肝脏被切掉三分之二,还能自己长回来,这是肝脏在医学界最著名的“超能力”。但肝脏是怎么知道什么时候该生长了?又是用什么信号启动修复的?最近,科学家们发现:它不仅是一场“生化反应”,还是一场“力学”的平衡。
神话里的肝脏,真的能“长回来”吗?
古希腊神话中,普罗米修斯因为盗取火种送给人类,被宙斯锁在高加索山上,每天让鹰来啄食他的肝脏,以示惩罚。但到了第二天,肝脏又会重新长出来,鹰又来啄食,如此周而复始。
神话当然不是医学证据,但有意思的是,几千年后的现代医学发现:肝脏确实拥有其他实体器官少见的强大再生能力。
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神话中的普罗米修斯与“肝脏再生”。左图为普罗米修斯盗取火种,右图为受罚后被鹰啄食肝脏。图源:wiki
这种能力,在医院每天都在进行的肝脏手术中,有最为直接的体现。为了挽救患有终末期肝病的亲人,一名健康供者可以捐出自己的一部分肝脏移植给他。移植完成后,不仅供者体内剩下的肝脏会逐渐增大,移植到受者体内的那部分肝组织也会随身体需要慢慢增大。
肝癌切除手术也是类似的场景。有些肿瘤位置特殊或者范围较大,为了彻底切除病灶,需要进行半肝甚至范围更大的肝切除。患者和家属经常会问:“医生,肝都切掉这么多了,以后还够用吗?”
这个问题的答案,正建立在肝脏强大的再生能力之上。
对于大多数器官而言,“切掉一块”往往意味着永久少了一块。肝脏却很特别——只要剩余肝组织足够健康、血流条件合适,身体就会启动一套复杂的修复程序,让剩下的肝逐渐增大,重新承担身体所需要的工作。
肝脏所谓的“再生”,到底是怎么长回来的呢?
肝脏的再生,其实并不像壁虎断了尾巴之后,原封不动地在原位置,长出一条一模一样的,而是切掉一部分后,剩下的肝脏在“扩容”。肝切除以后,幸存的肝细胞首先可以迅速变大,也就是医学上所说的“肥大”;随后,大量肝细胞重新进入细胞周期并增殖,使剩余肝组织逐渐扩张。
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亲体肝移植后的肝脏再生。供者捐出部分肝脏后,剩余肝组织会逐渐增大,通过细胞肥大和增殖恢复足够的体积与功能。图源:mayo clinic
如果把肝脏比作一栋办公楼,肝切除并不是把拆掉的楼层重新按原图建回来,而是剩下的办公空间先“扩容”,随后增加更多可以工作的“工位”,最终重新达到身体所需要的处理能力。
因此,临床上我们真正关心的并不是肝脏能否恢复原来的形状,而是它能不能重新获得足够的体积和功能。这也是肝脏再生最神奇的地方:它似乎知道身体需要多大的肝脏。少了,它会增长;达到一定程度后,又会逐渐停下来。
没人给它下命令,肝脏怎么知道自己该长了?
这正是肝再生研究中一个非常有意思的问题。
过去几十年,人们已经知道,肝切除或肝损伤以后,身体会产生大量生长因子、细胞因子,并启动一系列细胞信号通路。它们就像一封封“化学通知”,告诉原本安静工作的肝细胞:现在需要增加人手,该进入增殖状态了。
但今年(2026年)7月,中国西安交通大学第一附属医院王胜鹏团队在《科学》杂志发表的一项研究,为这套机制又补上了一块非常有意思的拼图:除了接收化学通知,肝细胞还会直接感受“力”的作用。
部分肝脏被切除以后,剩余肝组织承担的压力就随之发生改变。研究人员发现,肝细胞会迅速变大,细胞膜变得更紧,局部组织也变得更硬。其中一部分肝细胞尤其擅长感受这种变化,它们的细胞膜上高表达一种叫作PIEZO1的蛋白,相当于一种安装在细胞膜上的“压力感应器”。
当肝细胞变大、细胞膜受到拉伸,周围力学环境发生变化时,这个感应器就会被激活,打开通道,让钙离子进入细胞,再启动后续一连串促进生长和增殖的信号。研究人员还用小鼠进行了很直观的双向验证:把小鼠这些肝细胞中负责编码这种“压力感受器”蛋白的基因关掉,小鼠肝细胞的增殖明显减少,肝脏恢复变慢;反过来,增强基因的表达能力,肝细胞增殖和肝脏恢复速度都会加快。
所以,这项研究并不是说过去关于生长因子和细胞因子的理论错了,而是让我们看到了一幅更加完整的图景:肝脏再生不仅仅是一场“生化反应”,也是一场“力学”的平衡。
细胞不仅能“听见”化学信号,还能感受到自己正在被拉伸、挤压,以及周围组织变软还是变硬,再把这种物理变化翻译成细胞能够理解的生长指令。
找到了“开关”,以后能不能让肝脏长得更快呢?
如果通过基因操控的方法,能让肝脏生长加速,那很多患上肝癌或者其他严重肝病的患者,或许还有生存的希望。
这恐怕也是这项研究最令人期待的地方:既然增强 PIEZO1 功能可以让小鼠肝脏再生得更快,那么未来有没有可能设计药物,在肝功能不足或者大范围肝切除之后,适当地“推一把”,帮助患者更快恢复?理论上,这项研究提供了一个新的潜在靶点,但距离真正用于临床还有相当长的路。
事实上,对肝脏外科医生来说,“想办法让肝长大”并不是一个全新的概念。临床上,已经有一些方法可以利用肝脏自身的再生能力。
比如,有些患者的肿瘤看似可以切除,但为了切除干净可能需要切掉一大半肝脏,导致剩余肝脏太小,这样即便手术本身能完成,但术后患者的肝脏功能可能无法恢复,发生严重的肝切除术后肝衰竭,也让手术功亏一篑。这时,可以考虑门静脉栓塞(PVE)技术,把准备切除的那一部分肝脏血流堵住,“欺骗”保留部分肝脏提前代偿性增大,一段时间后再进行手术,增加成功率。
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肝脏手术部分切除后的肝脏再生。左图白线圈出一位肝病患者拟切除的肝脏区域;右图为切除目标区域后,剩余的肝脏相比于术前明显增大,接近原有肝脏体积。
不只肝脏,身体里其他的细胞也会感受到“力”的作用
我们习惯认为,细胞之间主要靠激素、生长因子和各种化学分子传递信息。但实际上,细胞一直生活在一个充满“力”的环境里:血液流过血管会产生剪切力,心脏每一次跳动都会带来反复拉伸,骨骼承受体重和运动产生的压力,皮肤受伤后周围组织的软硬和张力也会发生变化。细胞能够感受到这些变化,并把它们转化成内部的生化信号,从而改变自己的生长、迁移和修复行为。
这些正是近年来越来越受到重视的交叉学科——力学生物学(Mechanobiology)的研究内容,其目标是研究力学环境对生物体健康、疾病或损伤的影响,阐明机体的力学过程与生物学过程如生长、重建、适应性变化和修复等之间的相互关系。以此为基础,研发出有疗效的或有诊断意义的新技术,促进生物医学基础与临床研究的发展。
比如,皮肤伤口修复就与局部组织张力有关。伤口周围的细胞不仅接收炎症和生长因子的“化学通知”,也会感受到组织被牵拉、细胞外基质变硬等变化,逐渐愈合。但这种作用并非总是“越强越好”,皮肤张力过大,也可能推动成纤维细胞活化和瘢痕、纤维化形成。
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减张促进皮肤切口愈合。切口愈合过程中,如果切口缝合欠佳,张力过大,会加重瘢痕形成(左)。伤口减张装置可降低局部张力,使切口在更稳定的力学环境中愈合,有助于减轻瘢痕(右)。
心脏作为一个“动力十足”的器官,则几乎从出生起就在不断承受机械刺激。每一次收缩和舒张,都意味着心肌细胞被拉伸、回缩。机械信号能够影响心肌细胞和心脏成纤维细胞的行为,影响心脏发育和损伤后的修复的结果。虽然目前医学界普遍认为心肌难以再生,一次“心梗”发作,就会让心脏损失掉一块跳动的肌肉组织,但一些动物研究发现,调节某些力学相关信号可以促进心肌细胞重新进入增殖状态。不过,成年人的心脏再生能力仍远弱于肝脏,目前距离真正让梗死后的心肌“重新长回来”仍很远。
而骨骼作为身体的“应力器官”,也是一个很直观的例子。负重和运动可以促使骨组织适应性重塑,加速骨折的康复过程,而长期卧床、失重则容易导致骨量下降、骨质疏松、容易骨折。这背后同样涉及细胞把机械刺激转化为生物学反应。“用进废退”并不只是一个生活经验,在细胞层面确实存在一整套感受力和响应力的机制。
所以,本次肝脏再生相关的研究也再次提醒我们:人体组织并不是只靠化学语言交流,除了那些直觉上就在跳动、受力的器官之外,压力、拉伸等力的信号,也可能是细胞之间的一种“通用语言”,广泛存在于各种器官组织中。
不过,虽然各种和力学相关的生物学研究看似有趣,而且有应用前景,但我们对其期待需要保持克制。不同器官的再生能力差异巨大,肝脏、皮肤、肠道和骨骼的修复能力较强,而成年心脏、中枢神经系统等器官的再生能力非常有限。发现某种力学信号参与修复,并不意味着只要操纵这个信号,就能让任何器官按照理想的状态修复和再生。
从动物实验走向真正安全可行的治疗方法,向来都有相当长的一段路要走。
参考文献
[1]. Science. Zonated mechanosensing by PIEZO1 controls liver regeneration. 2026.
[2]. Michalopoulos GK. Liver regeneration. Journal of Cellular Physiology. 2007.
[3]. Soykan EA, et al. Predictive Factors for Hypertrophy of the Future Liver Remnant After Portal Vein Embolization: A Systematic Review. CVIR. 2021.
[4]. Bell RJ, et al. Portal vein embolization versus dual vein embolization for management of the future liver remnant. BJS Open. 2022.
[5]. Sandström P, et al. ALPPS Improves Resectability Compared With Conventional Two-stage Hepatectomy: LIGRO Trial. Annals of Surgery. 2018.
[6]. Kuehlmann B, et al. Mechanotransduction in Wound Healing and Fibrosis. Journal of Clinical Medicine. 2020.
策划制作
作者丨皮卡龙妙蛙 清华大学医学博士
审核丨陶宁 生物医学领域 副研究员
策划丨高佩雯 江帆
责编丨王梦如
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