严重创伤重要组织器官修复再生的细胞与分子机制研究

一、关键科学问题及研究内容(一)拟解决的关键科学问题根据严重创伤后损伤组织修复与再生发生的病理生理过程，结合现代细胞与分子生物学的研究进展，本项目拟解决的关键科学问题是“严重创伤后全身与局部内环境改变对重要组织和器官修复与再生的影响及其相关机制”，主要包括以下四个方面（图1）：1、严重创伤全身性损害对局部组织修复与再生影响的细胞与分子机制。

主要从整体了解严重创伤缺血缺氧导致全身内环境改变与平衡失调对局部组织修复与再生影响的细胞与分子机制等；2、严重创伤局部微环境改变对重要组织器官损伤修复与再生的影响与调控机制。

主要阐明严重创伤后局部微环境改变的特征与相关机制，以及这种改变对组织修复细胞（多种成体干细胞）的诱导分化与重编程作用，明确这些作用对修复速度与质量的影响；3、几种代表性组织器官严重创伤后修复与再生关键的细胞与分子机制。

主要从严重创伤后全身与局部改变的共性机制影响个性机制入手，研究皮肤、肺、骨、软骨与外周神经等代表性组织器官修复与再生的“始动”与调控机制；4、重要组织器官完美修复与再生的关键性制约因素。

解决和突破促进组织修复与再生关键技术的瓶颈，为建立创新的治疗技术和方法打下基础。

(二)主要研究内容根据需要解决的关键科学问题，本项目主要研究内容如下（图1）：1、严重创伤缺血缺氧对组织修复与再生的影响与关键机制。

重点解决缺血缺氧的始动因素以及缺血缺氧导致机体内环境改变影响重要组织器官修复与再生的机制；2、严重创伤免疫紊乱和全身炎症对重要器官修复与再生的影响。

重点解决严重创伤免疫失调和全身炎症导致的内环境紊乱对重要器官修复与再生影响的机制；3、严重创伤局部微环境改变对成体干细胞分化的影响及其与组织器官修复和再生的关系。

重点研究创伤局部微环境改变对主要修复细胞分化的调控作用及其与不同修复结局的关系；4、严重创伤后肺损伤修复与再生机制。

肺是严重创伤时最易受累的靶器官之一。

重点研究急性肺损伤时肺组织的自身修复与再生规律，局部微环境的促修复作用与调控机制，建立促进肺组织内源性修复与再生的关键技术与措施；5、严重创伤后皮肤及其附件完美修复与再生。

从细胞、分子与基因水平以及局部创面微环境改变模式，研究减少皮肤过度纤维化修复和促进皮肤附件，特别是汗腺再生的相关机制，建立关键的促修复与再生措施；6、严重创伤后骨、软骨和周围神经损伤修复与再生机制。

重点从细胞、分子与基因水平研究骨、软骨和周围神经损伤修复与再生的机制，了解制约修复与再生的相关因素，建立促进修复与再生的创新技术和方法。

图1 项目拟解决的关键科学问题和主要研究内容二、预期目标(一)项目的总体目标通过项目研究，要基本阐明严重创伤后全身内环境变化和局部微环境改变对机体重要组织和器官修复与再生影响的细胞与分子机制，阐明严重创伤缺血缺氧的始动因素以及这一过程对组织修复与再生的作用；揭示通过调节和改善严重创伤后全身免疫紊乱和炎症反应以达到减轻损害、促进组织修复与再生的规律；解析严重创伤局部微环境改变对重要组织器官损伤修复与再生的影响与调控机制，为实现严重创伤后组织的完美修复与再生提供理论基础；解决和突破影响严重创伤后重要组织器官（包括皮肤、骨、软骨、周围神经和肺）实现功能重建和完美修复与再生的关键技术瓶颈，为建立创新的治疗技术打下基础。

通过研究为我国在该领域培养一批优秀的创新人才和建立相关的创新基地，使我国在该领域的研究总体处于国际先进，部分处于领先水平。

（二）项目的五年预期目标通过项目研究，要基本阐明严重创伤后全身内环境改变和局部微环境变化对机体重要组织和器官修复与再生影响的细胞、分子机制，解决制约和影响组织修复与再生的关键科学问题，提出创新的理论和认识用于指导组织修复与再生的基础研究和临床治疗。

在国际本专业SCI杂志发表高水平学术论文200余篇，力争在国际著名杂志，如Nature等杂志发表论文有突破，获得国际同行的认可。

通过项目研究，要突破影响组织修复与再生的关键技术难题，建立约10种促进重要组织和器官（包括皮肤、骨、软骨、周围神经和肺）修复与再生的创新技术和方法，获得相关发明专利30余项，临床应用批文6-8件，真正实现基础研究成果向实际应用的转化，使这些重要器官修复与再生的治愈率提高10%，伤残率下降15%。

通过项目研究，进一步推动和完善我国创伤修复与再生医学的创新基地建设并大力推动创伤和组织修复与再生转化医学的发展。

在现有基础上，通过项目带动和优化布局，在我国东西南北中的重要区域形成10个区域性的国家级创伤修复与组织再生研究中心和临床治疗中心，推广建立20个专门用于创面治疗的示范病房，形成基础与临床结合，研究与转化并举，各种高新技术（包括细胞治疗技术、组织工程技术、蛋白工程技术等）综合应用的中心，以适应国家的重大需求。

通过项目研究，进一步加快我国创伤修复与组织再生人才队伍的建设。

力争通过5年的培养，产生1-2名两院院士、2-3名具有国际一流水平的创新型领军人才、3-4名国家杰出青年基金获得者、20名左右国内一流的创伤修复与组织再生创新型人才。

三、研究方案（一）学术思路本着“承接我们前期创伤973项目的创新性成果，进一步凝练关键科学问题，突出重点、有限目标以及理论创新与成果快速转化应用并重”的原则，本项目集中在阐明“严重创伤后全身内环境改变与损伤组织局部微环境变化对组织修复与再生影响的细胞与分子机制”和“加速几种重要组织器官修复与再生关键措施的建立”两个方面。

这两个方面既具有内在的联系，又具有各自的重点和可以实现的目标。

即第一个重点是共性问题，是解决影响组织修复与再生的基础，因为组织修复与再生并非既往所考虑的只是一个局部的问题，同时也是一个受到全身内环境影响的过程。

而第二个重点则是落实到几个重要组织器官修复的具体体现。

皮肤、骨、软骨、神经与肺等几个组织、器官的选择一方面是基于以前工作的基础，同时也是考虑到这些组织、器官在严重创伤后对伤员早期救治和后期康复中的重要影响与作用。

（二）技术途径从技术途径来讲，利用统一可量化的创烧伤模型，结合活体动态相关检测技术与方法，从严重创伤后机体全身整体的内环境改变入手，结合损伤组织局部微环境的改变进行系统研究，阐明组织修复与再生内环境改变对组织修复与再生影响的细胞与分子机制。

基于内环境改变影响组织修复与再生的相关理论，具体研究在这种全身和局部内环境改变下皮肤、骨、软骨、神经与肺这几个重要器官修复与再生的细胞与分子机制，阐明制约修复与再生的关键环节，建立起提高修复速度与质量的关键技术，最终目标是促进这些组织器官的完美修复与再生。

在整个项目中始终贯穿着一条主线，即阐明愈合和再生的关键科学问题与建立相关的促愈合措施相结合。

与此同时，现代高新技术手段和方法（干细胞、蛋白工程、组织工程等）既是研究组织修复与再生的手段与载体，也是实现组织完美修复与再生的重要措施。

（三）项目的创新性与特色1、在研究内容方面，继承与创新相结合，突出创新。

本团队前期完成的创伤973项目产生了大量创新性成果，在此基础上，本项目一方面要继承前期在严重创伤损害机制与皮肤修复领域的创新理论和技术，使之进一步深化和完善，另一方面又特别强调要区别于前期973项目，要突出本项目的创新内容，即研究集中在影响组织修复与再生的关键科学问题和技术难题上，突破制约和影响组织完美修复与再生的瓶颈问题，最终达到实现组织完美修复与再生的目标。

2、在研究思路方面，整体与局部相结合，突出局部。

组织修复与再生表面上看是一个局部问题，实际上在严重创伤条件下也是一个全身改变在局部的表现。

研究严重创伤后的组织修复与再生有别于单纯从发育学或细胞生物学来研究组织修复与再生的关键，就在于严重创伤后的全身反应和内环境变化对局部组织的修复与再生过程将产生重要影响。

因此，本项目在重视和集中研究皮肤、骨、软骨、神经与肺等几种重要组织器官本身修复与再生机制的同时，也关注全身环境变化对局部修复的影响，这也是与前期完成的创伤973项目的重要区别之一。

3、在研究技术方面，静态与动态相结合，突出动态。

本项目将紧紧围绕拟解决的关键科学问题，采用统一公认的致伤模型和现代高新研究技术与手段（如在体观察细胞归巢与类型转变等），从整体、细胞与分子多个层面系统了解和展示组织修复与再生的动态过程，这种技术方法上由过去的静态转为动态的变化，有助于揭示既往难以发现的影响修复与再生的关键环节与制约因素。

4、在成果转化方面，理论与应用相结合，突出转化。

组织修复与再生是一个理论性和实践性都非常强的科学，既有许多关键的科学问题需要解决，同时其研究成果又具有很强的实用性，可以很快实现转化应用于病人的治疗。

因此，本项目提出将理论成果尽快转化为实际应用的思路，正是体现了转化医学在创伤修复和组织再生领域应用的特点。

（四）课题设置课题1：严重创伤缺血缺氧对组织修复与再生的作用研究1.研究内容（1）不同氧浓度对皮肤创面愈合影响的研究。

利用在体、离体缺血缺氧创面愈合模型、观察不同氧浓度对皮肤创面愈合、表皮细胞损伤的影响，明确启动和促进创面愈合的最适氧浓度与时间阈值及其对创面愈合关键环节的影响。

（2）缺血缺氧对表皮（干）细胞增殖、分化与移行的作用及其机制研究。

采用HIF-1α 条件性基因敲除小鼠，从Ca2+、ROS 等激活的PI3K/Akt 信号途径入手，阐明缺血缺氧对创面表皮（干）细胞增殖、分化与移行的影响及其分子机制，阐明生物化学/物理因素之间可能的交互作用及其信号交汇点，进一步揭示缺血缺氧促进创面愈合的新机制，并提出促进创面愈合的新措施。

（3）缺血缺氧对创面血管生成的影响及其机制研究。

以内皮祖细胞（EPC）为切入点，明确缺血缺氧创面毛细血管芽胚生长、新生毛细血管密度以及局部血流量与创面局部内皮祖细胞的数量与功能的关系，揭示因子和相关信号通路在EPC 动员、归巢中的作用。

在此基础上，探寻严重创伤后促进创面血管生成与愈合的新药物和靶分子。

（4）缺血缺氧对心肌损伤修复与再生的作用及其机制研究。

以烧伤后受损心脏为模型，研究严重创伤缺血缺氧对原位心肌干细胞（CSC）增殖、定向分化、迁移（归巢）及对受损心肌组织修复的影响，阐明缺血缺氧以及复合生物电场导致CSC微管结构变化，激活p38/MAPK-PI3K/Akt信号途径，进而调控CSC在受损心脏局部增殖、定向分化和迁移的分子机制，探讨促进损伤心肌组织再生修复的新策略。

2、研究目标通过研究缺血缺氧对表皮细胞、表皮干细胞、内皮祖细胞和心肌干细胞增殖、分化、迁移的影响，了解其对组织损伤修复的作用及其机制，阐明严重创伤缺血缺氧对组织修复与再生的作用，证明“缺血缺氧激活PI3K等信号，经由信号交汇，改变细胞电趋性和生物理化因素间的交互作用，调控表皮（干）细胞增殖、分化、定向迁移和创面修复”和“调控缺血缺氧CSC微管三维结构，促进CSC增殖、定向分化、迁移及心肌组织修复”的假设，为严重创伤后机体组织修复与再生提供新理论、新技术和新方法，并培养一批该研究领域的优秀人才。