摘要:哺乳动物其实偷偷藏着再生能力,科学家终于找到激活它的方法。不是移植干细胞,是用两种生长因子按顺序忽悠伤口细胞别长疤,改长新骨头新韧带。虽然长得不完美,但已经够让整个领域重新思考人生了。
老鼠脚趾截掉之后打两针就能长回骨头和关节,虽然长得不太像原装,但该有的结构全有了。关键是没移植任何干细胞,只靠两种生长因子按顺序忽悠伤口里的成纤维细胞改行干再生。这套操作证明了哺乳动物不是没再生能力,是再生程序被瘢痕愈合给屏蔽了。
再生能力在哺乳动物体内处于隐藏状态
说到再生,大家第一反应肯定是壁虎断尾、蝾螈长胳膊,或者死侍那张烂脸瞬间恢复如初。人类呢?切掉半个手指头,长出来的是个肉疙瘩,医学上管这叫瘢痕组织,说白了就是一块没啥用的补丁。科学家几百年来看见这现象,直接下结论说哺乳动物没这功能,进化的时候把再生技能点给砍了,换成更快愈合伤口防止感染的能力。听起来挺合理对吧,毕竟原始人要是割个口子还慢慢长,早被细菌干掉了。
但这个逻辑有个漏洞,漏洞大到能塞进一整条蝾螈腿。那就是哺乳动物在胚胎发育阶段其实能完美再生,胎儿时期切掉一块组织,人家能长回原样,绝不落疤。既然胚胎能干这事,说明基因里本来就有这套程序,只是长大之后不知道为啥默认关闭了。关闭不代表删除,就像你家路由器有5G频段,但你一直连的是2.4G,不能说路由器不支持5G。
德州农工大学那个研究团队就是顺着这个思路往下挖的。他们觉得哺乳动物不是没再生能力,而是正常愈合过程把再生路径给覆盖掉了。伤口一出现,成纤维细胞像打了鸡血一样冲上去堵洞,速度是快了,但堵完就完事了,根本没给再生留时间。你要是能把这帮细胞的节奏拖慢一点,或者说换个指令,说不定它们就能改走另一条路。
成纤维细胞具备分化为再生结构的潜力
成纤维细胞这名字听起来像什么实验室里的高级货,其实就是伤口现场最普通的工人。平时谁割破手指,就是它们疯狂分裂把伤口填平,然后转化成瘢痕组织把缺口补上。问题在于它们填完就变硬,没啥功能性,手指头少一截就是少一截,新长的那块摁上去跟摁木板似的没感觉。
但研究人员发现,同样的成纤维细胞在蝾螈体内会干完全不一样的事。它们会在伤口底下聚成一团叫芽基的结构,这玩意儿相当于一个3D打印机的原料池,能重新长出骨头、肌肉、神经、血管,而且排列得整整齐齐。同一个工种,两种活法,区别在哪?在于蝾螈的成纤维细胞没急着封口,而是先停下来等信号,等到了再生指令才开始干活。
人类成纤维细胞是不是也能这么干?以前科学界普遍认为不能,因为试过很多次,不管给什么生长因子,它们都只认死理,一门心思长疤。
但这次研究的操盘手Muneoka教授说了一句很硬的话:大家问错了问题。不是问怎么让细胞再生,而是问怎么让细胞别长疤。把长疤这个默认选项先干掉,再生选项自然就露出来了。
他们设计了一个时间差打法。先让伤口正常愈合,等表皮长好了、成纤维细胞已经到位开始干活的时候,再注射第一种生长因子FGF2。这个时候细胞正处于要不要继续长疤的决策节点,FGF2就像在旁边喊了一嗓子:别堵了,换个活法。结果细胞真的停下来了,还聚成了一个类似芽基的小团块。
两步生长因子处理触发关节和韧带再生
第一步搞定了细胞转型,第二步就是告诉它们该造什么。
团队等了几天之后注射第二种生长因子BMP2,这玩意儿在骨头发育里本来就是关键信号。注射之后,那群已经被FGF2忽悠住不造疤的成纤维细胞开始分化,有的变成软骨细胞,有的变成成骨细胞,还有的变成韧带纤维。几周之后,他们切开看,那块被切掉的区域竟然长出了骨头、关节面、还有连接用的韧带组织。
当然得说实话,长得不那么好看。新骨头和原来的骨头之间有明显接缝,关节面也没那么平滑,韧带粗细也不太均匀。但问题是,这些结构全都有了。不是说长了一坨钙化硬块,而是骨头上该有的皮质骨和松质骨它分了层,关节位置有滑膜样的东西,韧带方向也大致对。对于一个被切除的指节来说,这已经是从0到1的跨越。
他们做的动物模型是老鼠脚趾。老鼠脚趾结构跟人类手指有相似之处,都有指骨、关节囊、屈伸肌腱。切除末端指节之后,对照组的老鼠长了一团瘢痕,治疗组的老鼠在八周内长出了新的指节骨,虽然短了一截,但X光片上看得出骨皮质连续,关节间隙也清晰。这个结果放在再生医学领域算得上是地震级。
关键是他们没用任何外源干细胞。没有提取骨髓,没有分离脂肪间充质,更没有胚胎干细胞那些伦理争议大的操作。从头到尾就用了两种已经存在几十年的生长因子,只不过改变了给药顺序和时机。这说明一个很反常识的事:再生不需要你往里加新东西,需要的只是把旧东西的说明书翻出来重新读一遍。
位置再指定证明细胞具备重构能力
这次实验还有一个更劲爆的发现,叫位置再指定。听起来绕口,翻译成人话就是:本来应该长成A部位的细胞,被指令改造成了B部位的结构。在脚趾上切掉一块,让那里的成纤维细胞重新造出了关节结构,而关节不是随便哪段骨头都能形成的,需要骨端、软骨面、滑膜腔、韧带附着点这些特定空间排列。
细胞是怎么知道该造关节还是造骨干的?这个问题目前还没有完整答案,但研究团队测了基因表达,发现被FGF2+BMP2处理的细胞群体里,Hox基因的表达模式变了。Hox基因在胚胎发育期专门负责告诉细胞你在身体的哪个位置,脚趾和手指的Hox编码不一样。这意味着那些成纤维细胞不仅改变了分化方向,还重新读取了位置信息,按照正确的地图来盖楼。
Suva教授说了一句特别损的话,以前大家都觉得哺乳动物细胞是编程编死的,现在发现它们压根没死,只是屏幕黑了。你按对了键,它就亮回来了。这个比喻放在这里非常贴切,因为细胞确实还保留着发育期的那套位置感应系统,只不过成年之后信号被瘢痕愈合完全压制了。
他们还做了一个对照实验,在老鼠脚趾的非截肢部位注射同样的生长因子组合,结果啥也没发生。说明再生信号不是随便打哪都管用,必须得有伤口带来的组织缺损和炎症环境作为背景。伤口就像按下了那个唤醒键,生长因子决定的是唤醒之后执行哪套程序。
再生成功依赖多重通路协同运作
整个过程中最复杂的不是打了哪两种因子,而是它们背后串起来的一连串分子开关。
FGF2注射之后,细胞里的ERK信号通路被激活,这条通路跟细胞增殖和存活有关。紧接着BMP2进来,激活的是SMAD通路,这条负责决定分化命运。两条通路交错在一起,细胞才会从一个修复模式切换到再生模式。
如果单独用FGF2,细胞聚成团之后就不往下走了,保持一团未分化状态好几天然后慢慢消散。单独用BMP2,细胞不会聚团,继续长疤,只不过疤里多了一些钙化点。只有按顺序先用FGF2再等几天用BMP2,才会出现完整的骨关节结构。这说明细胞需要先被带离原来的轨道,然后再被推上新轨道,少一步都不行。
他们测了处理之后不同时间点的转录组,发现第3天和第7天的基因表达谱完全不一样。第3天主要是增殖相关基因上调,第7天开始出现软骨和骨特异性基因。这个时间窗口非常窄,提前或者推后注射BMP2效果都会打折扣。Muneoka说这就像做菜,先焯水再爆炒,顺序反了就糊了。
再生医学过去几十年一直卡在一个死结上,那就是单个生长因子或者单个干细胞移植很难做出有功能的结构。这次研究等于换了个思路,不纠结于某个万能因子,而是承认再生是一件需要多步骤协同的事。每个步骤都有它必须发生的时间点,错过了就没了。这种时序控制恰恰是之前绝大多数研究忽略的。
再生失败源于微环境信号缺失而非细胞无能
整个研究最核心的结论在这:哺乳动物截肢之后不再生,不是因为伤口里没有能干再生的细胞,而是因为伤口缺少了触发再生的信号组合。P2截肢伤口里的成纤维细胞,只要按顺序给FGF2和BMP2,就能被忽悠进芽基、被重新指定位置、被诱导分化,最后长出缺失的结构。
Muneoka在讨论里做了一个类比:蝾螈肢体再生也可以拆成芽基依赖的节间再生和芽基非依赖的节内再生两个阶段,前者依赖FGF信号,后者依赖BMP信号。小鼠这套诱导再生跟蝾螈的内在机制在逻辑上同构。这说明再生能力在演化上是个原始性状,哺乳动物不是把它丢了,而是把它压住了,压住的代价就是伤口愈合默认走瘢痕路线。
临床转化的门槛比想象中低。BMP2已经FDA批准在用,FGF2在多个临床试验里跑着,两样东西都不是新分子。当然老鼠脚趾和人类手指差别很大,老鼠是四足行走,脚趾负荷模式跟人完全两样。而且他们再生的组织没做力学测试,也不知道神经长回去没有、感觉功能恢复了多少。
但方向已经清楚了。再生不需要外来干细胞,不需要基因编辑,不需要3D打印支架,只需要在正确的时间点往伤口里打正确的信号。剩下的就是细胞自己按发育程序走一遍。接下来要做的是大动物实验,搞清楚这套时序方案在猪或者猴子身上管不管用,然后才能谈人。
总结:哺乳动物再生密码被破解序贯双因子唤醒沉寂细胞通路瘢痕转向器官再生临床前模型成功重塑骨关节结构。
原文期刊:Nature Communications
发表日期:2026年6月17日
原文标题:Sequential FGF2 and BMP2 treatment redirects fibrotic healing toward blastema-mediated skeletal regeneration in mammals
作者单位背景:德州农工大学兽医学院与生物医学科学系,生理学与药理学系