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再生（regeneration）是生物界普遍存在的现象，从无脊椎动物到人类，都具备再生的本领。广义的再生包括细胞水平、组织和器官水平及个体水平的再生。
从生物学角度，再生是指生物体损伤或部分缺失后重建的过程。不同的有机体，其再生能力有明显的差异。一般来说，植物比动物再生能力强，低等动物比高等动物再生能力强。从只有二胚层的腔肠动物水螅中部切下仅占体长5%的部分，便可长成完整的水螅；具有三胚层的扁形动物涡虫同样具有极强的再生能力，涡虫也因此成为研究机体再生及干细胞增殖与分化的一种常用模式生物。而两栖类却只能再生形成附肢，人和其他高等动物只具有组织水平（除外肝）的再生能力。再生的能力通常随个体年龄增大而下降。
从病理学角度，再生可分为生理性再生及病理性再生。生理性再生指在生理过程中，有些细胞、组织不断老化、消耗，由新生的同种细胞不断补充，以保持原有的结构和功能的再生。例如，表皮的表层角化细胞经常脱落，由表皮的基底细胞不断地增生、分化，予以补充；消化道黏膜上皮约1~2d就更新一次；子宫内膜周期性脱落，又由基底部细胞增生加以恢复；红细胞寿命平均为120d，白细胞的寿命长短不一，短的如中性粒细胞，只存活1~3d，因此需不断地从淋巴造血器官输出大量新生的细胞进行补充。现在理论认为再生需要一定数量自我更新的干细胞或具有分化和复制潜能的前体细胞。其中，成体干细胞（adult stem cells，ASCs）在再生过程中发挥重要作用，这些成体干细胞存在于骨髓和特定组织中，在相应组织发生损伤后，通过动员原位或骨髓中的成体干细胞完成组织修复。病理性再生指的是在病理状态下细胞、组织缺损后发生的再生，通过再生使受损组织得以修补、恢复，完全或部分恢复原组织的结构和功能。
再生现象从另一个侧面反映了细胞的全能性。再生过程的本质被认为是去分化和再分化的过程。即分化细胞失去分化特性，重新进入未分化状态，进而分化为同一种细胞（再分化）或另一种细胞（转分化）的过程。以两栖类动物蝾螈的肢体切除为例，伤口处部分细胞凋亡，表皮细胞封闭伤口形成顶帽，顶帽下方皮肤、肌肉、骨和软骨细胞、神经细胞、成纤维细胞等去分化，形成间充质或成纤维细胞样的细胞团——再生芽基（regeneration blastema），芽基细胞增殖再分化形成以有序方式排列的从肱骨直至指骨的完整附肢。另一经典例子是蝾螈沃尔夫晶体的再生，若将发育中的蝾螈晶体摘除，其背面虹膜上含黑色素的平滑肌细胞就会去分化，失去黑色素和肌纤维，然后再分化或转分化成为产生晶体蛋白的晶体细胞。
再生是一个复杂的过程，涉及多种细胞、信号分子及相关信号通路。当机体组织器官受损时，首先，局部受损组织快速对损伤做出应答反应，释放内源性细胞信号，细胞接收信号后启动基因转录和调控，实现创伤的稳态平衡；继而，伤口处细胞重新进入细胞周期，促进细胞增殖、分化和迁移，完成组织器官的修复和再生。不同物种再生能力存在巨大区别，然而迄今为止对参与再生的细胞种群，调控再生的分子机制，以及不同组织器官如何对损伤做出应答反应等，尚存在诸多未知领域。综上所述，如何启动促使细胞再生的开关，利用生命机体的再生潜能，快速有效地完成损伤修复，实现多种组织器官的完美再生，达到治愈疾病的目的，成为基础和临床研究的热点。
不同种类细胞具有不同的再生能力，取决于细胞周期时程的长短。就个体而言，幼稚组织比高分化组织再生能力强；平时易受损伤的组织及生理状态下经常更新的组织有较强的再生能力。按再生能力的强弱，可将人体细胞分为三类。
又称持续分裂细胞（continuously dividing cell）。这类细胞总在不断地增殖，以代替衰亡或破坏的细胞，如表皮细胞、呼吸道和消化道黏膜被覆细胞、男性及女性生殖器官管腔的被覆细胞、淋巴及造血细胞、间皮细胞等。成体干细胞的存在是这类组织不断更新的必要条件，如表皮的基底细胞和胃肠道黏膜的隐窝细胞，在每次细胞分裂后，子代之一继续保持干细胞的特性，另一个子代细胞则分化为相应的成熟细胞，以补充皮肤表皮细胞和胃黏膜上皮的丢失。
又称静止细胞（quiescent cell）。这类细胞在生理情况下增殖现象不明显，处于静止期（G 0 ），但受到组织损伤的刺激时，则进入DNA合成前期（G 1 ），表现出较强的再生能力。包括各种腺体或腺样器官的实质细胞，如胰、涎腺、内分泌腺、汗腺、皮脂腺和肾小管的上皮细胞等。器官的再生能力由其复制潜能决定，而非处于分裂期的细胞数量，如肝脏处于分裂期的细胞数量低于1/15 000，但在切除70%后仍可快速再生。
又称非分裂细胞（nondividing cell）。包括神经元和神经节细胞、骨骼肌细胞及心肌细胞。这类细胞一旦遭受破坏即永久性缺失。
不同组织由不同的细胞类型组成，决定了其不同的再生能力及再生过程，再生过程受多种增殖及分化相关的信号分子及信号通路调控。以肝组织、血管及纤维组织再生为例阐述不同组织的再生过程及机制。
肝脏再生是一个多细胞共同参与，多因素共同调节控制的复杂过程。在生理状态下，肝脏为相对静止的器官，但是在肝叶部分切除或者致病因素所致的肝组织受损后，残存的肝细胞及肝内其他细胞（内皮细胞、库普弗细胞、成纤维细胞等）将按一定的先后顺序依次进入增殖状态，以此来补充肝细胞的数量及代偿肝脏的功能。肝细胞的再生能力活跃，肝在部分切除后，通过肝细胞分裂增生，短期内就能恢复原来肝脏的大小。肝细胞再生过程主要包括三个阶段：①启动阶段，通过IL-6和肿瘤坏死因子-α（tumor necrosis factor-α，TNF-α）等细胞因子的作用激活处于G 0 期的肝细胞进入G 1 期；②增殖阶段，IL-6/STAT3信号通路及EGF、肝细胞生长因子（hepatocyte growth factor，HGF）和转化生长因子-α（TGF-α）等在肝细胞的增殖生长中发挥重要作用。其中信号转导因子和转录激活因子3（signal transducers and activators of transcription 3，STAT3）能控制细胞周期从G 1 期向为S期进展；③终止阶段，主要通过肿瘤坏死因子-β（TNF-β）及细胞因子信号通路的反馈抑制对肝脏再生的负性调控从而使细胞停止生长。此外，肝脏损伤在肝脏修复愈合的过程中都不可避免伴随肝纤维化的过程。肝纤维化发生的核心和始动环节是肝星形细胞的激活。目前已确认在肝脏的黑林管（Hering’s canal），即肝实质细胞和胆管系统结合部位存在干细胞，具有分化成胆管上皮细胞和肝细胞的双向潜能。在肝功能衰竭、肝癌、慢性肝炎和肝硬化时，可见此种细胞明显增生，参与损伤肝脏的修复。
毛细血管的再生过程又称为血管生成（angiogenesis），是以生芽（budding）方式来完成的。毛细血管再生是一个复杂的过程，涉及多种调控血管生成的信号通路和相关信号分子（血管新生的分子机制详见第八章）。过程简述如下：首先在蛋白酶作用下基底膜分解，该处内皮细胞分裂增生形成突起的幼芽，随着内皮细胞向前移动及后续细胞的增生而形成一条细胞索，数小时后便可出现管腔，形成新生的毛细血管，进而彼此吻合构成毛细血管网。增生的内皮细胞分化成熟时还分泌Ⅳ型胶原、层粘连蛋白和纤维粘连蛋白，形成基底膜的基板。周边的成纤维细胞分泌Ⅲ型胶原及基质，组成基底膜的网板，本身则成为血管外膜细胞，至此毛细血管的构筑完成。新生的毛细血管基底膜不完整，内皮细胞间空隙较大，故通透性较高。为适应功能的需要，这些毛细血管还会不断改建，有些管壁增厚发展为小动脉、小静脉，其平滑肌等成分可能由血管外未分化间叶细胞分化而来。新生血管作为肉芽组织的主要成分，在机体创伤修复过程中发挥重要作用。
纤维组织再生的过程是机体损伤后纤维性修复的核心和最终结局。其中成纤维细胞增殖信号的启动是关键环节。
（1）成纤维细胞增殖：
肉芽组织富含新生血管，血管内皮生长因子（vascular endothelial growth factor，VEGF）除了可以促进血管生成外还能增加血管的通透性。血管通透性的增加可以导致血浆蛋白，如纤维蛋白原和血浆纤维粘连蛋白在细胞外基质中积聚，为生长中的成纤维细胞和内皮细胞提供临时基质。多种生长因子可启动成纤维细胞向损伤部位的迁移及随之发生的增殖，包括TGF-β，血小板源性生长因子（platelet-derived growth factor，PDGF），EGF，FGF和促纤维化性细胞因子如IL-1和TNF-α。这些生长因子来源于血小板和各种炎细胞以及活化的内皮细胞。TGF-β因其在纤维组织积聚中发挥多种作用，被认为是引起感染性纤维化的最重要的生长因子。肉芽组织中大多数细胞都可产生TGF-β，引起成纤维细胞迁移和增殖、胶原和纤维粘连蛋白合成增加、降低金属蛋白酶对细胞外基质的降解作用。在许多人和实验性动物的慢性纤维化性疾病中，其组织中TGF-β的表达明显增强。
（2）细胞外基质积聚：
在损伤修复过程中，增生的成纤维细胞和内皮细胞的数量逐渐减少。成纤维细胞开始合成更多的细胞外基质并在细胞外积聚。纤维性胶原是修复部位结缔组织的主要成分，对创伤愈合过程中张力的形成尤为重要。胶原的合成早在3~5天即开始出现，并根据创口的大小可持续数周。许多调节成纤维细胞增殖的生长因子同样可刺激细胞外基质的合成。
细胞死亡和各种因素引起的细胞损伤，皆可刺激细胞增殖，细胞和组织的再生能力除取决于细胞本身的增殖能力外，还在很大程度上受细胞外微环境及各种化学因子和信号分子的调控。过量的刺激因子或抑制因子缺乏，均可导致细胞增生和肿瘤的失控性生长。
细胞外基质（extracellular matrix，ECM）的主要作用是把细胞连接在一起，借以支撑和维持组织的生理结构和功能。尽管不稳定细胞和稳定细胞都具有完全的再生能力，但再生的细胞能否重新构建为正常组织结构尚依赖ECM的调控，因为后者在调节细胞的生物学行为方面发挥更为主动和复杂的作用。它可影响细胞的形态、分化、迁移、增殖和生物学功能。由其提供的信息可以调控胚胎发育、组织重建与修复、创伤愈合、纤维化及肿瘤的侵袭等。ECM的主要成分包括：胶原蛋白、弹力蛋白、黏附性糖蛋白和整合素、基质细胞蛋白、蛋白聚糖及透明质酸黏素等。损伤修复过程中，ECM经代谢调整，其成分也会有所改变，如Ⅲ型胶原减少而I型胶原增多，使组织修复能力增强。然而实质脏器慢性炎症时，该脏器的某些间叶来源细胞（如肝脏的贮脂细胞，肺泡隔的间叶细胞）可增生、激活、转化为成纤维细胞，最终引起ECM过度增多和沉积，器官发生纤维化、硬化。
当细胞受到损伤因素的刺激后，可释放多种生长因子，刺激同类细胞或同一胚层发育来的细胞增生，促进修复过程。尽管许多化学介质都可影响细胞的再生与分化，但以多肽类生长因子最为关键，它们除刺激细胞的增殖外，还参与损伤组织的重建。有些生长因子可作用于多种类型的细胞，而有些生长因子只作用于特定的靶细胞。生长因子同样也在细胞移动、收缩和分化中发挥作用。其中较为重要者简述如下。
来源于血小板的α颗粒，能引起成纤维细胞、平滑肌细胞和单核细胞的增生和游走，并能促进胶质细胞增生。
生物活性十分广泛，几乎可刺激所有间叶细胞，但主要作用于内皮细胞，特别在毛细血管的新生过程中，能使内皮细胞分裂并诱导其产生蛋白溶解酶，后者溶解基膜，便于内皮细胞穿越生芽。
是从颌下腺分离出的一种6kD多肽。对上皮细胞、成纤维细胞、胶质细胞及平滑肌细胞都有促进增殖的作用。
TGF-α可由多种细胞分泌，其氨基酸序列有33%~44%与EGF同源，可与EGFR结合，故与EGF有相同作用。TGF-β由血小板、巨噬细胞、内皮细胞等产生，它对成纤维细胞和平滑肌细胞增生的作用依其浓度而异：低浓度诱导PDGF合成、分泌，为间接分裂原；高浓度抑制PDGF受体表达，使其生长受到抑制。此外TGF-β还促进成纤维细胞趋化，产生胶原和纤维连接蛋白，抑制胶原降解，促进纤维化发生。
最初从肿瘤组织中分离提纯，对肿瘤血管的形成有促进作用。也可促进正常胚胎的发育、创伤愈合及慢性炎症时的血管增生。VEGF还可明显增加血管的通透性，进而促进血浆蛋白在细胞基质中沉积，为成纤维细胞和血管内皮细胞长入提供临时基质。由于仅内皮细胞存在血管内皮生长因子受体（vascular endothelial growth factor receptor，VEGFR），故VEGF对其他细胞增生的促进作用都是间接的。
在损伤部位，多肽生长因子与细胞膜上相应受体结合，并激活该受体使其具有内源性激酶活性。后者使大量底物发生磷酸化，当然这些底物是参与信号转导和第二信使生成的。通过激酶的扩大效应激活核转录因子，启动DNA合成，最终引起细胞分裂。在体内，细胞的增殖又受周期蛋白（cyclin）家族调控，当周期蛋白与周期蛋白依赖性激酶（cyclin-dependent kinase，CDK）形成复合物时，涉及细胞分裂的相关蛋白质的磷酸化将受到抑制，进而抑制了细胞的分裂。可见机体存在着刺激增生与抑制增生两种机制，二者处于动态平衡，如刺激增生机制增强或抑制增生机制减弱，则促进增生，反之增生受到抑制。
抑素（chalone）具有组织特异性，任何组织都可能产生一种抑素抑制本身的增殖。例如已分化的表皮细胞丧失时，抑素分泌终止，基底细胞分裂增生，直到增生分化的细胞达到足够数量或抑素达到足够浓度为止。前面提到的TGF-β虽然对某些间叶细胞增殖起促进作用，但对上皮细胞则是一种抑素。此外INF-α，前列腺素E 2 和肝素在组织培养中对成纤维细胞及平滑肌细胞的增生都有抑素样作用。
皮肤创伤，缺损部周围上皮细胞分裂增生迁移，将创面覆盖而相互接触时，或部分切除后的肝脏，当肝细胞增生使肝脏达到原有大小时，细胞停止生长，不至堆积起来。这种现象称为接触抑制（contact inhibition）。细胞缝隙连接可能参与接触抑制的调控。此外，在对血管生成的研究中已发现多种具有抑制血管内皮细胞生长的因子，如血管抑素（angiostatin）、内皮细胞抑制素（endostatin）和血小板应答蛋白1（thrombospondin-1）等。
细胞生长和分化涉及多种信号之间的整合及相互作用。某些信号来自于多肽类生长因子、细胞因子和生长抑制因子（growth inhibitory factor，GIF）；另一些则来自于细胞外基质的组成成分，并通过整合素依赖性信号转导系统进行传递。虽然某一信号转导系统可被其特异类型的受体所激活，但还存在信号转导系统之间的相互作用，从而使信号整合以调节细胞增殖及细胞的其他生物学行为。
当组织损伤后，骨髓内的干细胞和组织内的干细胞都可以进入损伤部位，进一步分化成熟来修复受损组织的结构和功能。干细胞在骨髓组织、肝脏、脑、肌肉和表皮损伤等中的作用详见第三节。