眾所周知，許多無(wú)脊椎動(dòng)物有著令人驚羨的再生能力，但再生并非是無(wú)脊椎動(dòng)物的專利。譬如，蠑螈這種脊椎動(dòng)物的再生能力就相當(dāng)驚人。它們不但能再生出尾巴和四肢，甚至還能再生出心臟、大腦、視網(wǎng)膜等結(jié)構(gòu)。更有趣的是，它們的再生能力并不僅限于幼年期，而是在整個(gè)生命周期中都能得到保持。這也讓以蠑螈為代表的兩棲類動(dòng)物成為了再生醫(yī)學(xué)的良好模型。

▲蠑螈有著極強(qiáng)的再生能力（圖片來(lái)源：By Patrick Coin (Patrick Coin) [CC BY-SA 2.5  (https:///licenses/by-sa/2.5)], from Wikimedia Commons）

研究表明，蠑螈等動(dòng)物模型的組織再生涉及到多個(gè)復(fù)雜步驟，有多種不同來(lái)源的細(xì)胞參與。以四肢的再生為例，首先，傷口會(huì)以無(wú)疤痕的方式愈合；之后，未分化的細(xì)胞會(huì)表現(xiàn)出干細(xì)胞的特性，依照組織類型的不同，產(chǎn)生特定的再生功能；最后，這些成年動(dòng)物會(huì)出現(xiàn)類似于胚胎發(fā)育的過(guò)程，實(shí)現(xiàn)四肢再生。

與兩棲類動(dòng)物不同，哺乳動(dòng)物的再生能力受到一定的限制。總體來(lái)看，只有處于發(fā)育早期，以及出生后不久的哺乳動(dòng)物才具有較佳的再生能力，而成年動(dòng)物組織的再生能力十分有限，會(huì)在傷口愈合的過(guò)程中形成疤痕，且?guī)?lái)異常的組織重建。少有的幾個(gè)例外是成年動(dòng)物的骨骼肌、口腔粘膜、以及大部分肝臟。許多研究提示，成年動(dòng)物再生能力的下降，可能與免疫系統(tǒng)的發(fā)育有關(guān)。

越來(lái)越多的研究表明，為了修復(fù)受損的部位，干細(xì)胞或局部的去分化細(xì)胞會(huì)與免疫系統(tǒng)、細(xì)胞外基質(zhì)、可溶生長(zhǎng)因子、以及細(xì)胞信號(hào)進(jìn)行交流。而在胚胎與成人組織中，這些要素往往有著不同：比如說(shuō)在胚胎里，細(xì)胞外基質(zhì)中的III類膠原蛋白相較I類膠原蛋白而言，水平要顯著增高；而在成人的組織中，這兩類膠原蛋白的豐度正好相反。這些不同或許解釋了為何在哺乳動(dòng)物中，胚胎與成人的傷口愈合能力有巨大差別。

許多研究指出，在組織再生的過(guò)程中，干細(xì)胞起到了重要的作用。這類細(xì)胞經(jīng)過(guò)增殖和分化，發(fā)育成具有特定功能的成熟細(xì)胞系。根據(jù)其分化能力的不同，干細(xì)胞又能被分為兩類：第一類是多能干細(xì)胞（pluripotent stem cells，包括胚胎干細(xì)胞和誘導(dǎo)性多能干細(xì)胞），第二類是專能干細(xì)胞（multipotent stem cells）和單能干細(xì)胞（unipotent stem cells，也稱成體干細(xì)胞）。顧名思義，第二類干細(xì)胞的分化能力有限，但它們卻在組織再生中扮演了關(guān)鍵角色——組織內(nèi)的內(nèi)源干細(xì)胞，幾乎都是成體干細(xì)胞。它們?cè)诮M織輕微受損后，可協(xié)助修復(fù)過(guò)程，幫助組織恢復(fù)正常功能。

在人體內(nèi)，干細(xì)胞有分化成多類細(xì)胞的潛力，這包括了骨細(xì)胞、軟骨細(xì)胞、肌肉細(xì)胞、以及脂肪細(xì)胞。而根據(jù)來(lái)源的不同，間充質(zhì)干細(xì)胞可以被劃分為幾種：來(lái)源于骨髓的干細(xì)胞具有移動(dòng)到身體遠(yuǎn)端的能力，且能與免疫系統(tǒng)相互作用，并生產(chǎn)具有生物活性的分子，以創(chuàng)造一個(gè)適合組織修復(fù)的微環(huán)境。因此，它在醫(yī)療上具有一定的潛力。舉例來(lái)說(shuō)，它有望被用于治療肌肉、骨骼、心血管、肝臟、腎臟、以及神經(jīng)系統(tǒng)的疾病。

▲干細(xì)胞的信號(hào)通路（圖片來(lái)源：《Nature Reviews Materials》）

脂肪與皮膚也是干細(xì)胞的主要來(lái)源。對(duì)人類來(lái)說(shuō)，脂肪組織里有著豐富的專能干細(xì)胞，它們能在體內(nèi)或體外環(huán)境下進(jìn)行分化，可產(chǎn)生多種細(xì)胞類型。皮膚作為人體最大的器官，同樣是干細(xì)胞的一大來(lái)源。這兩類干細(xì)胞同樣有著良好的醫(yī)療潛力。利用來(lái)源于脂肪的干細(xì)胞，已成功治療了一名顱骨多處損傷的患者；而來(lái)自皮膚的干細(xì)胞也有望治療諸多皮膚相關(guān)的疾病。

干細(xì)胞對(duì)人體組織產(chǎn)生修復(fù)作用。第一個(gè)例子是晶狀體的再生：在移除白內(nèi)障后，晶狀體干細(xì)胞在合適的微環(huán)境下，能促進(jìn)晶狀體再生；第二個(gè)例子是在肝臟中，被激活的干細(xì)胞能夠增殖、分化成膽管細(xì)胞和肝細(xì)胞；第三個(gè)例子是心臟的再生，眾所周知心臟的再生能力較差，這也是心臟疾病難治的原因之一，但在一些案例中，我們依舊在成年哺乳動(dòng)物中觀察到了一定的再生能力。其中的解釋之一，就是心臟祖細(xì)胞（一類專能干細(xì)胞）在發(fā)揮作用。

專能干細(xì)胞的微環(huán)境能讓組織中的干細(xì)胞保持長(zhǎng)久的自我更新功能，對(duì)于它們執(zhí)行正常的功能有著關(guān)鍵的作用。目前，已經(jīng)找到了不少案例，涵蓋肝臟干細(xì)胞、骨髓干細(xì)胞、以及種系干細(xì)胞、上皮干細(xì)胞、神經(jīng)干細(xì)胞等類型。在對(duì)這些案例進(jìn)行分析后，科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)，盡管涉及到細(xì)胞種類有所不同，但這些微環(huán)境卻有許多相似之處。

具體來(lái)說(shuō)，一個(gè)典型的干細(xì)胞微環(huán)境會(huì)包括細(xì)胞、細(xì)胞外基質(zhì)、以及可溶性因子（如生長(zhǎng)因子）。一般而言，這些適合干細(xì)胞的微環(huán)境深植于組織內(nèi)部，以維持特定的氧氣、離子、生長(zhǎng)因子、細(xì)胞因子、以及趨化因子的梯度。