干细胞工程

干细胞的研究及应用

摘要;由于干细胞具有特定的分化潜能，表现其全能性、多能性和专能性，近几年来世界各国科学家对干细胞的临床应用研究已取得很大的进展。干细胞是目前细胞工程研究最活跃的领域，随着基础研究、应用研究的进一步深化，这项技术将会在相当大程度上引发医学领域的重大变革，它已成为 21世纪生命科学领域的一个热点。本人将对干细胞及其应用前景展开论述。

关键词：干细胞应用前景

干细胞具有无限制自我更新能力、同时也可分化成特定组织的细胞，在细胞发育过程中处于较原始阶段。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。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)。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）。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，医学界称为“万用细胞”。

1干细胞研究进展

干细胞在体外能自我更新和定向分化为各种特定功能细胞的潜能获得了各国科学家的青睐，成为２１世纪研究热点，在再生医学和临床医学上干细胞提供了新的治疗途径。大量研究结果证实，干细胞的分化能力及其分化方向受到体内外多种调控因素的影响，干细胞通过与这些调控因素之间的相互作用，调节其自身的增殖、分化，从而决定干细胞的命运⑴。

干细胞为再生医学与组织工程学提供了新的治疗思路。干细胞在医学上的研究仍处于起步阶段，明确其分化调控机制是其临床应用的前提和基础。目前对干细胞的分化调控研究主要集中在单个调控因素的影响，但干细胞的分化是各调控因素相互影响共同作用的结果，说明对其机制仍需作更深入的研究⑵。

2干细胞种类

2．1 胚胎干细胞

胚胎干细胞(Embryonic Stem cell，ES细胞) 当受精卵分裂发育成囊胚时，内层细胞团(Inner CellMass)的细胞即为胚胎干细胞。日前许多研究工作都足以小鼠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值了由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细胞的了解迈人了一个新的阶段。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⑷。

2．2 成体干细胞

成体干细胞是在许多组织和器官具有修复和再生能力的细胞。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。主要的成体干细胞有造血干细胞、神经干细胞等⑷。

2．3 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。最近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(PElSCT)技术逐渐推广开来，绝大多数为自体外周血干细胞移植(AI BsCT)，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}{1A 配型要求不高，不易受病毒或肿瘤的污染⑷。

2．4 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⑷。

3干细胞的应用

干细胞是一种未分化细胞，具有自我更新和多能分化潜能两个主要生物学特性，已证实可在一定条件下体外培养扩增、定向分化为多种类型成熟细胞系。干细胞种类众多，在某些因素诱导下可向特定组织定向分化，诱导剂、细胞因子是目前常用手段。随着体外扩增技术不断进步，细胞因子相关研究的深入，作为组织工程种子细胞引发了世界范围内的研究热潮⑶。

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，肝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⑷。

干细胞用途广泛，涉及医学多个领域。从20世纪80年代至今，干细胞移植已成为某些血液病、遗传性疾病、自身免疫病等多种疾病重要治疗手段。肿瘤干细胞研究对寻找新型靶向治疗药物并最终根除肿瘤具有重要意义。干细胞的衍生组织器官研究将可能解决器官移植的供体问题，最终为组织器官移植治疗各种疾病提供可能⑶。

3.1：细胞应用的基础——调控干细胞的调控是指给出适的闵子条件，对干细胞的增值和分化进行调控，使之向指定的方向发展。干细胞主要可通过内源性调控和外源性调控两方面进行⑷。

3．2 内源性调控细胞内蛋白对干细胞分裂的调控：细胞的结构蛋白，特别是细胞骨架成分对细胞的发育非常重要。转录因子的调控：在脊椎动物中，转录因子对干细胞分化的调节非常重要。比如在胚胎干细胞的发生中，转录因子Oct4是必需的。Oct4缺失突变的胚胎只能发育到囊胚期，其内部细胞不能发育成内层细胞团。另外白血病抑制因子(LIF)对培养的小鼠ES细胞的自我更新有促进作用，而对人的成体干细胞无作用，说明不同种属间的转录调控是不完全致的⑷。

3．3 外源性调控除内源性调控外，干细胞的分化还可受到其周围组织及细胞外基质等外源性因素的影响。间质细胞能够分泌许多因子，维持干细胞的增殖，分化和存活：有两类因子在不同组织甚至不同种属中都发挥重要作用，它们是TGF[3家庭和wnt信号通路。比如TGF家庭中至少有两个成员能够调节神经嵴干细胞的分化。膜蛋白介导的细胞间的相互作用：有些信号是通过细胞一细胞的直接接触起作用的。B Catenin就是一种介导细胞粘附连接的结构成分。除此之外，穿膜蛋白Notch及其配体Delta或Jagged也对干细胞分化有重要影响⑷。

4干细胞的应用前景

利用胚胎干细胞治疗疾病有广泛的应用前景，但是干细胞应用在欧美却受到社会伦理学的制约，并且在实际应用中还不能避免免疫排斥。因此横向分化的发现在干细胞研究中具有革命性意义。它打破了用于临床治疗的干细胞只能来源于胚胎或受精卵的限制，为干细胞治疗疾病提供了新途径。人们可望从自体中分离出成体干细胞，在体外定向诱导分化为靶组织细胞并保持增殖能力，将这些细胞回输入体内，从而达到长期治疗的目的⑷。

干细胞的医学应用还包括体外制造人体器官，然而这比体内移植干细胞要复杂得多。干细胞和动物工程的结合将有可能解决这一问题。比如通过形成嵌合体，在严格的控制下，使