眾所周知，許多無脊椎動物有著令人驚羨的再生能力，但再生并非是無脊椎動物的專利。譬如，蠑螈這種脊椎動物的再生能力就相當驚人。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)膜等結構。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物成為了再生醫(yī)學的良好模型。

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

研究表明，蠑螈等動物模型的組織再生涉及到多個復雜步驟，有多種不同來源的細胞參與。以四肢的再生為例，首先，傷口會以無疤痕的方式愈合；之后，未分化的細胞會表現(xiàn)出干細胞的特性，依照組織類型的不同，產(chǎn)生特定的再生功能；最后，這些成年動物會出現(xiàn)類似于胚胎發(fā)育的過程，實現(xiàn)四肢再生。

與兩棲類動物不同，哺乳動物的再生能力受到一定的限制。總體來看，只有處于發(fā)育早期，以及出生后不久的哺乳動物才具有較佳的再生能力，而成年動物組織的再生能力十分有限，會在傷口愈合的過程中形成疤痕，且?guī)懋惓５慕M織重建。少有的幾個例外是成年動物的骨骼肌、口腔粘膜、以及大部分肝臟。許多研究提示，成年動物再生能力的下降，可能與免疫系統(tǒng)的發(fā)育有關。

越來越多的研究表明，為了修復受損的部位，干細胞或局部的去分化細胞會與免疫系統(tǒng)、細胞外基質、可溶生長因子、以及細胞信號進行交流。而在胚胎與成人組織中，這些要素往往有著不同：比如說在胚胎里，細胞外基質中的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，在組織再生的過程中，干細胞起到了重要的作用。這類細胞經(jīng)過增殖和分化，發(fā)育成具有特定功能的成熟細胞系。根據(jù)其分化能力的不同，干細胞又能被分為兩類：第一類是多能干細胞（pluripotent stem cells，包括胚胎干細胞和誘導性多能干細胞），第二類是專能干細胞（multipotent stem cells）和單能干細胞（unipotent stem cells，也稱成體干細胞）。顧名思義，第二類干細胞的分化能力有限，但它們卻在組織再生中扮演了關鍵角色——組織內的內源干細胞，幾乎都是成體干細胞。它們在組織輕微受損后，可協(xié)助修復過程，幫助組織恢復正常功能。

在人體內，干細胞有分化成多類細胞的潛力，這包括了骨細胞、軟骨細胞、肌肉細胞、以及脂肪細胞。而根據(jù)來源的不同，間充質干細胞可以被劃分為幾種：來源于骨髓的干細胞具有移動到身體遠端的能力，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)造一個適合組織修復的微環(huán)境。因此，它在醫(yī)療上具有一定的潛力。舉例來說，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。

▲干細胞的信號通路（圖片來源：《Nature Reviews Materials》）

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

干細胞對人體組織產(chǎn)生修復作用。第一個例子是晶狀體的再生：在移除白內障后，晶狀體干細胞在合適的微環(huán)境下，能促進晶狀體再生；第二個例子是在肝臟中，被激活的干細胞能夠增殖、分化成膽管細胞和肝細胞；第三個例子是心臟的再生，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，就是心臟祖細胞（一類專能干細胞）在發(fā)揮作用。

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

具體來說，一個典型的干細胞微環(huán)境會包括細胞、細胞外基質、以及可溶性因子（如生長因子）。一般而言，這些適合干細胞的微環(huán)境深植于組織內部，以維持特定的氧氣、離子、生長因子、細胞因子、以及趨化因子的梯度。