再生可分為生理性再生及病理性再生。生理性再生是指在生理過程中,有些細(xì)胞、組織不斷老化、消耗,由新生的同種細(xì)胞不斷補(bǔ)充,始終保持著原有的結(jié)構(gòu)和功能,維持著機(jī)體的完整與穩(wěn)定。例如,表皮的表層角化細(xì)胞經(jīng)常脫落,而表皮的基底細(xì)胞不斷地增生、分化,予以補(bǔ)充;消化道粘膜上皮約1~2天就更新一次;子宮內(nèi)膜周期性脫落,又由基底部細(xì)胞增生加以恢復(fù);紅細(xì)胞平均壽命為120天,白細(xì)胞的壽命長短不一,短的如中性粒細(xì)胞,只存活1~3天,因此不斷地從淋巴造血器官輸出大量新生的細(xì)胞進(jìn)行補(bǔ)充。本章乃指病理狀態(tài)下細(xì)胞、組織缺損后發(fā)生的再生,稱為病理性再生。
各種組織有不同的再生能力,這是在動物長期進(jìn)化過程中形成的。一般說來,低等動物組織的再生能力比高等動物強(qiáng),分化低的組織比分化高的組織再生能力強(qiáng),平常容易遭受損傷的組織以及在生理?xiàng)l件下經(jīng)常更新的組織,有較強(qiáng)的再生能力。反之,則再生能力較弱或缺乏。按再生能力的強(qiáng)弱,可將人體組織細(xì)胞分為三類。
1.不穩(wěn)定細(xì)胞(labile cells) 這類細(xì)胞總在不斷地增殖,以代替衰亡或破壞的細(xì)胞,如表皮細(xì)胞、呼吸道和消化道粘膜被覆細(xì)胞、男性及女性生殖器官管腔的被覆細(xì)胞、淋巴及造血細(xì)胞、間皮細(xì)胞等。這些細(xì)胞的再生能力相當(dāng)強(qiáng)。
2.穩(wěn)定細(xì)胞(stable cells) 在生理情況下,這類細(xì)胞增殖現(xiàn)象不明顯,似乎在細(xì)胞增殖周期中處于靜止期(G0),但受到組織損傷的刺激時(shí),則進(jìn)入DNA合成前期(G1),表現(xiàn)出較強(qiáng)的再生能力。這類細(xì)胞包括各種腺體或腺樣器官的實(shí)質(zhì)細(xì)胞,如肝、胰、涎腺、內(nèi)分泌腺、汗腺、皮脂腺和腎小管的上皮細(xì)胞等;還包括原始的間葉細(xì)胞及其分化出來的各種細(xì)胞。它們不僅有強(qiáng)的再生能力,而且原始間葉細(xì)胞還有很強(qiáng)的分化能力,可向許多特異的間葉細(xì)胞分化。例如骨折愈合時(shí),間葉細(xì)胞增生,并向軟骨母細(xì)胞及骨母細(xì)胞分化;平滑肌細(xì)胞也屬于穩(wěn)定細(xì)胞,但一般情況下其再生能力弱。
3.永久性細(xì)胞(permanent cells) 屬于這類的細(xì)胞有神經(jīng)細(xì)胞、骨骼肌細(xì)胞及心肌細(xì)胞。不論中樞神經(jīng)細(xì)胞及周圍神經(jīng)的神經(jīng)節(jié)細(xì)胞,在出生后都不能分裂增生,一旦遭受破壞則成為永久性缺失。但這不包括神經(jīng)纖維,在神經(jīng)細(xì)胞存活的前提下,受損的神經(jīng)纖維有著活躍的再生能力。心肌和橫紋肌細(xì)胞雖然有微弱的再生能力,但對于損傷后的修復(fù)幾乎沒有意義,基本上通過瘢痕修復(fù)。
(一)上皮組織的再生
1.被覆上皮再生 鱗狀上皮缺損時(shí),由創(chuàng)緣或底部的基底層細(xì)胞分裂增生,向缺損中心遷移,先形成單層上皮,以后增生分化為鱗狀上皮。粘膜如胃腸粘膜上皮缺損后,同樣也由鄰近的基底部細(xì)胞分裂增生來修補(bǔ),新生的上皮細(xì)胞起初為立方形,以后增高變?yōu)橹鶢罴?xì)胞。
2.腺上皮再生腺上皮雖有較強(qiáng)的再生力,但再生的情況依損傷的狀態(tài)而異:如果僅有腺上皮的缺損而腺體的基底膜未被破壞,可由殘存細(xì)胞分裂補(bǔ)充,完全恢復(fù)原來腺體結(jié)構(gòu)。如腺體構(gòu)造(包括基底膜)被完全破壞,則難以再生。構(gòu)造比較簡單的腺體如子宮腺、腸腺等可從殘留部細(xì)胞再生。肝細(xì)胞有活躍的再生力,肝再生可分為三種情況:①m.52667788.cn/shiti/肝大部分切除后,剩余的肝細(xì)胞分裂增生十分活躍,短期內(nèi)就能使肝恢復(fù)原來的大小。例如大白鼠肝切除90%后,只需2周就可恢復(fù)原肝的重量,不過以后要經(jīng)過較長時(shí)間的結(jié)構(gòu)改建,形成新的肝小葉,才能恢復(fù)原結(jié)構(gòu)。②肝細(xì)胞壞死時(shí),不認(rèn)范圍大小,只要肝小葉網(wǎng)狀支架完整,從肝小葉周邊區(qū)再生的肝細(xì)胞可沿支架延伸,恢復(fù)正常結(jié)構(gòu)。③肝細(xì)胞壞死較廣泛,肝小葉網(wǎng)狀支架塌陷,網(wǎng)狀纖維轉(zhuǎn)化為膠原纖維(網(wǎng)狀纖維膠原化),或者由于肝細(xì)胞反復(fù)壞死及炎癥刺激,纖維組織大量增生,形成肝小葉內(nèi)間隔,此時(shí)再生肝細(xì)胞難以恢復(fù)原來小葉結(jié)構(gòu),成為結(jié)構(gòu)紊亂的肝細(xì)胞團(tuán),例如肝硬變時(shí)的再生結(jié)節(jié)。
(二)纖維組織的再生
在損傷的刺激下,受損處的纖維母細(xì)胞進(jìn)行分裂、增生。纖維母細(xì)胞可由靜止?fàn)顟B(tài)的纖維細(xì)胞轉(zhuǎn)變而來,或由未分化的間葉細(xì)胞分化而來。幼稚的纖維母細(xì)胞胞體大,兩端常有突起,突起亦可呈星狀,胞漿略顯嗜堿性。電鏡下,可見胞漿內(nèi)有豐富的粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)及核蛋白體,說明其合成蛋白的功能很活躍;胞核體積大,染色淡,有1~2個核仁。當(dāng)纖維母細(xì)胞停止分裂后,開始合成并分泌前膠原蛋白,在細(xì)胞周圍形成膠原纖維,細(xì)胞逐漸成熟,變成長梭形,胞漿越來越少,核越來越深染,成為纖維細(xì)胞(圖2-1)。
圖2-1 纖維母細(xì)胞產(chǎn)生膠原纖維并轉(zhuǎn)化為纖維細(xì)胞模式圖
(三)軟骨組織和骨組織的再生
軟骨組織再生起始于軟骨膜的增生,這些增生的幼稚細(xì)胞形似纖維母細(xì)胞,以后逐漸變?yōu)檐浌悄讣?xì)胞,并形成軟骨基質(zhì),細(xì)胞被埋在軟骨陷窩內(nèi)而變?yōu)殪o止的軟骨細(xì)胞。軟骨再生力弱,軟骨組織缺損較大時(shí)由纖維組織參與修補(bǔ)。
骨組織再生力強(qiáng),骨折后可完全修復(fù)。
(四)血管的再生
1.血管的再生 毛細(xì)血管多以生芽方式再生。首先在蛋白分解酶作用下基底膜分解,該處內(nèi)皮細(xì)胞分裂增生形成突起的幼芽,隨著內(nèi)皮細(xì)胞向前移動及后續(xù)細(xì)胞的增生而形成一條細(xì)胞索,數(shù)小時(shí)后便可出現(xiàn)管腔,形成新生的毛細(xì)血管,進(jìn)而彼此吻合構(gòu)成毛細(xì)血管網(wǎng)(圖2-2)。增生的內(nèi)皮細(xì)胞分化成熟時(shí)還分泌IV型膠原、層粘連蛋白和纖維粘連蛋白,形成基底膜的基板。纖維母細(xì)胞分泌Ⅲ型膠原及基質(zhì),組成基底膜的網(wǎng)板,本身則成為周細(xì)胞(即血管外膜細(xì)胞)。至此毛細(xì)血管的結(jié)構(gòu)逐告完成。新生的毛細(xì)血管基底膜不完整,內(nèi)皮細(xì)胞間空隙較多較大,故通透性較高。為適應(yīng)功能的需要,這些毛細(xì)血管還會不斷改建:有的管壁增厚發(fā)展為小動脈、小靜脈,其平滑肌等成分可能由血管外未分化間葉細(xì)胞分化而來。
2.大血管的修復(fù) 大血管離斷后需的手術(shù)吻合,吻合處兩側(cè)內(nèi)皮細(xì)胞分裂增生,互相連接,恢復(fù)原來內(nèi)膜結(jié)構(gòu)。但離斷的肌層不易完全再生,而由結(jié)締組織增生連接,形成瘢痕修復(fù)。
圖2-2 毛細(xì)血管再生模式圖
1.基底膜分解,內(nèi)皮細(xì)胞肥大、增生,形成幼芽
2.內(nèi)皮細(xì)胞向前移動,其后的內(nèi)皮細(xì)胞分裂增生,靠近血管處的內(nèi)皮細(xì)胞先分化成熟,并有新的基底膜形成
(五) 肌組織的再生
肌組織的再生能力很弱。橫紋肌的再生依肌膜是否存在及肌纖維是否完全斷裂而有所不同。橫紋肌細(xì)胞是一個多核的長細(xì)胞,可長達(dá)4cm ,核可多達(dá)數(shù)十乃至數(shù)百個,損傷不太重而肌膜未被破壞時(shí),肌原纖維僅部分發(fā)生壞死,此時(shí)中性粒細(xì)胞及巨噬細(xì)胞進(jìn)入該部吞噬清除壞死物質(zhì),殘存部分肌細(xì)胞分裂,產(chǎn)生肌漿,分化出肌原纖維,從而恢復(fù)正常橫紋肌的結(jié)構(gòu);如果肌纖維完全斷開,斷端肌漿增多,也可有肌原纖維的新生,使斷端膨大如花蕾樣。但這時(shí)肌纖維斷端不能直接連接,而靠纖維瘢痕愈合。愈合后的肌纖維仍可以收縮,加強(qiáng)鍛煉后可以恢復(fù)功能;如果整個肌纖維(包括肌膜)均破壞,則難以再生,而通過瘢痕修復(fù)。
平滑肌也有一定的分裂再生能力,前面已提到小動脈的再生中就有平滑肌的再生,但是斷開的腸管或是較大血管經(jīng)手術(shù)吻合后,斷處的平滑肌主要通過纖維瘢痕連接。
心肌再生能力極弱,破壞后一般都是瘢痕修復(fù)。
(六)神經(jīng)組織的再生
腦及脊髓內(nèi)的神經(jīng)細(xì)胞破壞后不能再生,由神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞及其纖維修補(bǔ),形成膠質(zhì)瘢痕。外周神經(jīng)受損時(shí),如果與其相連的神經(jīng)細(xì)胞仍然存活,則可完全再生。首先,斷處遠(yuǎn)側(cè)段的神經(jīng)纖維髓鞘及軸突崩解,并被吸收;近側(cè)段的數(shù)個Ranvier節(jié)神經(jīng)纖維也發(fā)生同樣變化。然后由兩端的神經(jīng)鞘細(xì)胞增生,形成帶狀的合體細(xì)胞,將斷端連接。近端軸突以每天約1mm的速度逐漸向遠(yuǎn)端生長,穿過神經(jīng)鞘細(xì)胞帶,最后達(dá)到末梢鞘細(xì)胞,鞘細(xì)胞產(chǎn)生髓磷脂將軸索包繞形成髓鞘(圖2-3)。此再生過程常需數(shù)月以上才能完成。若斷離的兩端相隔太遠(yuǎn)(超過2.5cm時(shí)),或者兩端之間有瘢痕或其它組織阻隔,或者因截肢失去遠(yuǎn)端,再生軸突均不能達(dá)到遠(yuǎn)端,而與增生的結(jié)締組織混合在一起,卷曲成團(tuán),成為創(chuàng)傷性神經(jīng)瘤(截肢神經(jīng)瘤),可發(fā)生頑固性疼痛。為防止上述情況發(fā)生,臨床常施行神經(jīng)吻合術(shù)或?qū)刂窠?jīng)斷端作適當(dāng)處理。
圖2-3 神經(jīng)纖維再生模式圖
①正常神經(jīng)纖維、谏窠(jīng)纖維斷離,遠(yuǎn)端及近端的一部分髓鞘及軸突崩解③神經(jīng)膜細(xì)胞增生,軸突生長 ④神經(jīng)軸突達(dá)末梢,多余部分消失
就單個細(xì)胞而言,細(xì)胞增殖是受基因控制的,細(xì)胞周期出現(xiàn)的一系列變化是基因活化與表達(dá)的結(jié)果,已知的有關(guān)基因包括癌基因(oncogene)及細(xì)胞分裂周期基因(cell division cycle gene)。然而機(jī)體是由多細(xì)胞組成的極其復(fù)雜的統(tǒng)一體。部分細(xì)胞、組織喪失引起細(xì)胞再生予以修復(fù),修復(fù)完后成再生便停止,可見機(jī)體存在著刺激再生與抑制再生兩種機(jī)制,兩者處于動態(tài)平衡。刺激再生的機(jī)制增強(qiáng)或抑制再生的機(jī)制減弱,則促進(jìn)再生,否則再生受抑。目前已知短距離調(diào)控細(xì)胞再生的重要因素包括以下三方面。
1.細(xì)胞與細(xì)胞之間的作用 細(xì)胞在生長過程中,如果細(xì)胞相互接觸,則生長停止,這種現(xiàn)象稱為生長的接觸抑制。細(xì)胞間的縫隙連接(可能還有橋粒)也許參與了接觸抑制的調(diào)控。腫瘤細(xì)胞喪失了接觸抑制特性。
2.細(xì)胞外基質(zhì)對細(xì)胞增殖的作用 實(shí)驗(yàn)證明,正常細(xì)胞只有粘著于適當(dāng)?shù)幕|(zhì)才能生長,脫離了基質(zhì)則很快停止于G1或G0期;|(zhì)各種成分對不同細(xì)胞的增殖有不同的作用,如層粘連蛋白可促進(jìn)上皮細(xì)胞增殖,抑制纖維母細(xì)胞的增殖,而纖維粘連蛋白的作用則正好相反。組織中層粘連蛋白與纖維粘連蛋白的相對比值可能對維持上皮細(xì)胞與間質(zhì)細(xì)胞之間的平衡有一定的作用。
3.生長因子及生長抑素的作用 近年來分離出許多因子,乃某些細(xì)胞分泌的多肽類物質(zhì),能特異性地與某些細(xì)胞膜上的受體結(jié)合,激活細(xì)胞內(nèi)某些酶,引起一系列的連鎖反應(yīng),從而調(diào)節(jié)細(xì)胞生長、分化。能刺激細(xì)胞增殖的多肽稱為生長因子(cell growth factors),能抑制細(xì)胞增殖的則稱為抑素(chalon)。
目前已分離、純化出一些重要的生長因子,如①表皮生長因子(epidermal growth factor,EGF),對上皮細(xì)胞、纖維母細(xì)胞、膠質(zhì)細(xì)胞及平滑肌細(xì)胞都有促進(jìn)增殖的作用;②血小板源性生長因子(platelet derived growth factor,PDGF),來源于血小板α顆粒,在凝血過程中釋放,對纖維母細(xì)胞、平滑肌細(xì)胞及膠質(zhì)細(xì)胞的增生有促進(jìn)作用;③纖維母細(xì)胞生長因子(fibroblast growth FGF),能促進(jìn)多種間質(zhì)細(xì)胞增生及小血管再生;④轉(zhuǎn)化生長因子(transforming growth factor,TGF),最初從肉瘤病毒轉(zhuǎn)化的細(xì)胞培養(yǎng)基中分離出來,故名。其實(shí)許多正常細(xì)胞都分泌TGF。TGF-α與EGF在氨基酸序列方面有33%~44%同源,也可與EGF受體結(jié)合,故有相同作用。TGF-β能刺激間質(zhì)細(xì)胞增生;⑤許多細(xì)胞因子(cytokines)也是生長m.52667788.cn/shouyi/因子,例如白介素Ⅰ(IL-1)和腫瘤壞死因子(TNF)能刺激纖維母細(xì)胞的增殖及膠原合成,TNF還能刺激血管再生。此外還有許多生長因子,如造血細(xì)胞集落刺激因子、神經(jīng)生長因子、IL-2(T細(xì)胞生長因子)等,在此不贅述。
與生子因子相比,對抑素的了解甚少,至今還沒有一個抑素被純化和鑒定。抑素具有組織特異性,似乎任何組織都可產(chǎn)生一種抑素抑制本身的增殖。例如已分化的表皮細(xì)胞能分泌表皮抑素,抑制基底細(xì)胞增殖。當(dāng)皮膚受損使已分化的表皮細(xì)胞喪失時(shí),抑素分泌中止,基底細(xì)胞分裂增生,直到增生分化的細(xì)胞達(dá)到足夠數(shù)量和抑素達(dá)到足夠濃度為止。前面提到的TGF-β雖然對某些間質(zhì)細(xì)胞增殖起促進(jìn)作用,但對上皮細(xì)胞則是一種抑素。此外干擾素-α,前列腺素E2和肝素在組織培養(yǎng)中對纖維母細(xì)胞及平滑肌細(xì)胞的增生都有抑制作用。