1、干细胞综述摘要：干细胞（Stem cell）即起源细胞，在细胞的分化过程中，细胞往往由于高度分化而完全失去了再分裂的能力，最终衰老死亡。机体在发展适应过程中为了弥补这一不足，保留了一部分未分化的原始细胞。干细胞是一类具有自我更新和分化潜能的细胞。本文以干细胞的定义为起点，接着从胚胎干细胞的分类、特性、来源、获得及潜在应用等五个方面对干细胞进行了论述。关键词：干细胞 定义 分类 特性 来源 获得 应用 正文： 干细胞的定义：干细胞（Stem cell）即起源细胞，在细胞的分化过程中，细胞往往由于高度分化而完全失去了再分裂的能力，最终衰老死亡。机体在发展适应过程中为了弥补这一不足，保留了一部分未分
2、化的原始细胞。干细胞是一类具有自我更新和分化潜能的细胞。干细胞的分类：按分化潜能分为全能干细胞、多能干细胞、单能干细胞；按发育状态分为胚胎干细胞、成体干细胞。1、全能干细胞：具有形成完整个体的分化潜能，如胚胎干细胞(ES 细胞)，受精卵就是最高层次的胚胎干细胞。2、多能干细胞：具有分化出多种细胞组织的潜能，如造血干细胞、神经细胞。一种或几种组织的起源细胞，它能分化出多种类型细胞，但不可能分化出足以构成完整个体的所有细胞。3、单能干细胞：只能向一种或两种密切相关的细胞类型分化，如上皮组织基底层的干细胞，肌肉中的成肌细胞。4、胚胎干细胞：顾名思义，胚胎干细胞来源于胚胎。具体而言，胚胎干细胞来自体外
3、受精的受精卵发育而成的胚胎，在捐赠者知情同意下，捐献给相关机构以供研究之用。需要特别指出的是，这里所说的胚胎绝不是由女性子宫内所孕育的受精卵发育而来。胚胎干细胞通常来源于4至5天大小的胚胎，这个时期的胚胎是一个中空的细胞团，称作胚泡。胚泡由三层结构组成：滋养层（trophoblast） ，即包绕胚泡的一层细胞；囊胚腔（ blastcocoel） ，即胚泡内的空腔；以及内层细胞团（inner cell mass） ，由大约30个细胞组成，位于囊胚腔的一端。5、成体干细胞： 成年动物的许多组织和器官，比如表皮和造血系统，具有修复和再生的能力。成体干细胞在其中起着关键的作用。在特定条件下，成体干细胞
4、或者产生新的干细胞，或者按一定的程序分化，形成新的功能细胞，从而使组织和器官保持生长和衰退的动态平衡。 A、成体干细胞主要存在于哪些组织器官，其功能是什么？研究人员已经在多种组织和器官内发现有成体干细胞的存在。关于成体干细胞，有一点是非常重要的：在组织内只含有极少量的干细胞。研究人员认为，干细胞存在于组织的特定区域内，从而在数年内都维持静止休眠状态也就是保持不分裂的状态，直到组织受到损伤或发生疾病时被激活，才开始分裂。已经报道的含有干细胞的成体组织包括：脑、骨髓、外周血液、血管、骨骼肌、皮肤和肝脏。许多科学家现在都致力于在实验室内对成体干细胞进行培养并操控其向特定细胞类型分化，由此为组织损伤修
5、复及疾病治疗提供有效途径。下面举几个例子来说明应用成体干细胞进行治疗的疾病及治疗方法：1)帕金森症的发生，是由于中脑部位“黑质“ 中的细胞发生病理性改变后，多巴胺的合成减少，而出现相应症状。如果应用干细胞技术使患者重新获得合成多巴胺的细胞，就可以治愈这种疾病；2) I 型糖尿病的发病机制是由于患者胰腺胰岛 B 细胞被损坏，从而引起胰岛素的绝对缺乏。干细胞技术可以使患者重新拥有健康的胰岛 B 细胞；3)干细胞技术还可用于心脏病发作后修复受损伤的心肌组织。B、成体干细胞的相关知识：如上文所述，科学家发现成体干细胞广泛存在于许多组织中，它们可以进入正常分化路径，生长发育形成相应类型的组织细胞。成体干
6、细胞也有可能具有转分化（即具有可塑性）的能力，也就是形成构成其它组织的细胞。成体干细胞的正常分化路径在活体动物体内，成体干细胞可以长期分裂，形成具有特定形状、结构及功能的成熟细胞，构成相应的组织器官。成体干细胞的可塑性及转分化能力：一系列实验已经证实某些成体干细胞具有多向分化潜能。跨越传统的胚层概念的界限，分化为其他胚层来源的细胞的能力即所谓的细胞可塑性或称转分化能力。下文列出了近年来所报道的具有转分化能力的成体干细胞。造血干细胞可以分化形成：三种主要脑组织细胞（神经元，少突胶质细胞，星形胶质细胞） ；骨骼肌细胞；心肌细胞；肝细胞。骨髓间充质细胞可分化形成：心肌细胞和骨骼肌细胞。脑组织干细胞可
7、分化形成：血细胞和骨骼肌细胞。目前的研究热点集中在对成体干细胞可塑性的形成机制上。如果可以揭示相关机制并加以控制，就可以利用存在于健康组织的干细胞修复或再生受损组织。胚胎干细胞与成体干细胞之间的异同点：人类胚胎干细胞和成体干细胞在未来基于细胞的再生性治疗领域各具优势与缺点。1、成体干细胞和胚胎干细胞在细胞分化类型和数量上有明显的区别。胚胎干细胞可以分化成为人体内各种类型的细胞，因为它具有分化全能性。而成体干细胞通常只能向某几种细胞类型分化，分化方向由其来源组织决定。然而，也有一些实验表明，成体干细胞也可能存在可塑性，可向更多类型的细胞分化。2、胚胎干细胞易于大量培养。胚胎干细胞能永生，可以传代
8、建系，且增殖能力强，来源充沛。而成体干细胞在成熟组织内的数量极为有限，在细胞培养过程中增加其数目的方法还在探索之中。这是胚胎干细胞与成体干细胞之间极为显著的不同点，而替代性治疗往往需要大量的干细胞。3、可以避免免疫排斥反应。使用成体干细胞的一个有利之处在于可以采用患者自己的干细胞进行培养，再重新输送回患者体内，从而避免了免疫排斥反应的发生。从这个角度看，成体干细胞在临床治疗的应用中具有巨大的优势。由于每个个体的主要组织相容性复合体（MHC）不同，同种异体胚胎干细胞及其分化组织细胞用于临床可能会引起免疫排斥，因此基于胚胎干细胞的治疗方案就要求对患者进行长期免疫抑制剂的治疗。成体干细胞由于是从患者
9、自身获得，而不存在组织相容性的问题，治疗时可避免长期应用免疫抑制剂对患者的伤害。然而，受者是否会对供者的胚胎干细胞产生排斥反应尚未在人体实验中得到证实。4、胚胎干细胞导致畸胎瘤。虽然胚胎干细胞能分化成各种细胞类型，但这种分化是“非定位性 ”的。目前尚不能控制胚胎干细胞在特定的部位分化成相应的细胞，当前的做法容易导致畸胎瘤。相对而言，成体干细胞不存在上述问题，例如骨髓移植实验并不引发畸胎瘤。干细胞的特性：1、干细胞本身不是处于分化途径的终端。2、干细胞能无限的增殖分裂。3、干细胞可连续分裂几代，也可在较长时间内处于静止状态。4、干细胞通过两种方式生长 ，一种是对称分裂-形成两个相同的干细胞，另一
10、种是非对称分裂-由于细胞质中的调节分化蛋白不均匀地分配，使得一个子细胞不可逆的走向分化的终端成为功能专一的分化细胞；另一个保持亲代的特征，仍作为干细胞保留下来。分化细胞的数目受分化前干细胞的数目和分裂次数控制。可以说，干细胞是具多潜能和自我更新特点的增殖速度较缓慢的细胞。干细胞来源：1、脐带血干细胞：脐带血具有分化能力的細胞，能分化成身体各器官或特殊功能的細胞。2、外周血干细胞：补充骨髓造血细胞，且干细胞只能自己使用。3、骨髓间充质干细胞：骨髓间充质干细胞治疗和骨髓造血干细胞治疗不同，前者的干细胞技术目前可籍体外诱导、分化成软骨、骨骼、肌肉、心脏等細胞；而后者则是现在较熟知的骨髓移植，差別在于
11、骨髓间充质干细胞沒有造血功能，骨髓造血干细胞則无法分化出骨骼、软骨等组织細胞。4、胚胎干细胞：从废弃的胚胎组织中细胞培养，是最原始的状态，易诱导、分化成其它细胞，具多重分化功能，如神经、肌肉、肝组织、软骨、骨骼、肾脏、心脏等細胞，都可分化出來。胚胎干细胞除有伦理争议，包括已死的胚胎归属权问题，更有疾病传染的不可控因素。 干细胞的获得：目前，人类多能性干细胞系的建立有两个来源，其方法与以往在动物模型中建立的方法相同。1、在 Dr. Thomson 进行的工作中，他从人类胚胎的囊胚期内细胞群中直接分离多能干细胞。Dr. Thomson 从 IVF（体外受精）临床实验室得到胚胎，这些胚胎是不育症临床
12、治疗不需要的，用于繁殖，而非研究目的。从捐献者夫妇处获得知情同意书后，Dr. Thomson 分离了内细胞群，将这些细胞进行培养，产生一个多能性干细胞系。2、与此相反，Dr. Gearheart 从终止妊娠的胎儿组织中分离出多能性干细胞。捐献者自行决定了终止妊娠，从他们那儿获得了知情同意书后，Dr. Gearheart 从原本要发育成睾丸或卵巢的胎儿部位取得细胞。尽管 Dr. Thomson 实验室和 Dr. Gearheart 实验室使用的细胞系来源不同，但发育成熟的细胞看起来非常相似。体细胞核转移（SCNT ）是得到多能性干细胞的另一种途径。在 SCNT 的动物研究中，研究者将一个正常的动
13、物卵细胞去除细胞核（含染色体的细胞结构） 。存留在卵细胞内的物质含营养成分和对胚胎发育非常重要的能量物质。而后，在非常精细调控的实验室条件下，将单个体细胞除卵细胞或精子细胞之外的任一种细胞与除去核卵细胞放在一起，使两者相融合。融合细胞以及其子细胞具有发育成一个完整个体的潜能，因此是全能性的。正如图 I 所示，这些全能性细胞不久将形成胚囊，从理论上来说，可利用胚囊的内细胞群来建立多能性干细胞系。实际上，任何一种可生成人类胚囊细胞的方法都有可能成为人体多能性干细胞的来源。干细胞的潜在应用：干细胞主要应用于治疗遗传性疾病和恶性肿瘤；以干细胞为种子培育成组织和器官，用于移植医学；抗衰老，延年益寿；器官
14、修补更新；人造器官与组织的来源；新药开发； 基因功能研究 ；基因治疗的工具；毒理、药理研究；癌症研究 。许多疾病及功能失调往往是由于细胞功能障碍或组织破坏所致。如今，一些捐赠的器官和组织常常用以取代生病的或遭破坏的组织。遗憾的是，受这些疾病折磨的病人数量远远超过了可供移植的器官数量。多能干细胞经刺激后可发展为特化的细胞，使替代细胞和组织来源的更新成为可能，从而可用于治疗无数的疾病、身体不适状况和残疾，包括帕金森氏病、Alzheimers 病（痴呆症）、脊髓损伤、中风、烧伤、心脏病、糖尿病、骨关节炎和类风湿性关节炎。几乎没有一个医学领域是这项发明没有涉及到的，举其中两例说明如下：、健康心肌细胞的
15、移植可为慢性心脏病病人提供新的希望，这些病人的心脏已无法正常跳动。这种希望在于，从人体多能干细胞中发育出心肌细胞，并移植到逐渐衰退的心脏肌肉，以便增加衰退的心脏功能。在小鼠和其它动物身上进行的初期工作已表明，植入心脏的健康心肌细胞成功地进驻心脏，并与宿主细胞一起工作。这些实验表明这种类型的移植是切实可行的。、在许多患有 I 型糖尿病的人身上，特异的胰腺细胞，即胰岛细胞的生成胰岛素的功能遭到破坏。已有证据表明，移植完整的胰腺或分离的胰岛细胞可减少胰岛素的注射量。人体多能干细胞中分化胰岛细胞系可用于糖尿病研究，最终可用于移植。虽然这项研究有着极为诱人的前景，要使其成为现实，尚有许多工作和技术挑战等
16、着我们去解决。只有当这些问题解决之后，才能将这些发明用于临床实践。尽管技术挑战意义重大，却也不是难以超越的。首先我们必须做些基础研究，以理解导致人体中细胞特化的细胞事件，从而能够指导这些多能干细胞发育成移植所需的特殊组织类型。其次，在利用这些细胞进行移植之前，还必须克服免疫排斥问题。由于来自胚胎或胎儿组织的人体多能干细胞与移植受者在遗传上有差异，因此将来的研究将集中于改变人体多能干细胞，将组织不相容性降到最低，或是创建具有通用组织类型的组织库。体细胞核转移（SCNT ）方法是克服某些病人的组织不相容的另一方法。如，假如病人患有进行性心力衰竭，利用 SCNT 技术，从该病人身上的任何一个体细胞中
17、取出细胞核，与捐献者的去核卵细胞相融合。经过适当的刺激，细胞发育为胚囊：从内细胞群中取得的细胞可建立多能性细胞系，随后诱导其分化为心肌细胞。由于绝大多数遗传信息包含在细胞核中，这些细胞与心力衰竭病人具相同的遗传性。当这些心肌细胞移植回病人身体时，不会出现排斥现象，病人也无须服用免疫抑制药物，而这些药物是有毒副作用的。参 考 文 献 ：1 Takahashi K. et al. Induction of pluripotent stem cells from adult human fibroblasts by defined factors. Cell advance online publi
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