炎性微环境对干细胞生物学特性的影响导致组织修复与再生能力的改变，而其中发挥主要作用的即为各种炎性因子。基于参与组织修复的细胞因子对修复结局的调节作用，可大致将其分为正性调节细胞因子和负性调节细胞因子。正性细胞因子通常是指一些促炎细胞因子，如低浓度的TNF-α、IL-1、IL-6、IL-8和一些趋化因子等，可以通过促进细胞增殖和迁移来加速创伤的愈合过程;负性细胞因子多为抗炎细胞因子如IL-4、IL-10和高浓度的TNF-α、IFN-γ等，这些细胞因子会影响炎性细胞的增殖和迁移，从而抑制创伤修复与再生。这两类炎性因子的平衡影响着组织修复再生的进程。炎性因子已在本章第一节中详细介绍过，在此，我们主要介绍几类炎性因子与组织修复与再生的关系。

如同前述，TNF-α是有广泛生物学活性的介导多向炎症反应和免疫调节反应的细胞因子。TNF-α在组织损伤后早期12小时内即表达上调，与IL-1一起趋化炎性细胞与干细胞至受伤组织局部并刺激其分泌炎性细胞因子和生长因子。尽管这些细胞因子和生长因子对创伤修复有一定的促进作用，但是长期的过度表达则严重影响组织的修复与再生。因此，TNF-α对创伤后组织的修复效果受到其自身表达水平和作用持续时间的影响。

研究表明，低浓度时，TNF-α能促进胶原合成和增加其抗裂能力，从而促进伤口愈合。当高浓度持续作用时，则会过度刺激免疫细胞，促使其释放过量蛋白酶引发愈合延迟和愈合不良。成纤维细胞作为修复的主要效应细胞，也受到TNF-α的双向作用。在TNF-α表达水平低的时候，其主要刺激成纤维细胞增生，同时促进成纤维细胞合成胶原和细胞外基质;高浓度时则起到抑制胶原和细胞外基质合成的作用。TNF-α的浓度依赖性作用主要是因为不同浓度的TNF-α可以激活不同的信号通路从而发挥不同的生物学效应。低浓度时，TNF-α与TNFR 1结合后，激活JAK/STAT和酰基鞘氨醇(又称神经酰胺)信号传递途径，激活转录因子，促进成纤维细胞的增生与分化，胶原酶合成增加。而高浓度时，TNF-α通过激活TNFR 1相关死区蛋白质( TRADD)传递程序性死亡信号，从而抑制细胞增生。我们实验室研究也表明，低浓度的TNF-α( 0. 1ng/ml)能够抑制经典Wnt通路，从而促进PDLSCs的成骨分化;而高浓度TNF-α( 10ng/ml)则通过激活NF-κB信号通路发挥抑制PDLSCs成骨分化的作用。

IFN-γ为T细胞的趋化剂和活化因子，就像其他几种炎性因子一样，其在组织的修复与再生中也发挥着双重调控作用，主要体现在它的抗增殖、抗纤维化特性上。IFN-γ能促进胶原酶合成增加从而减少胶原合成和交联，以便正常组织重塑，防止瘢痕形成。然而因为对成纤维细胞增殖的抑制作用，IFN-γ又能抑制伤口的愈合。最近研究表明，IFN-γ可通过增强TNF-α信号对通路的激活效应以及直接抑制Runx2表达及从而抑制外源性BMMSCs的促进骨再生的作用。通过系统注射Foxp3+regulatory T细胞降低IFN-γ及TNF-α的浓度，可显著提高外源性BMMSCs促进骨再生的能力。

IL-1与TNF-α的生物学功能相似:①IL-1可以促进成纤维细胞合成分泌血小板衍生生长因子同时上调其受体表达，从而介导纤维细胞增殖及胶原合成增加，并促进细胞外基质的合成与分泌增加; ②IL-1能够活化巨噬细胞，激活NF-κB通路，促进相关炎性介质基因合成增加，如环氧合酶、黏附分子、细胞因子、一氧化氮合酶、趋化因子和急性期蛋白质等;③IL-1激活和趋化多形核白细胞，有利于创面清洁; ④IL-1亦可激活内皮细胞，促进其生长增殖，从而促进血管形成。此外，IL-1可以促进角化细胞生长和活化，并上调金属蛋白酶、明胶酶及纤维原活化因子等，从而促进基质重塑，有利于组织修复。然而，过高浓度的IL-1长期刺激，则能够明显抑制成纤维细胞的增殖及胶原合成。

IL-6对于组织再生与修复的双重调控作用与IL-1及TNF-α非常类似。IL-6促进炎症反应的具体效应见本章第一节，在组织修复的过程中，IL-6能促进成纤维细胞和角化细胞的增殖以及成纤维细胞的胶原合成。除此以外，IL-6通过促进角化细胞的分裂和迁移，能够发挥促上皮化的作用，因此当IL-6缺乏或表达不足时会影响机体的愈合能力，然而长时间持续过度表达也会像IL-1及TNF-α等其他细胞因子一样引起伤口愈合的瘢痕。

创伤后，IL-10应激性表达上调，并在此后的创伤修复的炎性反应中担任重要的调控作用。首先，IL-10能够抑制重要炎性因子的表达(如IL-1、IL-6、IL-8、TNF-α、MCP-1和MCP-1α等)，并且能够直接抑制巨噬细胞的抗原呈递功能来控制创伤后炎症反应的强度和时间，对终止炎症反应起着主要作用。其次，IL-10还能抑制中性粒细胞的浸润，抑制金属蛋白酶的产生等对组织修复的炎症反应有明显的抑制作用，从而直接影响创面的愈合。此外，IL-10对瘢痕形成也有明显的抑制作用。

IL-4在创伤愈合的中晚期表达上调，属于一种多功能抗炎因子。IL-4一方面抑制创伤愈合早期的炎症反应，包括下调炎性因子和抑制炎性细胞的活性;另一方面它促进成纤维细胞的增殖及合成和分泌胶原的能力、促进蛋白聚糖等细胞外基质合成增加。同时IL-4刺激细胞外基质沉积并诱导肉芽组织中肌成纤维细胞的分化。与众多炎性因子效果一样，当高浓度IL-4持续刺激后，可以通过激活肥大细胞而影响创伤愈合的过程。所以它在组织创伤的正常愈合期发挥了重要的作用。

　趋化因子作用广泛，除了趋化炎性细胞到损伤部位外，还影响胚胎发育、造血、血管生成、细胞生长以及调控炎性细胞的功能等多种生物学行为。参与创伤愈合的白细胞和一些骨髓来源的干细胞也可受到趋化因子的趋化和活化，生物学功能得到增强，从而有利于创伤愈合。四类趋化因子中，CXC家族和CC家族趋化因子主要参与创伤的修复过程，下面对这几种趋化因子进行阐述:

IL-8既属于白细胞介素家族的一员，同时也是趋化因子CXC家族重要的一员。类似的，IL-1也具有相同的双重身份，TNF-α作为肿瘤细胞生长因子的一员，同样也是趋化因子，这三者在组织创伤修复早期即有显著上调。IL-8主要由成纤维细胞和巨噬细胞合成分泌，是一种强烈的多形核白细胞趋化和激活因子，也是一种较弱的干细胞、单核细胞、T细胞、嗜碱性细胞和角质细胞的趋化剂。加上它能促进白细胞和上皮细胞的增殖，IL-8在创伤后的愈合过程，尤其是皮肤的伤口愈合中起着重要的作用。同样，适量表达水平的IL-8促进创伤修复，高浓度的持续表达则会影响愈合并且引起瘢痕增加。

单核细胞趋化蛋白和单核细胞炎性蛋白都是介导创伤愈合时单核细胞聚集的重要趋化因子，属于趋化因子CC家族的成员，在创伤后愈合早期表达即明显增加。此类趋化因子对单核细胞或巨噬细胞有强烈的趋化和激活作用。单核细胞趋化蛋白( MCPs)是一系列结构相似，分子量8～10kDa的具有趋化功能的细胞因子，一共包括MCP-1、MCP-2、MCP-3、MCP-4、MCP-5等五种类型。其中MCP-1与其受体CCR2在炎症反应、组织修复和血管形成中都具有重要作用。最近研究表明，MCPs还能增加NK细胞和淋巴细胞的细胞毒性与活性，具有辅助T细胞活化的新作用。

SDF-1属于CXC家族ELR-CXC亚型成员，主要促进淋巴前体细胞的分化。1997年首次报道SDF-1是第一个对人类CD34 ⁺祖细胞有明显趋化作用的蛋白质。SDF-1具有特异性的受体CXCR4，并且为CXCR4的唯一配体。SDF-1的主要功能有:①高效趋化炎性细胞;②为CD4 ⁺T细胞的共刺激因子，刺激CD4 ⁺T细胞的增殖;③诱导肿瘤细胞转移;④调控造血干细胞归巢和维持胚胎正常发育;⑤在缺血、缺氧以及机械损伤等应激情况下，是调节组织器官损伤修复的关键细胞因子。其中SDF-1α研究较多且功能更为明显。

SDF-1α促进组织修复的机制可能为:骨髓干细胞和炎性细胞沿SDF-1α的浓度梯度实现归巢和募集。因CXCR4通常表达于骨髓造血祖细胞表面，而这类干细胞是参与组织/器官特异性修复的特异性干细胞，比如骨髓衍生的角化干细胞、部分成纤维细胞(成纤维细胞的是否部分来源于骨髓祖细胞尚存争议)等。此外，SDF-1通过募集内皮祖细胞到损伤部位参与血管新生，促进损伤的修复与再生。

综上所述，任何炎性因子对组织的再生与修复都是双重作用，过犹不及。在研究炎症与组织再生关系的过程中，各炎性因子之间相互合作，相互调控，相互制约，因此，我们不能单独的观察某一个因子对组织再生的调控作用，要全面考量各种因素才能保证创伤后组织的修复与再生有序地进行。

在正常人体内，微环境为干细胞提供一个保护性微环境，不受外部诱导分化因素的影响而维持未分化状态。但当组织损伤发生后，干细胞周围的微环境便会向其发送信号，促进干细胞的自我更新或诱导其分化，从而完成对损伤部位的修复或者形成新的组织。

　炎症就是一种最为常见的微环境的影响因素。血管由内至外由内皮细胞、平滑肌细胞、干细胞构成。就拿炎性微环境对于造血干细胞( hematopoietic stem cell，HSCs)的影响为例，正常的平衡状态是血管组织为HSCs提供微环境保护干细胞，干细胞不断置换凋亡的内皮细胞和平滑肌细胞保持血管的平滑和运动功能。当炎症因素造成血管组织过度损伤后，微环境恶化、HSCs功能改变，无法完成对血管细胞的补充和修复，使血管纤维化，最终变得僵硬粗糙，从而引起高血压。

牙周炎是口腔第二大好发疾病之一，中老年人群中发病率高达80%以上，可造成牙周支持组织进行性破坏，最终导致牙齿脱落。此外，牙周炎还可以引发糖尿病、脑卒中、心脑血管等全身系统性疾病。因此，研究牙周炎的治疗意义重大。而现有的治疗方法(常规龈下刮治术及引导性组织再生、细胞因子诱导法等)不能获得牙周组织的完全再生，牙周膜干细胞的发现为牙周炎的治疗提供了全新的思路和方法。然而，由于牙周炎患者PDLSC的微环境在长期慢性炎症下发生改变，导致其生物学行为也发生了改变，给牙周炎患者使用自体PDLSC治疗牙周缺损带来了困难。

持续性的慢性炎症环境能降低原位组织中干细胞的多向分化和迁移能力，并通过改变干细胞内在分子信号的表达水平来抑制其组织再生修复的潜能。研究表明，IFN-γ可通过抑制成骨相关基因Runx2及增强TNF-α信号从而抑制外源性BMMSCs的促进骨再生的作用。通过系统注射Foxp3+ regulatory T细胞降低IFN-γ及TNF-α的浓度，可显著提高外源性BMMSCs胞促进骨再生的能力。外伤引起神经组织中的炎症能够改变神经干细胞的微环境，降低其分化能力，而通过实验炎性因子的抗体抑制炎症的发展可以部分恢复神经干细胞的再生潜能，从而促进损伤部位的修复。牙齿作为一个完整的器官，牙体组织的疾病和创伤为研究组织的修复和再生提供了一个非常完美的模型，这个模型可以应用到全身很多其他的组织器官。机械性损伤造成的轻度炎症可通过促进干细胞的聚集以及血管生成而促进组织的修复与再生。牙周炎的慢性炎症微环境，显著抑制PDLSCs的成骨分化能力，从而导致骨丢失增加，我们实验发现，是由于经典与非经典Wnt通路平衡失衡所致，通过调控经典Wnt通路，能够部分调节PDLSCs的再生能力。

　尽管炎性微环境会对干细胞带来诸多不利，但在某些情况下，炎症反应却是组织修复必不可少的环节。Glass等在实验过程中，发现TNF-α对于人的骨髓间充质细胞( BMMSCs)有促进成骨作用，而对于大鼠或小鼠的成骨细胞( osteoblasts)则有抑制作用。作者认为TNF-α在低浓度时，促进细胞迁移，随浓度增加，TNF-α的细胞趋化作用下降，促成骨能力增加。而过高的TNF-α浓度却会阻碍骨折的愈合，同时增加破骨细胞的数量。因此，作者认为TNF-α可通过募集肌肉来源的MSCs并促进其分化来修复骨折。当发生骨折时，TNF-α的浓度以骨折处为中心向周围逐渐降低，存在着浓度梯度。在骨折的修复过程中，在骨折远处的肌肉组织中TNF-α浓度较低，通过直接或间接作用促进细胞迁移。当细胞迁移至骨折处时，TNF-α浓度增高，抑制细胞的进一步迁移，促进局部成骨。这些结果表明，局部炎症的发生，特别是TNF-α的表达，可加速骨的形成，获得更好的临床效果。然而在像诸如牙周炎等慢性炎症疾病中，TNF-α的表达持续增加，而过高的TNF-α显著抑制干细胞的分化能力，使得炎性微环境中骨丢失进行性增加，最终导致牙齿脱落。

干细胞微环境不仅仅是一个结构位点，更重要的是它能够提供特殊的信号来调节干细胞的功能。我们可以把微环境看成是干细胞的贮藏场所，它既避免干细胞被过多消耗，又防止干细胞的无限增殖，还保护着干细胞免受来自外环境的损伤。微环境的正常与否决定着干细胞能否行使正常的功能。适当的环境因素刺激时，微环境会做出响应并形成新的平衡，保护干细胞不受伤害;但过度的环境刺激会突破微环境的调节限度，对干细胞造成伤害从而导致疾病的发生。

组织修复( tissue repair)包括了创伤愈合( wound repair)和组织再生( regeneration)两个层次。创伤愈合是一种不完全再生，即通过结缔组织增生来关闭创面或者填补缺损，以修复损伤部位的组织，完全丧失损伤组织器官的结构和功能或者仅能部分恢复其结构功能。而再生是指成体动物在机体受到严重创伤或者丢失部分组织器官后能够完全恢复到伤前的结构和功能，多见于低等动物。据大量的文献报道，免疫调节机制的不同是导致不同种属动物之间再生能力差异的主要原因，即在生物界存在着越是低等的动物再生能力越强，而随着生物物种的进化其再生能力逐渐消失。哺乳动物的创伤愈合与组织修复的病理生理过程分为:局部炎症反应期、细胞增殖分化以及肉芽组织形成期(即增生期)和组织重建塑性期(塑形期)三个阶段。尽管调节创伤愈合反应可以促进哺乳动物的组织修复，但不可能达到组织完全再生。炎症反应阶段是创面修复的初始阶段，它的强弱将显著影响组织的增生期和塑形期并对修复结局产生重要的影响。例如，免疫功能低下或正在接受免疫抑制药物治疗者，创面愈合与组织再生均会受到严重影响，导致愈合延迟甚至不愈合。有关免疫和组织修复与再生的关系我们将在三篇第二章中详细讲述。

随着对哺乳动物组织修复与再生的研究越来越多，再生微环境的重要作用更加清晰。这一环境包括许多成分，包括从再生所处的理化环境到全身的电生理和激素水平，特性多样且纷繁复杂。随着实验方法的复杂化，过去被认为再生与环境影响无关的割伤，都已证实受小范围环境的高度影响。因此，微环境甚至是纳微环境在影响细胞在损伤之后的分化方向、分化能力中的作用越来越被重视。

在组织修复的初期，与炎性细胞的接触反应是影响再生的重要决定因素。例如哺乳动物骨骼肌细胞的再生能力在有大量急性炎症细胞存在的情况下是减弱的，这或许是由于大量活性氧释放所致，活性氧的存在抑制卫星细胞的分化。在损伤后初期，血小板、血液来源的炎症细胞激活多种生长因子的级联反应。血小板分泌血小板来源的生长因子，这是一种巨噬细胞的化学诱导剂，同时也是成纤维细胞增殖促进因子。巨噬细胞对于哺乳动物的再生十分重要的，不仅仅是因为巨噬细胞能够吞噬创伤组织的碎片，而且他们能够分泌种类非常丰富的细胞因子，包括表皮生长因子和转化生长因子家族，他们能够刺激细胞运动、增殖，还包括FGFs和血管内皮生长因子，这些能够增加血管渗透性，促进血管化等。

炎症对组织修复与再生的双向调控作用，很可能是因为炎性微环境对于干细胞的影响是双向的，而成体干细胞在维持组织动态平衡和疾病缺损后的修复再生方面具有重要作用所致。研究显示，炎症通过产生大量炎性因子来改变成体干细胞的微环境，从而影响干细胞介导的组织再生;而输入体内的干细胞能选择性地聚集于炎症组织中，表明干细胞能“感知”局部微环境的信号。因此，炎性微环境对于组织的修复和再生也具有双向调控作用。既然是双向调控，能否发挥其有利作用而抑制不利反应将是组织修复与再生的关键。研究表明，MSCs能调节机体系统的免疫功能和反应，其表达的多种趋化因子受体如CXCR4能够促进MSCs聚集到炎症部位，进而抑制参与炎症过程的细胞增殖和活化。此外，MSCs能够与多种免疫细胞如T细胞、NK细胞和树突状细胞的相互作用产生抗炎效应，其机制主要是由干细胞在受到炎症因素刺激后，其分泌的可溶性因子尤其是TGF-β和HGF抑制免疫细胞增殖并促进其凋亡。上述研究表明炎性环境在刺激干细胞免疫调节功能的同时，降低了干细胞的再生能力，说明微环境对干细胞影响的重要性和复杂性，提示有可能通过调整微环境来达到影响干细胞功能的目的。