為了愈合傷口，成熟細胞會變得像胚胎細胞？

身體細胞再一次顯示出了意想不到的可塑性：在一種被稱為“涎腺病”的新傷口愈合中，當作熟細胞可以恢復到胚胎細胞狀況。剛起頭胚胎只是一個自力細胞，跟著時候推移將會割裂出不可勝數個細胞。在割裂過程中，這些早期非特化的細胞瘋狂地增殖，爾后慢慢分化身世體各個組織。跟著胚胎不竭當作熟，胚胎干細胞起頭各司其職，不竭分化當作各類細胞系前體，進而發生更當作熟的細胞：血細胞、神經細胞、肌肉細胞、腸細胞。這些組織的本家兒要功能會在胎兒出生后發生轉變，因為生物體順應了子宮內的糊口。

身體在毀傷后需要更多新細胞來進行修復，研究人員發現，為了獲得新細胞，組織會選用通俗的當作熟細胞將它們恢復到胚胎細胞的高度增殖狀況。圖片：Rachel Suggsfor Quanta Magazine

博科園-科學科普：當來到實際宿世界時，要利用肺呼吸空氣和消化系統處置食物。但仍有一些細胞群體保留了其最初的可塑性。好比幫忙維持日常組織和愈合傷口的當作熟干細胞。當然，當作熟干細胞并不是獨一連結可塑性的細胞。當人體進行修復時，若有需要，一些特別的細胞可以“去分化”，從頭進入近似于干細胞狀況。新的研究成果表白，細胞可塑性可能遠比科學家們想象的復雜。三個研究小組發現，在組織再生過程中，當作人干細胞(以及近似的去分化細胞)這一解決方案對于愈合一些傷口是遠遠不敷。可是受損組織的細胞恢復到胚胎細的狀況可以做到。

1、原槍彈和自我更新的細胞

20宿世紀初，科學家們從理論上猜測紅細胞、白細胞和血小板來自于通俗、更原始的干細胞。直到20宿世紀50年月和60年月，研究人員才能為猜測供給確鑿證據，并起頭描述其怪異特征。第一批干細胞的發現與1945年廣島和長崎的原槍彈爆炸有關。那時醫務人員不雅察到，表露在輻射下的幸存者的白細胞數目急劇下降。在小鼠身上的嘗試表白，骨髓移植可以削減輻射帶來的后果。

幾十年后研究人員詮釋了為什么骨髓移植可以或許治療白細胞數目削減的問題：因為骨髓中的細胞既既能自我更新，又能分化當作各類特別血細胞譜系。當分化細胞割裂時會衍生出本身的兩個副本，分歧類型的細胞，割裂次數有必然限度。但從骨髓平分離出的干細胞則不是如許。當干細胞割裂時，割裂時候很是長，割裂次數也就越多。此外這些割裂并不合錯誤稱：每個干細胞不僅能發生自身副本，并且還會發生出子細胞。子細胞會當作為特心猿意馬類型的血細胞。

圖片：Lucy Reading-Ikkanda/Quanta Magazine

在后來的研究中，研究人員發現干細胞還存在于其他器官之中。漢斯·克利弗斯——荷蘭胡布雷希特研究所的分子遺傳學家，宿世界頂尖的干細胞專家之一說：這為不雅察其他哺乳動物組織供給了模板嘗試。試圖將對固體組織的不雅察納入(血液干細胞)條理模子的測驗考試，未必會有好成果；這導致了理論、術語、嘗試方式紊亂和激烈的辯說，因為這一方式還存在很多縫隙。

2、可塑性

當克利弗斯寫下這些話時，關于干細胞的概念已經在進行年夜規模鼎新。1990年月末，從人類胚胎干細胞分手和培育嘗試初次透露，胚胎干細胞分歧于當作熟干細胞，它只能發生原生組織中的細胞類型（例如骨髓中的血液干細胞可能發生中性粒細胞，但不克不及在年夜腦平分化當作神經細胞），胚胎干細胞具有當作為體內任何細胞類型的潛力。與此同時，在骨髓以外組織中發現的當作體干細胞似乎并不老是與造血干細胞感化相似。

20宿世紀90年月和2000年月在腸道中發現的一些特征表白，某些干細胞群體可以比那些存在于骨髓中的干細胞群體復制得加倍活躍，而且有時可以對稱地割裂。一些器官，包羅胰腺和腎臟，似乎沒有完全作為干細胞闡揚感化的細胞群體，這意味著在某些環境下，這些組織中的其他細胞可能必需承擔莖狀功能。尋找作為物理實體的干細胞可能需要被尋找干細胞功能所代替。

證實這種可塑性的明白證據于在2006年呈現，那時日本京都年夜學的山中信彥和高橋一夫從當作年小鼠身上提取告終締組織細胞，而且經由過程僅標的目的它們導入四個基因，當作功地斷根告終締組織細胞，并將它們轉化為胚胎樣干細胞（這項工作最終讓山本獲得諾貝爾獎）。科學家們敏捷跟進研究是否也能有所收成。這一現象似乎確實發生在腫瘤形當作過程中，癌癥有干細胞，以及由突變驅動到更像干細胞狀況的分化細胞。

可是如許的過程是否也代表某種有序的、健康的過程？謎底是必定的，全身細胞類型——皮膚、肺、胃，在表露于炎癥和正常干細胞毀傷時可以去分化。固然比來分化的細胞出格輕易在這些環境下從頭達到干細胞發源，但研究也表白，細胞甚至進一步沿著專門化路子可以回到最初狀況。不久前，由荷蘭伊拉斯馬斯年夜學醫學中間遺傳學家里卡爾多·福德帶領的一組研究人員概述了一種如許的細胞類型——腸道中的Paneth細胞，它排泄節制腸道細菌構成和消化健康的分子。

在毀傷后會掉去正常的基因表達，但卻有利于莖狀表達。這些細胞凡是底子不割裂，可是一旦它們被誘導進入這種莖狀狀況，就會像干細胞一樣快速增殖，發生自身的復成品和分化細胞。在其他細胞系中也證實了近似的成果。一些嘗試室甚至試圖在去分化過程中捕獲細胞。細胞比我們想象的更具有可塑性，對毀傷反映能力也更強。劍橋年夜學癌癥研究人員西蒙?布扎基說：此刻每小我都在說，只要能鞭策這一歷程，所有細胞都能釀成干細胞。

3、恢復到胚胎細胞狀況

可是這種改變在分子程度上事實是如何的呢？出格是考慮到干細胞概念變得十分復雜，去分化細胞的“莖狀”狀況到底需要什么？比來幾篇論文，供給了令人信服的證據。一些分化細胞可以瞬時表達一種發育基因法式，這種法式不僅能幫忙細胞答復到當作熟干細胞狀況，還可以回到近似胚胎發育狀況。回首曩昔，這些發現可能并不令人驚奇：研究蠑螈和其他兩棲動物（組織再生的典范）的研究人員看到，這種現象一向以弘大的規模發生。

經由過程從受傷部位上形當作的芽狀布局來激活發育法式，這些生物可以再生整個肢體-骨骼，肌肉，軟骨。可是人類和年夜大都動物都不克不及發生這種組織。科學家們猜測，組織再生和癌癥相關的去分化過程與激活某種胚胎或發育路子相關。可是，胚胎基因活性的研究成果黑白各半。南加州年夜學研究腎臟干細胞研究員安德魯·麥克馬洪說：這是個很有吸引力的設法，但率直說，這方面的證據并不存在。

舊金山加利福尼亞年夜學的理查德·洛克斯利（左）和奧菲爾·克萊恩（右）不雅察了小鼠腸道的一種新傷口愈合。為了響應寄生蟲的毀傷，腸道的熟干細胞法式封閉，有利于更多的胚胎細胞形當作。圖片：Courtesy of Richard Locksley;Steve Babuljak

是以，這些最新發現的主要意義之一是，研究人類和其他動物再生的研究人員可能正在尋找錯誤的跡象：與其尋找胚胎基因，還不如在開辟后期尋找少量胚胎標識表記標幟。加州年夜學舊金山分校的研究人員李察·洛克斯利和奧菲爾`克萊因最初并不籌算如許做。洛克斯利是一名追求更好地領會過敏和免疫系統的免疫學家，他但愿追蹤干細胞在小鼠腸道對寄生蟲損害反映中所飾演的腳色。

洛克斯利說：但我們很快就看到了整個工作的進展，曾期望接近蠕蟲鉆入組織的干細胞變得加倍活躍，爾后發生新的血統并進行需要修復。相反，用于判定這些干細胞的遺傳標識表記標幟完全消逝。跟著細胞數目削減，傷口四周的細胞割裂速度也比泛泛快。這表白，也許這些細胞已經改變到一個新毀傷反映狀況。2016年比利時布魯塞爾年夜學生物化學家瑪麗-伊莎貝爾·加西亞帶領的小組頒發了《成長》一書，表白小鼠受損的胃組織從頭表達了先前在胚胎胃細胞的前體細胞中判定的卵白質標識表記標幟。

瑪麗-伊莎貝爾·加西亞，布魯塞爾自由年夜學的生物化學家，是最早發現胚胎發展基因從頭表達是再生過程主要部門的研究人員之一。圖片：Courtesy of Marie-IsabelleGarcia

比來，由哥本哈根年夜學分子生物學家基姆延森帶領的研究人員在腸道發炎的小鼠身上找到了撐持這一理論的證據。再生組織不僅表達了Sca-1標識表記標幟物和胚胎法式的其他特征，并且暗示來自細胞外基質的機械力包抄和撐持了t.HE細胞激活啟動修復的旌旗燈號通路。這些成果表白，當有炎癥或病變樣毀傷，它就像一個平安系統，而且從其發育期間就已經存在。

4、實際的房產問題

胚胎系統很快就成立了屬于本身的房地產，你只是想把風琴安插好：街道通標的目的哪里，電力管道通標的目的哪里，管道通標的目的哪里。在維修中，游戲的名字也是關于快速增添電池的數目，使它們盡可能矯捷靈活，最主要的是把傷口補好，并指出這是修復毀傷的最有用的方式。不管是在心臟病爆發后的心肌中仍是在嚴重燒傷后的皮膚中。若是能利用不昂貴的方式來籠蓋房地產，那么誰會在乎你是否用胚胎心臟細胞造心臟呢？

圖片：Lucy Reading-Ikkanda/Quanta Magazine

這種現象在生物學中一次又一次地發生。是以修復組織應該利用與最初構建組織不異的路子和模式。此刻似乎在哺乳動物的腸道中也發生了近似的工作。不幸的是，專家們認為癌癥是一種慢性炎癥疾病。當當作熟細胞恢復到像胚胎細胞那樣長命的增殖狀況時，它們獲得突變機遇就增添了。也許這些突變中的一個或多個最終可能導致細胞陷入其更多的胚胎修復模式，阻止它們分化回它們的特別身份，并導致腫瘤增殖掉控。

這個理論獲得了一些撐持：患有炎癥性腸病和某些類型的身體創傷患者患癌癥的風險增添。此刻研究再生或癌癥時代可以或許去分化的全身細胞專家明白發現挪用了更多的胎兒狀況來促進這個過程。圣路易斯華盛頓年夜學的生物學家詹森·米爾斯說：我認為它們沒有尋找胎兒標識表記標幟，但我敢賭博它們在那邊，我不認為任何之間都有聯系。

哥本哈根年夜學的分子生物學家金·詹森正在研究細胞在受到毀傷后若何從頭編程到胎兒狀況。圖片：University of Copenhagen, Biotech Research and Innovation Center

5、新的細胞過程

越接近胚胎狀況就有越多的細胞變得相似，是以可以經由過程檢測這一過程來找到再生或癌癥細胞標識表記標幟。米爾斯將其比作保守的細胞過程，若有絲割裂(細胞割裂)和凋亡(法式性細胞滅亡)。本著同樣的精力，同研究團隊們締造了一個詞來形容組織修復和癌癥中的去分化過程：“脂肪變性”或“回到生殖狀況”。本年2月頒發在《EMBO》上的一篇論文中，團隊概述了細胞若何經由過程看似保守的路徑序列，恢復到更原始、快速割裂的狀況。

胃中的胃本家兒細胞和胰腺中的當作熟腺泡細胞都在各自的組織中闡揚排泄功能，在毀傷后會發生近似的轉變：掉去不異的標識表記標幟，表達相似的基因，變得更小更像胚胎細胞。在這兩種環境下，細胞起首降低其分化特征，然后從頭分派其能量以撐持復制行為。到今朝為止本家兒要存眷細胞生物學以及每個細胞的布局和旌旗燈號機制，而不是胚胎細胞。研究團隊試圖更周全地描述唾液酸增多的過程時，洛克斯利的研究可以或許引領他們進步。