干细胞在人的任何时期都能分化吗

干细胞在人的任何时期都能分化吗
干细胞在人的任何时期都能分化吗

干细胞在人的任何时期都能分化吗
干细胞(stem cells, SC)
　　是一类具有自我复制能力(self-renewing)的多潜能细胞,在一定条件下,它可以分化成多种功能细胞.
　　干细胞有两种分类方法,一是根据干细胞所处的发育阶段分为胚胎干细胞(embryonic stem cell,ES细胞)和成体干细胞(somatic stem cell).第二种分类方法是根据干细胞的发育潜能分为三类：全能干细胞(totipotent stem cell,TSC)、多能干细胞（pluripotent stem cell）和单能干细胞（unipotent stem cell）.胚胎干细胞的发育等级较高,是全能干细胞,而成体干细胞的发育等级较低,是多能或单能干细胞.
　　相关例子：1988年Neta等首次报告了肿瘤坏死因子(TNF－a)的辐射防护作用,但TNF－a对促进受照小鼠造血功能重建的作用目前国内报道不多,笔者使用重组人TNF－a照射前20小时腹腔给药,研究其对受致死剂量照射小鼠辐射防护的效果和促进受亚致死剂量照射小鼠造血干细胞和造血细胞恢复的作用,并探讨TNF－a抗放作用的机理.注：此文发表于《中华放射与防护杂志》1997,17(4)：233（《应用写作》2000年第2期第33页）
　　干细胞(Stem Cell)是一种未充分分化,尚不成熟的细胞,具有再生各种组织器官和人体的潜在功能,医学界称之为“万用细胞”.
　　干细胞是一类具有自我更新和分化潜能的细胞.它包括胚胎干细胞和成体干细胞.干细胞的发育受多种内在机制和微环境因素的影响.目前人类胚胎干细胞已可成功地在体外培养.最新研究发现,成体干细胞可以横向分化为其他类型的细胞和组织,为干细胞的广泛应用提供了基础.
　　在胚胎的发生发育中,单个受精卵可以分裂发育为多细胞的组织或器官.在成年动物中,正常的生理代谢或病理损伤也会引起组织或器官的修复再生.胚胎的分化形成和成年组织的再生是干细胞进一步分化的结果.胚胎干细胞是全能的,具有分化为几乎全部组织和器官的能力.而成年组织或器官内的干细胞一般认为具有组织特异性,只能分化成特定的细胞或组织.
　　然而,这个观点目前受到了挑战.
　　最新的研究表明,组织特异性干细胞同样具有分化成其他细胞或组织的潜能,这为干细胞的应用开创了更广泛的空间.
　　干细胞具有自我更新能力（Self-renewing）,能够产生高度分化的功能细胞.干细胞按照生存阶段分为胚胎干细胞和成体干细胞 .
　　·1.1 胚胎干细胞
　　胚胎干细胞（Embryonic Stem cell, ES细胞）.
　　胚胎干细胞当受精卵分裂发育成囊胚时,内层细胞团（Inner Cell Mass）的细胞即为胚胎干细胞.胚胎干细胞具有全能性,可以自我更新并具有分化为体内所有组织的能力.早在1970年Martin Evans已从小鼠中分离出胚胎干细胞并在体外进行培养.而人的胚胎干细胞的体外培养直到最近才获得成功.
　　进一步说,胚胎干细胞（ES细胞）是一种高度未分化细胞.它具有发育的全能性,能分化出成体动物的所有组织和器官,包括生殖细胞.研究和利用ES细胞是当前生物工程领域的核心问题之一.ES细胞的研究可追溯到上世纪五十年代,由于畸胎瘤干细胞（EC细胞）的发现开始了ES细胞的生物学研究历程.
　　目前许多研究工作都是以小鼠ES细胞为研究对象展开的,如：德美医学小组在去年成功的向试验鼠体内移植了由ES细胞培养出的神经胶质细胞.此后,密苏里的研究人员通过鼠胚细胞移植技术,使瘫痪的猫恢复了部分肢体活动能力.随着ES细胞的研究日益深入,生命科学家对人类ES细胞的了解迈入了一个新的阶段.在98年末,两个研究小组成功的培养出人类ES细胞,保持了ES细胞分化为各种体细胞的全能性.这样就使科学家利用人类ES细胞治疗各种疾病成为可能.然而,人类ES 细胞的研究工作引起了全世界范围内的很大争议,出于社会伦理学方面的原因,有些国家甚至明令禁止进行人类ES细胞研究.无论从基础研究角度来讲还是从临床应用方面来看,人类ES细胞带给人类的益处远远大于在伦理方面可能造成的负面影响,因此要求展开人类ES细胞研究的呼声也一浪高似一浪.
　　·1.2 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.过去认为成体干细胞主要包括上皮干细胞和造血干细胞.最近研究表明,以往认为不能再生的神经组织仍然包含神经干细胞,说明成体干细胞普遍存在,问题是如何寻找和分离各种组织特异性干细胞.成体干细胞经常位于特定的微环境中.微环境中的间质细胞能够产生一系列生长因子或配体,与干细胞相互作用,控制干细胞的更新和分化.
　　·1.3 造血干细胞
　　造血干细胞是体内各种血细胞的唯一来源,它主要存在于骨髓、外周血、脐带血中.今年年初,协和医大血液学研究所的庞文新又在肌肉组织中发现了具有造血潜能的干细胞.造血干细胞的移植是治疗血液系统疾病、先天性遗传疾病以及多发性和转移性恶性肿瘤疾病的最有效方法.
　　在临床治疗中,造血干细胞应用较早,在20世纪五十年代,临床上就开始应用骨髓移植（BMT）方法来治疗血液系统疾病.到八十年代末,外周血干细胞移植（PBSCT）技术逐渐推广开来,绝大多数为自体外周血干细胞移植（APBSCT）,在提高治疗有效率和缩短疗程方面优于常规治疗,且效果令人满意.与两者相比,脐血干细胞移植的长处在于无来源的限制,对HLA配型要求不高,不易受病毒或肿瘤的污染.
　　在今年初,东北地区首例脐血干细胞移植成功,又为中国造血干细胞移植技术注入新的活力.随着脐血干细胞移植技术的不断完善,它可能会代替目前APBSCT的地位,为全世界更多的血液病及恶性肿瘤的患者带来福音
　　·1.4 神经干细胞
　　神经干细胞关于神经干细胞研究起步较晚,由于分离神经干细胞所需的胎儿脑组织较难取材,加之胚胎细胞研究的争议尚未平息,神经干细胞的研究仍处于初级阶段.理论上讲,任何一种中枢神经系统疾病都可归结为神经干细胞功能的紊乱.脑和脊髓由于血脑屏障的存在使之在干细胞移植到中枢神经系统后不会产生免疫排斥反应,如：给帕金森氏综合症患者的脑内移植含有多巴胺生成细胞的神经干细胞,可治愈部分患者症状.除此之外,神经干细胞的功能还可延伸到药物检测方面,对判断药物有效性、毒性有一定的作用. 实际上,到目前为止,人们对干细胞的了解仍存在许多盲区.2000年年初美国研究人员无意中发现在胰腺中存有干细胞；加拿大研究人员在人、鼠、牛的视网膜中发现了始终处于“休眠状态的干细胞” ；有些科学家证实骨髓干细胞可发育成肝细胞,脑干细胞可发育成血细胞.
　　随着干细胞研究领域向深度和广度不断扩展,人们对干细胞的了解也将更加全面.21世纪是生命科学的时代,也是为人类的健康长寿创造世界奇迹的时代,干细胞的应用将有广阔前景.
　　·1.5肌肉干细胞(muscle stem cell)
　　可发育分化为成肌细胞(myoblasts),后者可互相融合成为多核的肌纤维,形成骨骼肌最基本的结构.
　　干细胞按能力可以分为以下四类：
　　1.全能干细胞
　　由卵和精细胞的融合产生受精卵.而受精卵在形成胚胎过程中四细胞期之前任一细胞皆是全能干细胞.具有发展成独立个体的能力.也就是说能发展成一个个体的细胞就称为全能干细胞.
　　2.万能干细胞
　　是全能干细胞的后裔,无法发育成一个个体,但具有可以发育成多种组织的能力的细胞.
　　3.多能干细胞
　　只能分化成特定组织或器官等特定族群的细胞（例如血细胞,包括红血细胞、白血细胞和血小板）.
　　4.专一性干细胞
　　只能产生一种细胞类型；但是,具有自更新属性,将其与非干细胞区分开.
　　·人体干细胞分两种类型：
　　一种是全功能干细胞,可直接克隆人体；另一种是多功能干细胞,可直接复制各种脏器和修复组织.人类寄希望于利用于细胞的分离和体外培养,在体外繁育出组织或器官,并最终通过组织或器官移植,实现对临床疾病的治疗.
　　“原位培植皮肤干细胞再生新皮肤技术”不仅实现了利用于细胞复制皮肤器官,而且做到了人体原位皮肤器官的复制,从而使人类从干细胞体外培植组织成器官移植治疗,直接跨入了人体原位干细胞复制器官.科学家普遍认为：干细胞的研究将为临床医学提供更为广阔的应用前景.
　　干细胞具有经培养不定期地分化并产生特化细胞的能力.在正常的人体发育环境中,它们得到了最好的诠释.人体发育起始于卵子的受精,产生一个能发育为完整有机体潜能的单细胞,即全能性受精卵.受精后的最初几个小时内,受精卵分裂为一些完全相同的全能细胞.这意味着如果把这些细胞的任何一个放入女性子宫内,均有可能发育成胎儿.实际上,当两个全能细胞分别发育为单独遗传基因型的人时,即出现了各方面都完全相同的双胞胎.大约在受精后四天,经过几个循环的细胞分裂之后,这些全能细胞开始特异化,形成一个中空环形的细胞群结构,称之为胚囊,胚囊由外层细胞和位于中空球形内的细胞簇(称为内细胞群)所构成.
　　外层细胞继续发展,形成胎盘以及胎儿在子宫内发育所需的其它支持组织.内细胞群细胞亦继续发育,形成人体所须的全部组织.尽管内细胞群可形成人体内的所有组织,但它们不能发育为一个单独的生物体,因为它们不能形成胎盘以及子宫内发育所需的支持组织.这些内细胞群细胞是多能性的----它们能产生许多种类型的细胞,但并非胎儿发育所需的全部细胞类型.因为它们不是全能性的,不是胚胎,没有完全的发育潜能.如果内细胞群被放入女性子宫,它不会发育成胎儿.
　　多能性干细胞经历进一步的特异分化,发展为参与生成特殊功能细胞的干细胞.如造血干细胞,它能产生红细胞、白细胞和血小板.又如皮肤干细胞,它能产生各种类型的皮肤细胞.这些更专门化的干细胞被称为专能干细胞.
　　干细胞对早期人体的发育特别重要,在儿童和成年人中也可发现专能干细胞.举我们所最熟知的干细胞之一,造血干细胞为例,造血干细胞存在于每个儿童和成年人的骨髓之中,也存在于循环血液中,但数量非常少.在我们的整个生命过程中,造血干细胞在不断地向人体补充血细胞——红细胞、白细胞和血小板的过程中起着很关键的作用.如果没有造血干细胞,我们就无法存活.
　　干细胞是一类具有自我更新和分化潜能的细胞.它包括胚胎干细胞和成体干细胞.干细胞的发育受多种内在机制和微环境因素的影响.目前人类胚胎干细胞已成功地在体外培养.最新研究发现,成体干细胞可以横向分化为其它类型的细胞和组织,为干细胞的广泛应用提供了基础.
　　在胚胎的发生发育中,单个受精卵可以分裂发育为多细胞组织或器官.在成年动物中,正常的胜生理代谢或病理损伤也会引起组织或器官的修复再生.胚胎的分化形成和成年组织的再生是干细胞进一步分化的结果.胚胎干细胞是全能的,具有分化为几乎全部组织和器官的能力.而成年组织或器官内的干细胞一般认为具有组织特异性,只能分化特定的细胞或组织.
　　然而,这个观点目前受到了挑战.最新的研究表明,组织特异性干细胞同样具有分化成其它细胞或组织的潜能,这为干细胞的应用开创了更广泛的空间.按分化潜能的大小,干细胞基本上可分为三种类型：一类是全能性干细胞,它具有形成完整个体的分化潜能.如胚胎干细胞,它是从早期胚胎内的细胞团分离出来的一种高度未分化的细胞系,具有与早期胚胎细胞相似的形态特征和很强的分化能力,它可以无限增殖并分化成为全身200多种细胞类型,进一步形成机体的所有组织、器官.另一类是多能性干细胞,这种干细胞具有分化出多种细胞组织的潜能,但却失去了发育成完整个体的能力,发育潜能受到一定的限制,骨髓多能造血干细胞是典型的例子,它可分化出至少十一中血细胞,但不分化出造血系统以外的其他细胞.还有一类干细胞为单能干细胞（也称专能、偏能干细胞）,这类干细胞只能向一种类型或密切相关的两种类型的细胞分化,如上皮组织基底层的干细胞、肌肉中的成肌细胞.
　　总之,凡需要不断产生新的分化细胞以及分化细胞本身不能再分裂的细胞或组织,都要通过干细胞所产生的具有分化能力的细胞来维持肌体细胞的数量,可以这样说,生命是通过干细胞的分裂来实现细胞的更新及保证持续生长.
　　随着基因工程、胚胎工程、细胞工程等各种生物技术的快速发展,按照一定的目的,在体外人工分离、培养干细胞已成为可能,利用干细胞构建各种细胞、组织、器官作为移植器官的来源,这将成为干细胞应用的主要方向.