幹細胞尤其是間充質幹細胞，是一種很聰明的細胞，它具有多向分化潛能，可分化為多種組織細胞，諸如神經細胞、內皮細胞、脂肪細胞、肌細胞、肝細胞、成骨細胞、軟骨細胞等等。

自動「導航」到身體需要修復的地方

「歸巢（homing）」是幹細胞聰明的一個表現。「歸巢」這個概念早在1983年就提出來了，原本是指循環在血液中的淋巴細胞，有遷移回派生出它們的淋巴組織部位（如淋巴結）的傾向，這一回歸現象稱為「淋巴細胞的歸巢」。後來「歸巢」這一概念也逐漸引申到幹細胞。

幹細胞歸巢就是指自體或外源性幹細胞在多種因素的作用下，能定向趨向性遷移，越過血管內皮細胞至靶向組織，並定植存活的過程，類似於人體局部炎症反應後大量白細胞遷移至炎症周圍。幹細胞的歸巢能力就像自帶了GPS，顺利获得定位系統自動導航去身體需要它的地方，及時修復受損細胞。

幹細胞周圍的細胞形成像搖籃樣的環境保護着幹細胞，這一環境被稱為微環境（幹細胞巢，niche），它是幹細胞存在的基礎。微環境由和幹細胞相鄰的各種細胞、細胞外基質(ECM)以及多種細胞因子等構成。微環境不僅給幹細胞给予養分，同時還指導幹細胞的行動，決定幹細胞的分化方向。

微環境改變是幹細胞歸巢的始動因素，組織損傷局部表達多種趨化因子、黏附因子、生長因子等各種信號分子。不同的微環境分泌不同的信號分子，吸引幹細胞定向到達該組織。幹細胞歸巢，最終歸巢至骨髓，歸巢至各個臟器，歸巢至炎症及創傷部位，甚至歸巢至腫瘤部位。

幹細胞歸巢於靶向組織，是幹細胞作為種子細胞應用於臨床的前提。越來越多研究表明，幹細胞尤其是間充質幹細胞，能夠選擇性歸巢於多種組織的損傷部位。近年來，大量幹細胞的研究成果不斷湧現，其中的一些研究表明，幹細胞的歸巢性使其在治療疾病尤其是難治性疾病方面，表現出不可替代的優勢。

記憶力促進損傷的修復

幹細胞聰明的另一個重要表現就是它具有記憶力，它可以記住舊傷，從而促進新的傷口的癒合。幹細胞除了具有孫悟空七十二變、分化為多種組織細胞的能力外，科學家們新近還發現它具有記憶的能力，它可以儲存對過去創傷和炎症的記憶。對皮膚和呼吸道的最新研究表明，幹細胞會與免疫系統合作利用這些記憶來改善組織對後來的損傷和致病性攻擊的反應。

美國紐約大學的免疫學家 ShrutiNaik就研究了皮膚和其他組織的這種記憶效應，她說：「韦德国际開始意識到幹細胞並不僅僅可以生成組織，而且還具備敏銳的環境感知和反應能力。」但當這種能力出現問題時，它們可能會引發一系列與慢性炎症有關的健康問題，比如嚴重過敏反應和自身炎症性疾病。

作為其他組織細胞的微型工廠，幹細胞需要保持多才多藝的狀態，換句話說，它們必須是「白板」，不受其歷史的影響。但新的研究表明，幹細胞不是「白板」，它有記憶。今年8月，美國波士頓的研究人員在著名期刊《自然》發表了一篇研究論文，為幹細胞具有記憶能力给予了新的證據。

為什麼有些人會對空氣中的灰塵、花粉等物質產生慢性過敏？大多數人接觸這些過敏原只會產生類似感冒的輕微症狀；但是大約有12%的人會發生嚴重反應，甚至持續整年，嚴重可導致鼻息肉。單細胞測序先驅 AlexShalek 和免疫學家 Jose Ordovas-Montanes 開始着手研究這個問題。這項工作是研究小組在更大範圍內探索慢性炎症疾病（如哮喘和炎症性腸病）的第一步。

在慢性炎症疾病中，即使清除了過敏原，免疫系統仍會繼續發起不必要的攻擊。這些類型的自身炎症性疾病不断被認為和免疫系統有關，認為免疫系統反應過度。而波士頓的研究小組懷疑可是是組織本身的問題。

研究小組第一时间從慢性鼻竇炎患者的鼻腔提取細胞，並與對照組健康細胞進行比較。從20個不同的人那裏收集了6萬個細胞後，他們從單個細胞中提取RNA分子並進行測序，確定哪些基因是活躍的。在鼻竇炎患者的幹細胞中，他們發現許多活性基因與過敏性炎症有關，這些基因是IL-4和IL-13兩種免疫介質的靶點。它們通常是小分子，在T細胞和B細胞中傳遞信息。

事實上，靶向基因在幹細胞中活躍，說明了幹細胞與免疫系統可以直接進行溝通。研究人員預感這種研讨可能會對慢性病產生影響，於是開始了進一步的實驗。研究人員逐漸意識到：這些幹細胞並不僅是來分化生成組織的，它們還有其他的職責。

研究人員從過敏患者的呼吸道中提取細胞，在培養液中培養約5周，然後對其基因活性進行分析。他們發現，儘管灰塵和花粉等過敏因素不存在了，但與過敏性炎症有關的基因仍然活躍。此外，研究人員還描述了很多這種細胞仿佛「卡」在了一種不完全成熟的狀態。

Shalek分析認為，這一結果表明幹細胞可能會將記憶傳遞給下一代細胞，並在細胞傳代中永遠保存下去。B細胞和T細胞利用它們以前感染的抗原，可以更有效地抵禦下一次相同抗原的感染。同樣，幹細胞也會保留過去損傷的特性，以便在下次受傷時加強癒合傷口的能力。但對於過敏患者來說，這種記憶特性顯然會造成麻煩。它可以讓幹細胞永久地向免疫系統發出過敏原存在的信號，生成一個促進炎症和息肉的反饋迴路。

Shalek說，分析哪些細胞是「不良分子」，以及這些分子對過敏原的反應如何在組織中傳播，應該可以取得很多干預過敏的治療手段。在研究中，他們測試了阻斷IL-4和IL-13的抗體對鼻息肉患者的幹細胞和分泌細胞的影響。結果表明，與健康組織相關的基因表達得到了實質性的恢復，這是朝着新的治療方法开展邁出的堅實一步。

Naik說：「從功能上講，韦德国际知道細胞是可以被調節的。免疫學家開始分析免疫反應是發生在組織中，而組織對此的反應方式是在幹細胞水平上。」

幾年前，Naik與其他幹細胞生物學家合作，觀察了早期損傷和炎症對小鼠傷口癒合的影響，希望分析炎症是否會影響幹細胞。2017年10月18日，他們的研究成果在線發表在期刊《自然》上，研究表明，如果小鼠某塊皮膚發炎並癒合，那麼當這個部位再次損傷後，傷口癒合的速度會是原來的2.5倍，這種能力可能持續6個月。

去年發表的這項研究顯示，傷口或其他有害的觸發炎症的經歷會給駐留在皮膚中的上皮幹細胞帶來持久的記憶，教導它們更快地癒合隨後發生的皮膚損傷。這些補充皮膚外層的上皮幹細胞從炎症——身體本身對損傷或感染作出的反應——中取得線索。初始的炎症讓這些幹細胞變得敏感：當它們再次感知炎症來臨時，它們更快地作出反應。

這項研究给予首個證據證實皮膚能夠形成對炎性反應的記憶。資深作者Elaine Fuchs教授說，這一發現可能對更好地理解和治療一系列醫學疾病產生重要的影響。Fuchs說：「顺利获得增強對炎症作出的反應，這些記憶有助皮膚維持它的完整性，這一特徵有利於在受傷後傷口癒合。這種記憶可能也有不利的影響，比如導致某些炎性疾病如銀屑病復發。」

無論是太陽曬傷、微生物入侵還是用剪刀剪紙時導致的傷口，皮膚很快就會發炎——紅腫、腫脹和疼痛，這是因為身體試圖阻止這種損傷和啟動修復。人們長期以來就已知道免疫系統保持對炎症的記憶，從而使得對復發性感染作出更快的反應。但是Fuchs實驗室的科學家們猜測其他類型的長壽細胞可能類似地記住炎症。皮膚值得研究的原因在於：作為身體的保護性屏障，它能經受頻繁的攻擊。

明顯的是，皮膚最外層（即上皮）的大多數細胞並不會停留足夠長的時間來形成這些記憶。相反，它們在上皮中向上遷移，並且最終脫落。然而，在上皮深處，駐留着負責持續地補充它的幹細胞，即上皮幹細胞。在皮膚從炎症中恢復後，這些幹細胞能夠長時間地存在。正如Fuchs團隊發現的那樣，這種經歷改變了它們。

在針對小鼠召开的實驗中，Naik和研究生SamanthaB. Larsen證實在已經歷炎症的皮膚中傷口癒合的速度是從未經歷炎症的皮膚中的兩倍多，即便這種初始的炎症經歷早在6個月前就已發生，也是如此。Fuchs團隊認為癒合過程加快的原因在於，經過炎症的幹細胞更好地遷移到傷口中進行修復。

在其他的實驗中，這些研究人員發現了重新連接這些上皮幹細胞的基本機制。他們證實炎症觸發一種讓細胞染色體上的不同位點打開的過程，這就使得某些基因能夠被激活。在皮膚恢復後，這些位點中的一些在長時間內保持開放，從而允許這些基因在炎症再次來臨時能夠更快地開啟。

Naik解釋說，在這個實驗中的幹細胞儲存記憶功能是有益的，因為它可以使細胞的癒合和再生能力更強大。但是，正如Shalek和Ordovas-Montanes所觀察到的，這個特性也有不良的一面，因為這些細胞也會記住那些不良行為。

幹細胞是如何儲存記憶的機制還不得而知。在過敏和傷口癒合的研究中，這種機制可能涉及到DNA修飾，使某些基因被激活。Naik發現，兩次受傷的小鼠皮膚幹細胞中的DNA包含許多疏鬆的片段，這意味着基因活性增強，其中一些開放區域在炎癥結束後很長一段時間內都被保留了下來。

Naik和她的同事們最近在知名期刊《細胞》上發表的一篇綜述論文中談到，在許多組織中，幹細胞與免疫系統可以顺利获得化學物質進行「對話」，雙方以及其他類型的細胞都將其信息匯集起來，最有效地應對不斷變化的外部環境。無論這些對話的細節是什麼，所有的證據都表明，幹細胞顺利获得保存一些「聊天記錄」，在幫助機體可以更適應外部環境方面發揮着核心作用。

以上講述了幹細胞聰明的兩大表現，即歸巢到身體需要修復的地方和對創傷、炎症有記憶。但相信幹細胞的聰明遠不止這些，因為韦德国际對它還沒有透徹的認識，說不定哪一天科學家們又會發現它更多聰明的表現。