去分化研究进展

郭政，余小平，周军利（通信作者

（1.甘肃中医药大学第一临床医学院，甘肃省人民医院，甘肃 兰州 730000；2.甘肃省人民医院烧伤科，甘肃 兰州 730000）

0 引言

去分化是已经分化成熟的终末细胞逆行转变干细胞或幼稚细胞的一个生理过程，也叫脱分化，其可能与组织损伤后的再生修复有关，也可能与肿瘤形成有关。在自然界中，植物细胞普遍具有去分化的能力，即使已经分化成熟的细胞，也能恢复到分裂状态，并继续增殖，即植物细胞具有全能性[1]。同时一些特定的动物也具有极强的再生能力，例如蜥蜴、蝾螈这样的非哺乳脊柱动物。在某些特定的条件下，它们甚至可以再生出完整的四肢，这一过程涉及成熟细胞的去分化[2]。与之相比，人类再生及修复受损组织的能力是有限的，只有在某些特定条件及环境下（例如血液），通过激活成体干细胞来实现机体自我修复[3]，并且此类修复往往是不完全修复。除了参与受损组织的修复以外，细胞还可以通过去分化减轻自身代谢负担、清除衰老和受损的细胞器，恢复自身活性[4]。因此，深入研究生物体内不同细胞发生去分化的机制及诱因，对我们实现损伤组织的完全愈合及器官再生有着重大的意义。

1 表皮细胞的去分化

皮肤是人体最大的器官，分为表皮和真皮，表皮是皮肤的浅层结构，从外到内可分为5 层，即角质层、透明层、颗粒层、棘层和基底层[5]。有人认为，表皮中包含两种类型的增殖细胞，一类是表皮干细胞，一类是自我更新能力较低、已经发生终末分化的细胞(过渡扩增细胞)[6]。表皮干细胞存在于基底层中，占基底层细胞的1%-10%,人体皮肤一直处于自我更新中，基底层的表皮干细胞会定期经历有丝分裂、分化和向上迁移三个过程，以此来补充衰老、脱落的角质细胞，因此存在于表皮基底层的干细胞在皮肤更新、创伤愈合等方面发挥着巨大作用[7]。人体表皮中的干细胞数量是有限的，对于一些大面积深度烧伤患者，仅仅靠体内残留的少量成体干细胞增殖、分化来修复创面是远远不够的。付小兵等[8]在使用重组表皮生长因子（rhEGF）来治疗腿部溃疡时，在表皮基底层与角质层之间观察到了可能来源于分化成熟的棘细胞和颗粒细胞去分化而来的表皮干细胞岛，提示rhEGF 可能诱导表皮终末分化细胞去分化，并重新增殖以修复创面。国内某些学者通过使用人包皮制备的无基底干细胞的超薄皮片，移植于全层皮肤缺失的裸鼠创面上，并在植皮区取材进行观察，可以在植皮后的皮片基底层之外观察到孤立成团的并双染的CK19 和CK14 阳性细胞，表明一些终末分化的细胞可去分化为表皮干细胞[9]。同时张翠萍[10]等在植皮区中还可以观察到Wnt 信号通路中的Wnt-10b、Wnt-4 和Wnt-7a mRNA 的表达水平增高，移植皮片内的β-catenine、cyclin D1 和c-myc 蛋白表达水平升高。有研究表明β-catenine 蛋白的表达对于促进表皮干细胞增殖和维持干细胞群的稳定起着重要作用[11]。由此可见，Wnt/β-catenine 信号通路可能由创伤微环境中所聚集的某种细胞因子来激活，从而调控表皮细胞发生去分化。国内学者蔡飒[12]等在类似的试验中发现，ERK1/2 在超薄皮片移植后3 天开始表达增高，移植后5 天达到高峰，第7 天时表达逐渐下降。EPK 通路的上下游分子、磷酸化-Raf 和c-myc也在皮片移植后均出现了表达增强，而总MEK1/2 和ERK1/2的表达在皮片移植前后并差异无统计学意义。可以认为表皮成熟细胞的去分化与ERK 信号通路的激活相关。除此以外观察到碱性成纤维细胞生长因子（bFGF）作用于老化的人表皮细胞时候，可以产生去分化来源的表皮干细胞[13]。并且bFGF 可以间接地激活表皮细胞Ras/ ERK/MEK 信号通路[14]，使表皮细胞中的CK19、CK14 和β1 整合素的表达变化。

2 心肌细胞的去分化

斑马鱼在心室结构被切掉多达20%后，在两个月内就可以使心脏完全再生[15]。在此过程中，仍保留在心脏中的终末分化心肌细胞可以去分化及增殖，使缺失的组织再生[16]。传统观念认为人体心肌细胞的增殖能力在出生后不久就丧失了，因为心肌细胞退出了细胞周期并开始分化，因此受损的心肌被瘢痕组织所替代，而心肌细胞的增殖可忽略不计。但最新的发现提示心肌细胞可以被某些因素诱导发生去分化，重新进入细胞周期[17]。肌节收缩装置是成熟心肌细胞的显著特征，并占据了其细胞的很大一部分。因此，肌节不利于细胞分裂，因为其阻碍了胞质分裂。所以，在去分化过程中，伴随着肌节基因（如心室肌球蛋白重链）的表达减少，肌节被分解[15,18]。近年来国内学者，在成年小鼠心肌梗死的模型上观察到，在心肌梗死后第7 天，心肌组织的Cx-43、α-SA 及α-actinin mRNA 表达下降，提示心肌细胞肌节分解。同时还观察到Ki67 和PH3 表达增加，提示处于增殖周期的心肌细胞数目增多[19]。由此可以认为，心肌梗死可以诱使心肌组织发生去分化，但具体机制仍不清楚。最近研究发现，将出生1 天的小鼠心尖切除后，其心尖组织在三周内就能完全再生，而将出生7 天的小鼠心尖切除后，则不能观察到心尖组织的再生，这一现象可以认为，新出生的小鼠心肌细胞能发生去分化[20]。近年来对视网膜母细胞肿瘤抑制蛋白（retinoblastoma tumor suppressor protein family,RB）作用研究表明，成熟心肌细胞的去分化可以促进其表达增加。并且RB 并不存在于心肌细胞的增殖阶段，而是出现在稍后的终末分化心肌细胞中[21]。虽然缺乏RB 和RBL2（也称P130）的小鼠可以代偿RB 的丢失，但其心脏体积增大，并且心肌细胞增殖性变强[22]。如上所述，RB 似乎能够维持心肌细胞的分化状态，并且心肌细胞的增殖可能是由于其不能维持终末分化状态，并由此伴随而来的持续性增殖。此外p38 丝裂原蛋白激酶（p38 MAPK）和FGF1 与心肌细胞的去分化相关。p38MAPK 可以通过抑制RAF 家族蛋白和细胞外调节蛋白激酶（ERK）的途径，使发生在心肌细胞分化之前的细胞周期停滞[23]。因此在心肌细胞中，p38MAPK 的活性与心肌细胞的增殖呈负相关，p38MAPK的低活性与增殖相关，而高活性则出现在终末分化的心肌细胞中。与之相比，FGF1 可以诱导成熟的心肌细胞表达胚胎时期的基因，使得心肌细胞增殖。显然，通过刺激FGF1 和抑制p38MAPK 的可以诱导哺乳动物心肌细胞去分化[24]。

3 施万细胞的去分化

施万细胞来源于神经嵴，在哺乳动物中，施万细胞能够再生，当与神经相关的损伤发生后，施万细胞开始去分化和增殖[25]。施万细胞去分化时会出现如下变化：（1）成熟施万细胞标志物 P0、MBP 等表达下降；（2）未成熟施万细胞标志物 P75、GFAP 等再次表达；（3）施万细胞重新变为未成熟细胞的纺锤体形态[26]。在围产期啮齿动物神经发育过程中，未成熟施万细胞是由起源于神经嵴的施万细胞前体(SCPs)产生的。随后未成熟的施万细胞可以发育成有髓鞘和无髓鞘的施万细胞[27]。重要的是前体细胞和未成熟的施万细胞易于增殖，而成熟细胞不能增殖。所以当轴突在损伤后退化时，成熟的施万细胞失去与髓鞘轴突的联系时，成熟的施万细胞脱髓鞘，并开始去分化和增殖，呈现出与未成熟细胞相似的分子表型[27]。有研究表明，当神经受损时EPK/MAPK 信号通路在施万细胞去分化过程中起着关键的调控作用[28]。同时已观察到，Notch 信号通路在施万细胞去分化中起关键作用，不仅可以诱导未成熟的施万细胞增殖，还可以促进成熟的施万细胞脱髓鞘[29]。此外转录因子JUN 被证实对髓鞘形成具有负调控作用，当神经损伤后，随着施万细胞大的去分化，转录因子JUN 的表达增加。可以认为，如果抑制了转录因子JUN 的表达，则去分化也被抑制了[27]。

4 展望

去分化是再生医学的永恒话题之一，过去的传统观念认为哺乳动物分化成熟的细胞不具有去分化的现象，但近年来的研究发现，当细胞受损时，部分细胞或组织受损时可以出现一定程度上的去分化。此外，例如表皮细胞受到重组表皮生长因子（rhEGF）和碱性成纤维细胞生长因子（bFGF）刺激时，在一定程度上也能发生去分化[8,13]。目前与去分化有关的通路包括Wnt 信号通路、MAPK 通路及Notch 信号通路等。但诱发成熟细胞去分化的具体物质及机制并不清楚，因此需要进一步对其的诱发因素或物质进行更深一步的研究，以促进再生医学的进一步发展，为修复损伤组织和细胞提供夯实的理论基础。