类的细胞，其细胞周期的时程长短不同，在单位时间内可进入细胞周期进行增殖的细胞数也不相同，因此具有不同的再生能力。一般而言，低等动物比高等动物的细胞或组织再生能力强。就个体而言，幼稚组织比分化成熟的组织再生能力强；平时易受损伤的组织及生理状态下经常更新的组织有较强的再生能力；除了主要由非分裂的永久细胞构成的组织外，多数成熟的组织都含有具有分裂能力的静止细胞（G0期细胞），当其受到刺激时，可重新进入细胞周期。按再生能力的强弱，可将人体细胞分为三类：不稳定性细胞（labilecells）是指一大类再生能力很强的细胞。在细胞动力学方面，这些细胞不断地随细胞周期循环而增生分裂。在生理情况下，这类细胞就像新陈代谢一样周期性更换。病理性损伤时，常常表现为再生性修复。属于此类细胞的有表皮细胞、呼吸道和消化道粘膜被覆细胞，男、女性生殖器官管腔的被覆细胞，淋巴、造血细胞及间皮细胞等。由它们组成的组织中，通常有超过1.5％的细胞处于分裂期。稳定性细胞（stablecells）这类细胞有较强的潜在再生能力。在生理情况下是处在细胞周期的静止期（G0），不增殖。但是当受到损伤或刺激时，即进入合成前期（G1），开始42分裂增生，参与再生修复。属于此类细胞的有各种腺体及腺样器官的实质细胞，如消化道、泌尿道和生殖道等粘膜腺体，肝、胰、涎腺、内分泌腺、汗腺、皮脂腺实质细胞及肾小管上皮细胞等。此外还有原始的间叶细胞及其分化出来的各种细胞，如纤维母细胞、内皮细胞、骨母细胞等。虽然软骨母细胞及平滑肌细胞也属于稳定性细胞，但在一般情况下再生能力很弱，再生性修复的实际意义很小。永久性细胞（permanentcells）是指不具有再生能力的细胞。此类细胞出生后即脱离细胞周期，永久停止有丝分裂。属于此类的有神经细胞（包括中枢的神经元和外周的节细胞），另外心肌细胞和骨骼肌细胞再生能力也极弱，没有再生修复的实际意义，一旦损伤破坏则永久性缺失，代之以瘢痕性修复。附：干细胞(stemcell)是在个体发育过程中产生的具有克隆性生长、自我更新和多向分化能力的一类细胞。根据来源和个体发育过程中出现顺序的不同，分为胚胎干细胞(embryonicstemcell)和成体干细胞(adultstemcell)。胚胎干细胞是起源于囊胚期胚胎内细胞群的全能干细胞，可以分化为成体所有类型的成熟细胞。胚胎干细胞的研究有利于阐明人类胚胎的发生发育、组织细胞生长分化的复杂调控机制，但由于来源困难和伦理学问题，其应用研究受到限制。成体干细胞是存在于机体组织中具有自我更新和一定分化潜能的一类原始状态细胞，用于维持新陈代谢和创伤修复。目前多数组织中已证明有成体干细胞的存在，部分干细胞存在于特定组织中，具有分化形成特定组织的能力，称为专能干细胞(unipotentstemcel1)，如胰腺干细胞、肠上皮干细胞等；部分干细胞具有产生多种类型细胞的能力，但不能发育成完整的个体，称为多能干细胞(pluripotentstemcel1)，如皮肤基底膜和毛球处的表皮干细胞(ESC)、骨髓内的造血干细胞(HSC)和间充质干细胞(MSC)等；有一些干细胞可跨越组织类型向其他组织类型细胞分化，这种现象称为“发育可塑性”或“横向分化（trans-differentiation）”。干细胞的研究使人们传统认为的不可修复再生组织的损伤修复成为可能，更为人工干预下的组织再生展现了广阔的前景。通常干细胞的分裂方式为等数分裂，即分裂为一个子代干细胞和一个定向祖细胞，其定向祖细胞最后形成终末分化细胞。当机体受到损伤时，干细胞的分裂方式会发生改变，如直接分裂为两个子代干细胞或者两个定向祖细胞，以适应机体的需要。目前研究得比较多的干细胞有以下几种：1.骨髓干细胞：骨髓干细胞并非由单一的细胞群体构成，主要成分有造血干细胞43（hematopoieticstemcells，HSC）和间充质干细胞（mesenchymalstemcells，MSC）。其中的HSC起源于胚胎时期的卵黄囊血岛，随胚胎血液循环的建立循环至肝脏，最后在骨髓中定居，维持机体终身造血。HSC可以增殖、分化和成熟，形成各种具有功能的血细胞，是迄今为止研究最为深入的一种成体干细胞。通过从脐带血、外周血或骨髓中分离HSC进行的造血干细胞移植术已经在白血病、先天性免疫缺陷症等疾病的临床治疗中发挥重要作用。近年来的研究还发现，HSC还具有向其他组织横向分化的潜能，可以在一定的诱导因素作用下分化为骨骼肌细胞、心肌细胞、肝细胞甚至神经细胞。MSC是从骨髓中分离出来的最具有多向分化潜能的干细胞，可以向骨、软骨、肌组织、神经组织等多胚层不同类型的组织细胞分化。最近研究发现在骨骼肌、脂肪、骨膜、脐带血、外周血中也存在MHC。细胞因子、激素等人工干预可以诱导MHC定向分化为不同的组织细胞。动物实验表明，MHC的分化方向具有“环境依赖性”。向不同的部位移植MHC，可以诱导其向不同的组织分化，表明组织微环境对干细胞的分化方向也起着重要作用。由于MHC取材方便，可多向分化，进行自体移植可避免免疫排斥反应，因此在治疗创伤性疾病中具有较大的应用价值。2.神经干细胞（neuralstemcells，NSC）：指存在于中枢神经系统内，能够分化为神经细胞、星形胶质细胞及少突胶质细胞潜能的原始母细胞。主要存在于室管膜下区。在海马齿状回、纹状体、隔区、脊髓及大脑皮层也有少量分布。神经系统受损时，NSC可以恢复分裂和增殖能力来取代坏死的神经元，促进神经系统功能的恢复。细胞因子对NSC的分化起着重要作用，例如睫状神经营养因子（CNTF）可诱导其向星形胶质细胞分化，而胰岛素样生长因子1(IGF-1)可诱导其向神经表型分化。将其注射到脑内不同区域，分化为神经细胞的种类也不尽相同，说明微环境对其分化也有重要影响。3.肝脏干细胞：轻度的肝细胞损伤或局部切除后，由周围成熟肝细胞分裂增殖，恢复原有的体积和功能，并不涉及干细胞。然而，当肝细胞被病毒性肝炎或毒素破坏时，的确有干细胞推动肝脏再生的证据。再生潜能是从小胆管上皮中的“卵圆细胞”获得。这些肝源性干细胞既有肝细胞的特点（产生甲胎蛋白和白蛋白），又有胆管细胞的特点（产生r-谷胺酰转移酶和导管细胞角蛋白），可能存在于Hering管的终末导管细胞中。肝脏干细胞的分化和发育是一个复杂的过程，在肝脏干细胞向成熟肝细胞或胆管细胞分化过程中，受到细胞内、外环境的调控影响。细胞内调控包括转录因子和细胞周期调控；细胞外调控包括生长因子、细胞间作用及细胞外基质调控。除此之外，已发现的成体干细胞还有：表皮干细胞、骨骼肌干细胞、胰腺干细胞和肠上皮干细胞等等。44图3-2原始间叶细胞转化为纤维母细胞，产生胶原纤维再转化为纤维细胞模式图三、各种组织的再生过程组织损伤后，实质细胞再生的程度和过程，既取决于该细胞再生能力的强弱，也依赖于组织结构，特别是基底膜、实质细胞支架结构的完好程度。（一）上皮组织的再生1．被覆上皮的再生①体表的复层鳞状上皮损伤后，如果损伤没有破坏表皮基底膜和毛球，可以由此处的干细胞再生，向缺损部伸展，先形成单层上皮覆盖缺损表面，随后增生分化为复层鳞状上皮。②粘膜覆盖上皮：复层鳞状上皮和移行上皮的再生与上述体表鳞状上皮相同；单层柱状上皮损伤后，也是由邻近的基底层细胞增生修补，新生的细胞初为立方形，以后分化为柱状上皮细胞。2．腺体上皮的再生①一般管状腺体上皮：如果损伤仅限于上皮细胞，基底膜尚完好，则可由存留的腺上皮细胞分裂增生，沿基底膜排列，完全恢复原有的结构。如构造比较简单的子宫、胃肠等腺体。如果基底膜等结构已破坏，则难以实现再生性修复，往往发生瘢痕性修复。肾小管的上皮细胞损伤也与上述腺体上皮相似，保存基底膜者可以实现再生性修复，否则为瘢痕性修复。②复杂的腺器官如肝的再生也有两种情况：一是肝细胞坏死时，不论范围大小，只要肝小叶网状支架完好，坏死周围区残存的肝细胞分裂增生，沿支架延伸，恢复原有结构（图3－1）；另一种是肝细胞坏死较广泛，肝小叶网状支架塌陷，网状纤维转化为胶原纤维（称网状纤维胶原化），或者由于肝细胞反复坏死及炎性刺激，导致肝细胞再生和纤维组织增生同时出现，由于原有支架结构塌陷和（或）增生纤维组织的阻隔，再生的肝细胞呈结构紊乱的结节状（结节状再生），不能恢复原有小叶结构和功能（如肝硬化等），实际上仍是瘢痕性修复。（二）纤维结缔组织的再生在损伤的刺激下，该处残存的纤维母细胞开始分裂图3-1肝细胞再生模式图→为肝小叶网状支架，▲为再生的肝细胞，沿支架再生，恢复原有结构45图3-3毛细血管再生模式图1.基底膜溶解2.内皮细胞增生3.细胞间通透性增加4.细胞趋化和增生。纤维母细胞或来自静止的纤维细胞，或来自未分化的原始间叶细胞。幼稚的纤维母细胞多为小圆形、圆形或椭圆形，进而可形成肥硕的多边形或星芒状胞体，两端常有突起，胞浆略嗜碱（染成淡蓝色）；胞核大而圆，有1～2个淡染核仁。电镜下见胞浆内有丰富的粗面内质网及核蛋白体，表明蛋白合成活跃。当纤维母