2012CB518100-严重创伤重要组织器官修复再生的细胞与分子机制研究

项目名称： 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。    严重创伤后的组织修复与再生 全身大环境改变 皮肤组织 内脏（肺） 完美修复与再生 骨、软骨、神经 局部微环境改变 损伤与抗损伤机制（神经、内分泌、免疫、炎症、因子…) 损伤修复与再生机制（细胞表型、干细胞、因子调控……) 重大需求 科学问题与 主要研究内 容 研究目标 严重创伤后的组织修复与再生 全身大环境改变 皮肤组织 内脏（肺） 完美修复与再生 骨、软骨、神经 局部微环境改变 损伤与抗损伤机制（神经、内分泌、免疫、炎症、因子…) 损伤修复与再生机制（细胞表型、干细胞、因子调控……) 重大需求 科学问题与 主要研究内 容 研究目标   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 （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。  承担单位：  中国人民解放军第三军医大学、四川大学华西医院、中国人民解 放军第四军医大学    课题负责人：  黄跃生    学术骨干：  刘良明、张家平、刘  进、曹  丰  经费比例：  16.6%    课题 2  ：严重创伤免疫紊乱和全身炎症对重要器官修复与再生  影响的研究  1、研究内容 （1）创伤后中枢性HMGB1调控外周免疫反应、器官损害与修复机制研究: 采 用严重创、烧伤动物模型，观察HMGB1及其受体表达规律及其与胆碱能通路和 CRH途径之间的时空关系。通过脑室注射HMGB1或中枢拮抗HMGB1、切断迷走 神经和采用α7 nAchR、CRH基因敲除小鼠等，论证严重创、烧伤后中枢HMGB1 通过自主神经通路影响外周免疫反应和内脏损害及修复的可能机制，为促进重要 受损器官的修复提供潜在方法。 （2）抗炎细胞因子及其相关信号分子在全身炎症反应及重要器官修复中的作 用研究: 利用严重烧伤、烧伤脓毒症和不同类型细胞模型，并采用Smad3基因敲 除小鼠，从TGF-β的经典信号转导通路入手，研究通路中关键效应蛋白Smad3在 烧伤后炎症反应平衡、内脏并发症（肺脏等）和组织修复中的作用及其分子调节 机制；深入探讨严重创、烧伤后新型抗炎细胞因子IL-35和IL-37的表达规律、可 能作用及其对机体免疫、炎症反应、内脏损伤与修复的影响，为严重创、烧伤的 救治开辟新的途径。 （3）抗炎、促自噬、抗凋亡分子的靶向合成及对严重创伤内脏损害的促 修复作用: 分别合成叶酸-抗炎多肽、叶酸-吴茱萸碱、叶酸-亚精胺等，在体外激 活的巨噬细胞培养体系和动物实验中验证其抗炎、促自噬、抗凋亡效果以及对重 要靶器官功能的改善和促修复作用。进一步开展新型抗凋亡化合物的筛选、抗炎 /促自噬活性验证及其体内应用，对前期从142种化合物中筛选获得的13种可抑制 PUMA依赖性凋亡的先导化合物，在体外激活的巨噬细胞培养体系中验证其抗 炎、促自噬效果，最终达到减少创伤后继发性炎性损害并促进修复的目的。 2、研究目标  通过深入研究严重创、烧伤后免疫功能紊乱和全身炎症反应等重要因素对多 器官损害与修复的影响，提出中枢性晚期炎症因子经由自主神经通路调控外周免 疫反应、器官损害与修复的理论假设，阐明抗炎细胞因子及其相关信号分子在全 身炎症反应及重要器官修复中的作用和意义，并采用抗炎、促自噬、抗凋亡分子 的靶向设计合成，通过改善损伤后重要生命器官的继发性损害病灶的免疫微环 境，以达到减轻损害、促进修复的目的，为最终降低严重创伤后多脏器功能障碍 综合症（MODS）的发生率和死亡率开辟新途径。  承担单位：  中国人民解放军总医院、中国人民解放军第二军医大学、中国  人民解放军第三军医大学    课题负责人：  姚咏明    学术骨干：  夏照帆、梁华平、张庆红、杨  策  经费比例：  16.6%    课题 3  ：严重创伤局部微环境对成体干细胞分化的影响及其与  组织器官修复和再生关系的研究  1、研究内容  （1）体外扩增对成体多能干细胞功能的影响与安全性评价：重点研究以骨 髓间充质干细胞（MSCs）、真皮多能干细胞等为代表的多能干细胞体外扩增时恶 性转化的细胞与分子机制，评价恶性转化的条件，建立比现有技术更为敏感的干 细胞体外恶性转化预警的分子标志，为安全采用干细胞修复与再生受损组织与器 官提供理论基础。    （2）皮肤严重创伤局部微环境改变对多能干细胞分化的影响及其与组织器 官修复和再生关系研究：重点研究严重创伤条件下骨髓间充质干细胞（MSCs） 等归巢的效应、作用与机制等，阐明创伤微环境对干细胞参与皮肤与毛囊修复再 生的作用和机制。    （3）皮肤严重创伤局部微环境诱导表皮干细胞增殖分化、转分化与重编程 的调控效应及机制：重点观察和阐明通过驯化诱导方法使表皮干细胞获得多能性 的条件、诱导方法、鉴别指标、相关效应与机制，为利用表皮干细胞作为种子细 胞实现多种组织再生提供理论基础。  2、研究目标  探寻严重创伤后成体干细胞对组织修复与再生动态表观遗传学图谱及关键 的调控因素，在理论上阐释成体干细胞在创伤局部微环境作用下分化的特点与机 制，明确其在组织修复与再生中的作用和意义，提出新的分子靶点；在应用策略 上，通过对体外培养条件下成体干细胞功能活性改变的研究，探索成体干细胞恶 性转化的预警标志和建立干细胞功能评价的新方法，明确成体干细胞促进严重创 伤组织修复与再生的安全性和有效性，进而为利用成体干细胞促进严重创伤组织 完美修复与再生提供扎实的科学基础，最终在成体干细胞与创伤修复领域，特别 是在皮肤干细胞可塑性调控研究领域形成特色和亮点。  承担单位：  中国人民解放军第三军医大学、中国人民解放军总医院、中国  医科大学    课题负责人：史春梦    学术骨干：  韩为东、程天民、粟永萍、庞希宁  经费比例：  16.6%    课题 4：严重创伤后肺损伤修复与再生机制研究  1、研究内容  （1）严重创伤后内源性肺干/祖细胞的修复作用与调控机制：包括急性肺损 伤时内源性肺干／祖细胞的生物学改变特性、局部微环境因素影响肺内源性干/ 祖细胞的信号调控机制、内源性肺干/祖细胞迁移、分化的调控机制以及与急性 肺损伤修复的关系等（重点是与肺发育相关分子 Eya1、BMP4/noggin、Runx3 的 调控作用）。    （2）严重创伤后终末分化肺组织细胞的修复作用与调控机制：包括急性肺 损伤时肺组织细胞的生物学特性变化与调控机制、肺组织细胞的去分化和增殖作 用、局部微环境对肺组织细胞去分化的影响，细胞去分化和增殖的调控机制以及 与肺损伤修复和再生的关系（重点是肿瘤抑制分子 Rb、AFR、Pten、P63 的调控 作用）。    （3）急性肺损伤后激活内源性肺修复机制的调控策略：包括采用外源性干 细胞、生长因子或小分子物质，建立适当条件促进内源性肺/祖细胞和终末分化 肺组织细胞发挥修复与再生作用的相关机制，为建立通过外源性调控加速肺损伤 修复与再生，减少肺纤维化发生提供理论基础。    2、研究目标  明确急性肺损伤后内源性肺干/祖细胞以及终末分化细胞的变化及其在肺组 织修复与再生中的作用；揭示急性肺损伤后局部微环境对内源性肺干/祖细胞以 及终末分化细胞生物学特性的调控作用，明确激活肺内源性修复能力的始动因 素；揭示内源性肺干/祖细胞发挥修复作用的调控机制与关键环节；揭示终末分 化肺组织细胞修复作用的调控机制与关键环节；提出 1‐2  种激活肺内源性修复能 力，防治急性肺损伤/ARDS  的修复性治疗措施。  承担单位：  中国人民解放军第三军医大学、重庆科技学院    课题负责人：  蒋建新    学术骨干：  王正国、严  军、姚  波、顾  玮  经费比例：  16.6%    课题 5  ：严重创伤后皮肤损伤修复与再生研究  1、研究内容  （1）创面微环境改变（包括生物电、创面小分子物质变化等）诱导成体干 细胞修复创面和再生汗腺的机制研究：阐明严重创伤后皮肤创面局部微环境改变 的特征，进一步明确这种改变在诱导汗腺结构性和功能性再生的作用核相关调控 机制。    （2）再生汗腺发汗功能及其机制研究：重点是探究再生汗腺有别于正常汗 腺在发汗功能方面的差异性机制。因为前期研究已经观察到创面再生的汗腺与正 常汗腺在组织结构上存在一定差异，但再生的汗腺却能像正常汗腺一样具有发汗 功能，因此二者在发汗方面应存在不同的机制，由于发汗过程涉及到细胞学、电 生理学等多个方面，是一个复杂的生物学过程，这是需要深入研究和明确的主要 内容。    （3）开展建立和完善干细胞再生汗腺的转化技术体系研究：目标是评价再 生汗腺具有长期发汗功能的细胞学基础，从大体、细胞与分子层面评价其安全性， 为再生汗腺临床应用的技术和系统方法的建立提供基础，为多中心应用提供理论 依据和治疗方案。    （4）严重创伤后皮肤瘢痕形成机理及干预手段的基础研究：研究三维结构 调控修复细胞生物学效应中结构和成分两大要素的相互关系，明确组织结构对细 胞调控的基础作用，以及三维结构对干细胞增殖、分化的调控模式和机制以及结 构对成分调控的“允许作用”。目标是探索哺乳动物瘢痕形成过程的关键分子通路 和反馈回路，进一步完善已经提出的“模板学说”的理论和技术。  2、研究目标 以严重皮肤创伤后抑制皮肤增生性瘢痕形成和促进皮肤附件再生等亟待解 决的关键科学问题为基础，以成体干细胞和再生医学等重大关键技术的建立并用 于诱导汗腺等皮肤附件再生和干预瘢痕形成为突破口，在阐明成体干细胞对皮肤 修复过程的多重影响和调节作用机制等关键科学问题的基础上，解决受损皮肤完 美修复与再生的关键性技术难题，为临床治疗提供实用的创新技术和方法，为我 国在该领域培养一批优秀人才。  承担单位：  中国人民解放军总医院、上海交通大学、云南师范大学、广州  军区广州总医院、中国人民解放军军事医学科学院    课题负责人：  付小兵    学术骨干：  陆树良、赵  敏、程  飚、段海峰  经费比例：  21.1%    课题 6  ：严重创伤后骨、软骨和周围神经损伤修复与再生研究  1、研究内容 （1）严重创伤骨折修复机制及促愈合措施的研究：建立可在骨细胞诱导表达 Cre 的小鼠模型，研究LPS 等全身因素对骨损伤修复的影响和机制，明确骨损 伤修复过程中FGFs/FGFRs的变化规律。构建FGF1、2、4、7等FGFs分子的表达 载体，在细胞及动物水平观察它们调节骨修复的作用与机制。研究皮质骨生成的 机制和促进修复的措施。在研究骨折修复机制的基础上，筛选联合应用生长因子、 人工生物材料等综合措施促进骨折修复的方法。 （2）软骨损伤修复机制与促修复措施的研究：建立可在软骨细胞诱导表达 Cre的小鼠模型。研究LPS对软骨损伤修复的影响和机制。观察HIF-1α及miRNA29 等分子对软骨细胞形成、肥大及凋亡的影响，以及它们对软骨损伤修复的调节作 用。研究超声对软骨细胞分化、肥大及软骨修复的影响，筛选出合适的应用参数， 为研制出防治创伤性关节炎、退变及促进损伤修复的超声治疗装臵提供理论基 础。 （3）外周神经损伤机制及促修复措施的研究：应用基因芯片及蛋白组学等手 段筛选参与外周神经修复的基因与蛋白。研究FGF9、FGFR3在坐骨神经损伤修 复中的作用。建立神经再生评价动物模型，明确神经趋化性再生的分子生物学机 制，研究促神经趋化再生的新方法和新技术，并评价其用于临床治疗的安全性、 有效性和可行性。开展以组织细胞外基质为原料的组织工程神经支架材料的制备 技术研究。 2、研究目标  在深入研究全身内环境改变及FGF、HIF-1α 等局部相关分子对骨、软骨及 外周神经损伤修复影响的基础上，进一步明确其细胞与分子机制，为研发促进这 些重要组织损伤修复与再生的分子药物、物理治疗装臵及组织工程骨、软骨与外 周神经等提供理论基础。 承担单位： 中国人民解放军第三军医大学、中国人民解放军总医院、上海 交通大学、成都军区昆明总医院 课题负责人： 李兵仓 学术骨干：  彭  江、江基尧、潘兴华、陈  林  经费比例：  12.5%        （五）课题间关系 针对本项目的总体目标设置 6个课题，其中课题一、二是了解严重创伤后全 身内环境变化及其对局部组织修复与再生的影响，是共性问题，是影响组织修复 与再生的共同基础。因为组织修复与再生并非既往所考虑的是一个局部的问题， 同时也是一个受到全身影响的过程。课题三是了解创伤局部微环境改变对修复细 胞，特别是干细胞的影响，也是一个共性的问题，是组织修复与再生的基础。课 题四、五、六则是集中在阐明具有代表性的几种机体重要组织和器官修复与再生 的关键科学问题，是项目第二个重点内容的具体体现与落脚点。皮肤、骨、软骨、 神经与肺这几个器官的选择一方面是基于前期工作的基础，同时也是考虑到这些 器官在严重创伤后对伤员后期康复的影响与作用。有关项目与 6 个课题之间的 关系详见图 2。 重要组织器官严重创伤 课题四 （皮肤损伤） 课题五 （以肺为代表内脏损伤） 完美修复与再生 课题六 （骨、软骨、周围神经损伤） 共性变化 个性变化 预期研究目标 课题一、课题二 （全身内环境改变） 课题三 （局部微环境改变） 重要组织器官严重创伤 课题四 （皮肤损伤） 课题五 （以肺为代表内脏损伤） 完美修复与再生 课题六 （骨、软骨、周围神经损伤） 共性变化 个性变化 预期研究目标 课题一、课题二 （全身内环境改变） 课题三 （局部微环境改变）   图 2 课题之间相互关系 课题设置与项目总体目标的关系 本项目集中在阐明“严重创伤后全身内环境变化与损伤组织局部微环境改变 对组织修复与再生影响的细胞和分子机制”与“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。这两个方面既具有紧密的内在联系，又具有各自 的重点和可实现的目标。为此，整个项目设置 6个课题，其中课题一、二是共性 问题，是影响组织修复与再生的共同基础。课题三也是一个共性的问题，是组织 修复与再生的基础。课题四、五、六则是集中在阐明具有代表性的几种机体重要 组织和器官修复与再生的关键科学问题，是项目第二个重点内容的具体体现与落 脚点。最终目标是通过了解严重创伤全身和局部内外环境改变，阐明皮肤、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，建立促进这些组 织和器官完美修复与再生的创新技术和方法。  课题设置与本项目的五年预期目标的关系  1、课题一、二、三阐明严重创伤后全身内环境改变和局部微环境变化影响机 体修复与再生的细胞、分子机制，解决制约和影响组织修复与再生具有共性的关 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。  2、课题四、五、六则侧重阐明严重创伤重要器官修复与再生关键的个性的科 学问题，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。    四、年度   研究内容  预期目标  第    一    年  （1）建立缺血、缺氧动物模型，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 的影响； （2）研究高迁移率蛋白B1(HMGB1) 及 Smad 等在创烧伤后组织修复中 表达、调控机制以及在组织修复中的 作用； （3）开展体外扩增对成体多能干细 胞功能的影响与安全性评价研究；开 展皮肤严重创伤局部微环境对诱导 表皮干细胞－肌成纤维母细胞化的 关键性诱导因素及表观遗传学调控 机制的研究；  （4）开展肺干/祖细胞分化增殖等生 物学特征的研究，并对其在急性肺损 伤中可能发挥的修复作用进行研究； （5）开展真皮组织三维结构与成分 在创面愈合中作用的研究；系统开展 不同微环境诱导成体干细胞转变为 汗腺样细胞的研究； （6）研究长骨皮质骨生成的分子调 控机制；开展神经再生评价动物模型 的研究；开展以组织细胞外基质为原 料的组织工程支架材料的制备技术 （1）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（细胞增殖、分化、迁移 或归巢）的影响； （2）初步明确 HMGB1 等在创烧伤 后多器官损害与修复过程中的地位 和意义； （3）明确干细胞在受体组织器官定 植后的远期效应和安全性，提出比现 有技术更为敏感的干细胞体外恶性 转化预警的分子标志； （4）阐明急性肺损伤后内源性肺干/ 祖细胞以及终末分化肺组织细胞生 物学特性变化，揭示其在促进损伤肺 组织结构和功能修复中的作用和地 位。 （5）了解组织结构改变对修复细胞 是否具有“允许作用”以及明确不同 程度皮肤损伤局部伤口电位的产生 规律及再生汗腺的相关信号机制； （6）明确 FGFR1、BMPR、LPS、 NE 等分子在骨、软骨损伤修复中的 分子机制；了解长骨皮质骨生成的分 子调控机制；明确神经趋化性再生的 分子生物学机制； （7）在 SCI 期刊发表论文 25-35 篇，   研究内容  预期目标  研究等。 申报专利 4-6 项。 第    二    年  （1）研究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；探讨缺血缺氧对表皮（干） 细胞电趋性的影响，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；  （2）研究 HMGB1、抗炎因子等对组 织修复与再生的调节机制；开展抗 炎、促自噬、抗凋亡分子的靶向设计 合成及初步效果观察；  （3）开展肠道严重创伤局部微环境 改变对成体多能干细胞转分化的影 响及其与组织器官修复和再生关系 研究。开展表皮干细胞多向分化潜能 的确证及其相关机制研究；  （1）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， 并提出促进创面愈合的新措施；  （2）明确抗炎细胞因子及其相关信 号分子在全身炎症反应及重要器官 修复中的作用；完成靶向分子的化学 合成、靶向性分析和体内有效性验 证；  （3）了解肠道严重创伤局部微环境 改变对成体多能干细胞转分化的影 响机制及其对组织器官修复和再生 的影响。明确表皮干细胞多向分化条 件及其相关调控机制；    研究内容  预期目标  （4）进一步研究内源性肺干/祖细胞 迁移、分化的调控机制及其在急性肺 损伤发生发展中的作用与意义；  （5）研究三维结构对创面修复的调 控作用；研究创面电位的产生机理； 开展创面微环境改变对汗腺再生的 影响及其机制研究；进一步优化汗腺 再生的技术体系。  （6）制备细胞外基质支架，复合种 子细胞构建组织工程神经修复材料， 用于骨、软骨和周围神经缺损的修 复。针对本研究前一阶段产生的新成 果，引入促皮质骨生成、促神经趋化 再生的理念，并开展相关研究。  （4）阐明肺干/祖细胞在创伤后急性 肺损伤修复中的启动机制和关键调 控环节，为防治创伤后急性肺损伤并 发症的防治提供新思路；  （5）明确三维结构对创面修复的调 控作用。主要阐明皮肤损伤后内源性 电信号的相关机理。系统阐明再生汗 腺的发汗机制，建立汗腺再生临床移 植技术和质量评价体系，包括移植细 胞的数量、微环境的建立以及质量控 制等。  （6）进一步深化骨、软骨和周围神 经损伤再生的分子生物学机制的认 识，研发可以用于临床的新型实用技 术、材料和方法；  （7）在 SCI期刊发表论文 25‐35 篇， 申报专利 4‐6项。  第    三    年  （1）研究 mTOR 通路对缺氧/缺氧预 适应表皮（干）细胞增殖和分化的影 响；研究缺血缺氧对原位心肌干细胞 增殖、定向分化和迁移的影响；缺氧 对血管内皮细胞增殖、分化及新生血 管形成的影响；  （2）观察中枢拮抗 HMGB1 对外周 免疫功能重建和多器官障碍的改善 效果；研究 IL‐35、IL‐37 对全身炎症 反应致脏器损伤的可能作用，探讨其 对重要器官修复的效果；  （1）初步阐明 mTOR 通路及其上游信 号分子对缺氧/缺氧预适应表皮（干） 细胞增殖和分化的调控作用；初步揭 示心肌干细胞对缺血缺氧损伤心肌 的修复作用；明确缺氧调节血管内皮 细胞增殖、分化及新生血管形成的作 用及相关分子机制；  （2）从神经‐内分泌‐免疫反应角度 寻求到可改善免疫功能和促进受损 器官修复的新方法。  （3）阐明多能干细胞在创伤微环境   研究内容  预期目标  （3）开展皮肤严重创伤局部微环境 改变对多能干细胞分化的影响及其 与组织器官修复和再生关系研究；  （4）开展肺组织细胞去分化和增殖 的调控机制及其在急性肺损伤发生 发展中的作用与意义研究；  （5）研究皮肤创伤后真皮模板对成 纤维母细胞及表皮细胞表型改变的 调控的效应及机制；研究再生汗腺发 汗的调节机制；开展汗腺再生的临床 应用；  （6）构建 FGF分子的腺病毒表达载 体，在细胞及动物水平观察它们调节 骨修复作用的基础上，表达并纯化相 关蛋白，并在骨损伤中应用。进行动 物实验，验证观察促皮质骨生成、促 神经趋化再生新方法和新技术的可 靠性。  作用下参与创伤修复和发生分化的 分子机制，提出关键的分子靶点；  （4）揭示重获干性的终末肺组织细 胞在创伤后急性肺损伤修复中的关 键调控环节，为防治创伤后急性肺损 伤并发症的防治理论依据；  （5）初步阐明创伤后真皮模板对创 面不同细胞类型的转变效应；阐明不 同细胞类型转变对创面瘢痕样修复 的作用；阐明再生汗腺与正常汗腺在 发汗机制方面存在的差异；  (6)完成几种可用于临床创伤治疗新 技术的安全性、有效性和可行性评 估；向有关部门提出临床新技术试用 申请，并尝试新技术转化；  （7）在 SCI期刊发表论文 35‐45 篇， 申报专利 4‐6项，完成 2‐3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、5‐6个专门用于 创面治疗的示范病房的建设。    研究内容  预期目标  第    四    年  （1）依托基因修饰动物模型，研究 严重创伤缺血缺氧对表皮干细胞、原 位心肌干细胞增殖、定向分化、迁移 （归巢）及对受损组织修复的影响； （2）开展前瞻性临床试验，分析 HMGB1/新型抗炎细胞因子水平改变 与外周血细胞免疫活性、炎症反应和 并发MODS的关系；  （3）研究皮肤创面微环境对毛囊等 附件的功能状态及再生的影响；进一 步确证骨髓清髓严重创伤微环境重 编程表皮干细胞对造血重建的效应； （4）探讨急性肺损伤后局部微环境 对内源性肺干/祖细胞以及终末分化 细胞生物学特性的调控作用；  （5）研究真皮模板对微血管形成调 控效应、规律和机制；开展生物电对 创面血管生成的效应与机制研究；开 展皮肤及其附属器同步再生的研究； 开展汗腺再生的临床应用；  （6）筛选调节 FGFR1、2、3的活性 短肽、中药单体分子等 2‐4种，并观 察对骨折和神经损伤修复的影响 ;  研究超声对软骨细胞分化、肥大及软 骨修复的影响。    （1）明确 tMOR 等信号通路在缺血 缺氧条件下对皮肤以及心肌损伤修 复与再生的作用及其机制；  （2）阐明 HMGB1/抗炎细胞因子在 炎症反应及器官修复中的作用与临 床意义，深化对严重创伤后多器官受 损机制和促进内脏修复途径的认识； （3）提出皮肤创面微环境调控干细 胞参与毛囊等附件修复与再生的调 控分子；建立表皮干细胞重编程为造 血细胞条件；    （4）揭示局部微环境对急性肺损伤 后内源性肺干/祖细胞以及终末分化 细胞生物学特性的调控作用，从局部 微环境角度明确激活肺脏内源性修 复能力的始动因素；  （5）初步阐明生物电诱导创面血管 再生的机制。建立和完善干细胞再生 汗腺以及抑制瘢痕的转化技术体系。 初步建立皮肤创伤后表皮及其附属 器同步再生的技术体系，为多中心应 用提供理论依据和临床方案；  （6）筛选调节 FGFR1、2、3的活性 短肽、中药单体分子等 2‐4种，并观 察对骨折和神经损伤修复的影响 ;  明确超声对软骨细胞分化、肥大及软 骨修复的影响机制，研制出防治创伤 性关节炎、退变及促进损伤修复的超   研究内容  预期目标  声治疗装置；  （7）在 SCI期刊发表论文 40‐45 篇， 申报专利 4‐6项，完善 2‐3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、5‐6专门用于创 面治疗的示范病房的建设。申报临床 应用批文 3‐4件。  第    五    年  （1）完善 tMOR 等信号通路系统在 缺血缺氧条件下组织修复的机制研 究；在此基础上，开展组织损伤后修 复与再生的药物干预研究；    （2）研究神经‐内分泌‐免疫反应途 径的调控，结合抗炎、促自噬、抗凋 亡措施的综合应用效果；进一步完善 促炎/抗炎反应平衡在促进重要内脏 损伤修复和再生中作用的理论研究 和产品开发；  （3）进一步开展皮肤严重创伤局部 微环境诱导表皮干细胞增殖分化与 转分化的效应及调控机制的研究；  （4）开展急性肺损伤时激活肺脏自 身的修复潜能，诱导终末分化细胞去 分化促进损伤肺组织修复的新技术 研究；  （5）完善生物电及真皮模板对创面 修复的研究内容；重点完善严重创伤 （1）提出干预的靶点和关键环节， 建立 2‐3 种干预和促进创伤修复与 组织再生的新方法新措施；  （2）从神经‐内分泌‐免疫网络、炎 症反应平衡角度提出促进受损器官 修复的新策略；开展促炎/抗炎反应 平衡临床试验研究；  （3）明确皮肤严重创伤局部微环境 通过重编程表皮干细胞对组织修复 与功能重建的作用；  （4）建立激活肺脏内源性修复机制 的措施，建立 1‐2种促进肺损伤修复 的创新技术方法并开始临床试验；  （5）系统提出生物电调控创面修复 与再生的理论并建立相关的治疗方 法。建立优化的表皮及其附属器同步 再生的技术方案；完成 2‐3种汗腺再 生治疗方法的评估。争取开展汗腺再 生临床试验 50‐100 例；    研究内容  预期目标  皮肤损伤后同步再生表皮及其附属 器的技术体系研究，并进行优化；完 成汗腺再生的 I‐II期临床研究。  （6）在研究骨折修复机制的基础 上，筛选联合应用 FGFs、BMPs等综 合措施促进骨折修复的方法；构建由 成骨干细胞、活性生物人工支架（含 表达生长因子的质粒等）的组织工程 骨，观察其对骨缺损的治疗效果；构 建含人工修饰雪旺氏细胞、神经营养 因子及新型支架材料的人工神经，观 察对坐骨神经损伤的修复作用。    （6）筛选联合应用 FGFs、BMPs 等 综合措施促进骨折修复的方法；构建 由成骨干细胞、活性生物人工支架的 组织工程骨；构建含人工修饰雪旺氏 细胞、神经营养因子及新型支架材料 的人工神经。  （7）在 SCI期刊发表论文 40‐45 篇， 申报专利 4‐6项，完成 2‐3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，5‐6个专门用于 创面治疗示范病房的建设。申报临床 应用批文 3‐4件。