目前再生醫(yī)學(xué)研究可以通過組織工程與修復(fù)技術(shù)實(shí)現(xiàn)人體部分組織器官再生，設(shè)計(jì)細(xì)胞和組織生長成為健康的功能器官取代患病器官，引入新基因以對(duì)抗疾病，干細(xì)胞定向分化修復(fù)損傷組織器官等。多數(shù)情況下，再生醫(yī)學(xué)依賴于從零開始在體外構(gòu)建組織，利用細(xì)胞和生物材料，將其移植到宿主體內(nèi)，為構(gòu)建新的組織提供細(xì)胞來源，如最常見的干細(xì)胞移植治療策略[1]。

然而，這些策略存在一定的局限性，包括難以獲得高質(zhì)量足夠數(shù)量的自體來源細(xì)胞，無法進(jìn)行大規(guī)模臨床應(yīng)用；異體或異種細(xì)胞移植時(shí)，需要長期免疫抑制，這可能會(huì)降低治療效果；宿主狀態(tài)如高齡、持續(xù)慢性炎癥等不良微環(huán)境均可能影響宿主組織功能整合和移植效果。而隨著應(yīng)用精確操控內(nèi)源性組織微環(huán)境的微創(chuàng)方法，再生醫(yī)學(xué)有望迎來自體療法這一新的治療模式。

自體療法利用干細(xì)胞和發(fā)育生物學(xué)、免疫學(xué)、細(xì)胞重編程、生物工程、材料科學(xué)、藥物傳遞和成像工具的新技術(shù)，強(qiáng)調(diào)誘導(dǎo)最佳內(nèi)源性組織愈合和再生。同時(shí)，需要外源性干預(yù)參與調(diào)節(jié)患者疾病組織的微環(huán)境狀態(tài)，優(yōu)化促再生策略[2]。自體療法不應(yīng)與組織工程和再生醫(yī)學(xué)分開看待，事實(shí)上，它們是該領(lǐng)域不可分割的一部分，需考慮多系統(tǒng)相互作用。雖然精確控制活體內(nèi)環(huán)境的能力還處于初級(jí)階段，但隨著自體療法研究的不斷深入，對(duì)于內(nèi)源性組織愈合和再生機(jī)制更加清楚，可以為再生醫(yī)學(xué)治療提供有力的策略[3]。

一、不單獨(dú)依賴干細(xì)胞治療的干細(xì)胞龕（微環(huán)境）在自體治療中的作用

控制干細(xì)胞微環(huán)境的機(jī)制十分復(fù)雜[4]。成功的自體療法取決兩點(diǎn)，第一，揭示干細(xì)胞微環(huán)境控制的機(jī)制，并確定其多個(gè)節(jié)點(diǎn)的組織層次；第二，開發(fā)針對(duì)性干預(yù)這些節(jié)點(diǎn)的方法，優(yōu)化內(nèi)源性愈合和再生。

出生后哺乳動(dòng)物組織和器官的再生能力差異很大，成人小腸上皮和口腔黏膜可以周而復(fù)始的再生，而大腦和心臟的再生能力卻很低[5]。皮膚和口腔黏膜的愈合能力強(qiáng)，研究發(fā)現(xiàn)在口腔和皮膚角質(zhì)形成細(xì)胞中表達(dá)的一組轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)因子，使口腔黏膜具有良好的傷口愈合能力[6]。雖然不同組織再生能力差異的具體機(jī)制尚不清楚，但已知這是由干細(xì)胞的內(nèi)在機(jī)制和外在機(jī)制共同造成的。

目前認(rèn)為干細(xì)胞不是孤立地發(fā)揮作用，而是由信號(hào)生物分子、細(xì)胞-細(xì)胞相互作用、細(xì)胞外基質(zhì)和免疫細(xì)胞網(wǎng)絡(luò)相互作用的方式緊密協(xié)調(diào)，干細(xì)胞微環(huán)境負(fù)責(zé)調(diào)控干細(xì)胞的自我更新、分化、遷移、歸巢和存活[7]。此外，細(xì)胞外基質(zhì)在傷口愈合和再生中起著關(guān)鍵作用。

干細(xì)胞微環(huán)境的潛在作用機(jī)制各不相同，但在不同的微環(huán)境體系中有相關(guān)的類似機(jī)制。比如研究發(fā)現(xiàn)，Wnt、Notch和成纖維細(xì)胞生長因子在內(nèi)的幾種信號(hào)通路是干細(xì)胞微環(huán)境調(diào)節(jié)的主要節(jié)點(diǎn)，這些信號(hào)通路直接作用于干細(xì)胞以調(diào)節(jié)其功能。在小鼠腸道微環(huán)境中，緊鄰腸道隱窩干細(xì)胞的潘氏細(xì)胞分泌的Wnt3 直接轉(zhuǎn)移到鄰近的干細(xì)胞中，以控制它們的自我更新、增殖和分化[8]。此外，體外實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)在發(fā)育過程中，Notch 信號(hào)在肺干細(xì)胞的自我更新和分化中起關(guān)鍵作用，能夠調(diào)節(jié)和促進(jìn)受輻射損傷的肺干細(xì)胞的存活[9]。另有研究發(fā)現(xiàn)在不斷生長的成年小鼠切牙中，注射抗Notch 通路抗體會(huì)導(dǎo)致牙釉質(zhì)形成缺陷[10]。因此，考慮到微環(huán)境強(qiáng)大的功能效應(yīng)，以時(shí)空方式操縱這些信號(hào)通路，可能是一種理想的促進(jìn)內(nèi)源性愈合和再生的自體治療策略。

（一）細(xì)胞外基質(zhì)：微環(huán)境的結(jié)構(gòu)信號(hào)組織者

細(xì)胞外基質(zhì)傳遞細(xì)胞與其微環(huán)境之間的各種生物信息。哺乳動(dòng)物骨骼肌中信號(hào)傳導(dǎo)途徑如下：衛(wèi)星細(xì)胞-特異性的組織-小型多能干細(xì)胞，共同存在于由蛋白多糖、Ⅳ型膠原、層粘連蛋白和其他細(xì)胞外基質(zhì)組成的三維細(xì)胞外基質(zhì)微環(huán)境中[11]。當(dāng)衛(wèi)星細(xì)胞與細(xì)胞外基質(zhì)和鄰近的衛(wèi)星細(xì)胞接觸時(shí)，它們會(huì)保持靜止?fàn)顟B(tài)，這種現(xiàn)象可以通過體外與工程肌纖維結(jié)合，在人工細(xì)胞外基質(zhì)上的小鼠及人衛(wèi)星細(xì)胞上重現(xiàn)[12]。然而，當(dāng)正常組織結(jié)構(gòu)被外傷等再生刺激破壞時(shí)，將產(chǎn)生生物力學(xué)信號(hào)，促使衛(wèi)星細(xì)胞從靜止?fàn)顟B(tài)過渡到活化狀態(tài)，動(dòng)員它們?cè)偕Ｔ诜肿铀缴?，?duì)小鼠肌源性細(xì)胞系MM14的體外研究表明，絲裂原活化蛋白激酶介導(dǎo)的信號(hào)控制靜止衛(wèi)星細(xì)胞活化和啟動(dòng)細(xì)胞周期，這種普遍存在的級(jí)聯(lián)作用是骨骼肌細(xì)胞靜止和再生之間的一種轉(zhuǎn)換[13]。人工細(xì)胞外基質(zhì)特性如剛度和彈性，是控制干細(xì)胞自我更新、分化和命運(yùn)的微環(huán)境參數(shù)。這些特性在慢性纖維化狀態(tài)中發(fā)揮關(guān)鍵作用，通過過度產(chǎn)生、沉積和積累具有病理僵硬力學(xué)特性的細(xì)胞外基質(zhì)來干擾再生[14]。

（二）神經(jīng)、血管和免疫系統(tǒng)在干細(xì)胞微環(huán)境中的作用

組織內(nèi)神經(jīng)細(xì)胞介導(dǎo)的信號(hào)參與調(diào)控再生，遺傳譜系追蹤顯示，經(jīng)照射后小鼠唾液腺中表達(dá)轉(zhuǎn)錄因子SOX-2的干細(xì)胞群的重組依賴于副交感神經(jīng)支配，副交感神經(jīng)元的激活劑可以替代恢復(fù)唾液腺功能所需的神經(jīng)[15]。此外，大量研究證實(shí)在不同組織系統(tǒng)中，血管細(xì)胞有促進(jìn)組織再生的積極作用[16]。在毒素誘導(dǎo)的脫髓鞘小鼠模型中，血管周圍細(xì)胞能夠刺激中樞神經(jīng)系統(tǒng)少突膠質(zhì)前體細(xì)胞分化[17]。內(nèi)皮細(xì)胞通過血管生成素-2的作用，在小鼠肝臟再生的不同階段以時(shí)空方式協(xié)調(diào)肝細(xì)胞增殖[18]。

此外，免疫系統(tǒng)在控制干細(xì)胞微環(huán)境方面也發(fā)揮至關(guān)重要的作用。盡管炎癥反應(yīng)會(huì)嚴(yán)重影響組織愈合，但最新研究表明免疫系統(tǒng)與干細(xì)胞微環(huán)境存在更為直接的相互作用。小鼠腸道干細(xì)胞微環(huán)境中存在大量巨噬細(xì)胞，巨噬細(xì)胞的耗竭會(huì)破壞微環(huán)境的平衡，并影響腸道干細(xì)胞和附屬細(xì)胞的分化，這表明腸道干細(xì)胞微環(huán)境的維持需要巨噬細(xì)胞[19]。同時(shí)，研究人員證實(shí)巨噬細(xì)胞在小鼠骨化愈合模型骨化后期的重要作用，這與巨噬細(xì)胞在炎癥消退中的作用不同[20]。同樣在小鼠乳腺干細(xì)胞系統(tǒng)中，巨噬細(xì)胞是干細(xì)胞微環(huán)境的重要功能元件，其結(jié)合Notch和Wnt 信號(hào)通路傳導(dǎo)[21]。

深入研究免疫系統(tǒng)在干細(xì)胞微環(huán)境中的作用，對(duì)自體療法等參與的再生醫(yī)學(xué)發(fā)展具有重要意義。Ballestas 等[22]最新研究使用免疫調(diào)節(jié)自體療法改善大鼠硬腭黏膜傷口愈合，同樣說明了免疫調(diào)節(jié)在自體療法中的重要性。如上所述，兩棲動(dòng)物具有優(yōu)越的再生能力，并且已經(jīng)認(rèn)識(shí)到它們對(duì)損傷免疫應(yīng)答的特定特征，至少能夠部分解釋這種再生多個(gè)器官的能力，從而提供了制定人類再生療法的潛在線索[23]。

二、重建組織的再生微環(huán)境模式化

在設(shè)計(jì)實(shí)用的組織再生療法（包括自體療法）時(shí)，應(yīng)考慮將它們用于治療患有慢性疾病、炎癥、感染疾病相關(guān)組織破壞的患者。然而，目前可用于組織再生療法的相關(guān)動(dòng)物模型并不多。這也是組織再生療法動(dòng)物研究與臨床研究結(jié)果不一致的重要原因之一。人體再生療法的潛在療效可能會(huì)因持續(xù)的組織破壞而減少甚至消除。在人類疾病的背景下，單獨(dú)優(yōu)化再生可能是不夠的，因?yàn)樾聵?gòu)建的組織可能被“不友好”宿主的環(huán)境破壞。因此，自體療法的重點(diǎn)應(yīng)該是將病變組織的微環(huán)境模式轉(zhuǎn)化為允許組織再生的生殖狀態(tài)。

重建再生模式涉及組織的多種微環(huán)境，包括免疫系統(tǒng)、細(xì)胞代謝、氧合張力和微生物組等，均為調(diào)節(jié)組織微環(huán)境提供了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)[24-25]。調(diào)節(jié)組織微環(huán)境將有助于模擬真實(shí)疾病狀態(tài)的動(dòng)物模型，重現(xiàn)人類疾病的復(fù)雜性，以驗(yàn)證組織的再生策略。比如可以使用老年、免疫系統(tǒng)或微生物群受損的動(dòng)物構(gòu)建模型。

另外，值得強(qiáng)調(diào)的是一系列特異性促炎癥消退介質(zhì)（specialized pro-resolving mediators，SPMs），例如脂氧素、消退素、保護(hù)素和Maresins 等廣泛參與重建組織微環(huán)境模式。如SPMs是由w-3多不飽和脂肪酸酶促轉(zhuǎn)化生成，是強(qiáng)大的炎癥抑制劑、炎癥消退促進(jìn)劑、細(xì)胞遷移介質(zhì)、清除感染和預(yù)防再感染的介質(zhì)[26]。盡管SPMs 在再生醫(yī)學(xué)方面功能仍然知之甚少，但它可能直接控制參與干細(xì)胞的增殖和分化。鑒于其廣泛的組織調(diào)節(jié)特性，預(yù)處理介質(zhì)可能是自體療法的理想目標(biāo)。例如，利用由紫外線殺滅的大腸桿菌誘導(dǎo)的人皮膚炎癥模型，在大腸細(xì)菌注射后4 h 將SPMs 施用到發(fā)炎的皮膚上，與未處理組比較，SPMs 治療組中性粒細(xì)胞清除率明顯提高[27]。此外，一些嚙齒動(dòng)物體內(nèi)和體外的研究表明，SPMs 可能具有治療非酒精性脂肪性肝炎相關(guān)的炎癥和纖維化的潛力[28]。在小鼠中，抗生素引起的口腔微生物紊亂導(dǎo)致牙齦間充質(zhì)干細(xì)胞介導(dǎo)的組織修復(fù)缺陷[29]。這些研究均提示微生物組調(diào)節(jié)工具可能會(huì)開發(fā)出新的自體療法，促進(jìn)炎癥消退、組織愈合和再生。

三、打破細(xì)胞身份之間的障礙：基于遺傳和表觀遺傳譜系重組的自體治療

發(fā)育譜系通常在組織損傷情況下發(fā)生轉(zhuǎn)換。利用譜系轉(zhuǎn)換獲得所需細(xì)胞的想法值得考慮，特別是對(duì)具有較差內(nèi)源再生能力的組織如胰腺、腦、心臟和牙齒，控制誘導(dǎo)體內(nèi)譜系轉(zhuǎn)換，也稱為直接譜系重編程，是指允許細(xì)胞從一種分化狀態(tài)轉(zhuǎn)移到另一種分化狀態(tài)，這并不是一個(gè)新想法，但截止目前這種嘗試一直受到人為和結(jié)果不可重復(fù)的困擾[30-31]。

組織損傷時(shí)再生通常與細(xì)胞命運(yùn)的可塑性有關(guān)，這種可塑性常常創(chuàng)造出替代策略來恢復(fù)受損或丟失的細(xì)胞，或者細(xì)胞命運(yùn)的可塑性也是伴隨疾病病理組織轉(zhuǎn)化的一部分[32]。由于神經(jīng)干細(xì)胞具有明顯的發(fā)育可塑性，在注射到受照射的小鼠宿主時(shí)可以自發(fā)地產(chǎn)生多種細(xì)胞類型[33]。然而，對(duì)這一發(fā)現(xiàn)很多人存在質(zhì)疑。盡管早期研究工作存在困難，但隨著決定細(xì)胞命運(yùn)的分子機(jī)制和轉(zhuǎn)錄網(wǎng)絡(luò)的研究進(jìn)展，進(jìn)一步推動(dòng)新的研究，在這一領(lǐng)域建立基因和維持細(xì)胞身份重新引起人們的興趣。研究發(fā)現(xiàn)完全重編程，導(dǎo)致分化細(xì)胞產(chǎn)生誘導(dǎo)多能干細(xì)胞，用于臨床再生治療、藥物開發(fā)等[34]。轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)因子的組合可以彌補(bǔ)細(xì)胞類型之間的發(fā)育障礙，如何增強(qiáng)細(xì)胞內(nèi)源可塑性以促進(jìn)再生和逆轉(zhuǎn)病理狀態(tài)，激發(fā)了研究人員對(duì)細(xì)胞命運(yùn)調(diào)控自體療法的興趣。

四、如何使自體療法成為現(xiàn)實(shí)：工具和技術(shù)

過去十年生物學(xué)和工程學(xué)方面的進(jìn)步為體內(nèi)控制干細(xì)胞及其微環(huán)境帶來了重大進(jìn)展。這一進(jìn)步很大程度歸結(jié)于新型生物材料的出現(xiàn)，這些生物材料從靜態(tài)結(jié)構(gòu)和機(jī)械單元演變?yōu)榫哂刑囟ɑ瘜W(xué)和物理特性的動(dòng)態(tài)元素，使其能夠在體內(nèi)發(fā)揮細(xì)胞調(diào)節(jié)功能。這些新特性可以通過多種方法實(shí)現(xiàn)。如聚合物支架的共價(jià)修飾可以控制支架材料在數(shù)周至數(shù)月時(shí)間內(nèi)降解，以促進(jìn)再生細(xì)胞整合到天然宿主組織中。用特定肽進(jìn)行的支架功能化可以改變細(xì)胞黏附和遷移，指導(dǎo)特定的細(xì)胞間相互作用。其他有前景的工具包括用于刺激骨骼肌或心肌和其他電活性組織的導(dǎo)電生物材料，形狀記憶聚合物能夠可逆地成形和重塑，超分子生物材料構(gòu)建塊自組裝模塊如肽模擬天然的細(xì)胞外基質(zhì)。此外，現(xiàn)代材料制造技術(shù)如靜電紡絲和3D 打印技術(shù)，可以生產(chǎn)具有預(yù)先設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)特性的生物材料，用于將生物分子輸送到特定組織[35-37]。如上所述，需要這些類型的功能材料實(shí)現(xiàn)有效的自體治療。

成功的組織再生需要正常的炎癥微環(huán)境和組織巨噬細(xì)胞從促炎癥到促生殖表型的轉(zhuǎn)換。一組研究提供了再生創(chuàng)造性組織微環(huán)境的例子，在該研究中，應(yīng)用鼠耳軟骨沖擊傷模型，通過阻止脯氨酰羥化酶介導(dǎo)的低氧誘導(dǎo)因子1α的降解，可以在通常不再生的Swiss Webster 小鼠中誘導(dǎo)耳軟骨再生[37]。實(shí)際上，在水凝膠支架的上皮下注射脯氨酰羥化酶抑制劑，控制化合物在4～10 d 內(nèi)釋放，穩(wěn)定低氧誘導(dǎo)因子1α 水平，并誘導(dǎo)動(dòng)物的傷口愈合和再生。骨骼肌可在受傷后再生，但嚴(yán)重的損傷往往不能再生，而導(dǎo)致疤痕形成和功能喪失。因?yàn)楣趋兰『托l(wèi)星干細(xì)胞對(duì)生物力較敏感，研究人員檢測(cè)是否對(duì)受傷的肌肉施加機(jī)械壓迫可促進(jìn)其功能再生，他們利用磁響應(yīng)生物材料，能夠響應(yīng)外部磁體而快速激活，以對(duì)組織施加機(jī)械力[38]。當(dāng)植入通常不易愈合的受損脛骨前肌小鼠模型時(shí)，活化的生物材料促進(jìn)功能性肌肉再生。

目前研究結(jié)果已經(jīng)提示自體療法將成為人體組織愈合和再生的首選策略，并且這一過程將基礎(chǔ)科學(xué)的進(jìn)步與工具和技術(shù)相結(jié)合，從而操控組織微環(huán)境以重建結(jié)構(gòu)功能狀態(tài)。通過增強(qiáng)內(nèi)源性組織愈合和再生，自體療法不依賴于外源性細(xì)胞操作，克服基于細(xì)胞治療方法的一些局限性。但自體療法可能會(huì)帶來其他安全問題，例如，靶向技術(shù)的特異性、潛在毒性和致瘤性。著眼未來的發(fā)展，美國國立衛(wèi)生研究院國家牙科和顱面研究所選擇自體療法作為2030年戰(zhàn)略規(guī)劃工作的重點(diǎn)領(lǐng)域。

盡管在過去幾十年中，可預(yù)測(cè)地指導(dǎo)、控制和監(jiān)測(cè)體內(nèi)細(xì)胞和生物材料已經(jīng)取得了重大進(jìn)展，但基礎(chǔ)科學(xué)的發(fā)展將是使自體療法轉(zhuǎn)化為臨床實(shí)踐的關(guān)鍵因素。某些類型的自體療法轉(zhuǎn)化速度會(huì)相對(duì)較快，可以設(shè)想智能生物分子傳遞系統(tǒng)以嚴(yán)格控制的預(yù)定動(dòng)力學(xué)釋放其有效負(fù)載，通過向它們提供作為微環(huán)境控制的主要節(jié)點(diǎn)來重建受損干細(xì)胞的功能，但大多數(shù)研究轉(zhuǎn)化速度不會(huì)更快。應(yīng)用各種介質(zhì)來克服慢性炎癥和增強(qiáng)組織再生可能是另一種快速發(fā)展的自體療法。總之，由于自體療法包含了植根于不同科學(xué)和技術(shù)領(lǐng)域的各種干預(yù)措施，需要跨學(xué)科研究者努力整合不同學(xué)科專業(yè)知識(shí)。最有效的個(gè)性化療法將來自于將自體療法內(nèi)容，如微環(huán)境調(diào)節(jié)，炎癥（感染）消退和譜系重編程，與特定患者的疾病特異性結(jié)合起來。在這方面，系統(tǒng)生物學(xué)，數(shù)據(jù)科學(xué)和計(jì)算建模可以提供用于優(yōu)化自體治療策略的必要工具。