干細(xì)胞的生物學(xué)基本特征及其應(yīng)用價(jià)值

1、干細(xì)胞的生物學(xué)基本特征及其應(yīng)用價(jià)值干細(xì)胞是具有多種分化潛能，自我更新能力和高度增殖能力的細(xì)胞。由于干細(xì)胞可無限擴(kuò)增、易于遺傳操作和凍存，且又不失其全能性或多能性，并在適當(dāng)條件下，可被誘導(dǎo)分化為多種細(xì)胞組織。因此干細(xì)胞的研究在基礎(chǔ)研究領(lǐng)域和臨床應(yīng)用中具有重要的理論和實(shí)踐意義。1989年首例臍血造血干細(xì)胞移植治療Fancni貧血獲得成功后，即引起全球的關(guān)注。其后，學(xué)者們先后分離出不同組織的干細(xì)胞，使干細(xì)胞的研究進(jìn)入新的高潮，生命科學(xué)研究的又一熱點(diǎn)。1 干細(xì)胞的研究簡況早在1945年臨床上就開始對暴露于大劑量射線的人進(jìn)行干細(xì)胞的移植。1961年，Till和McCulloch提出了多能造血干細(xì)胞的概念

2、，并且認(rèn)為，干細(xì)胞就是在單一細(xì)胞水平具有自我更新和多譜系分化的特性。從20世紀(jì)80年代開始，造血干細(xì)胞移植已經(jīng)成為治療許多疾病的重要手段。1981年，Evans等首次成功地建立了小鼠胚胎干細(xì)胞系，后來人們陸續(xù)建立了兔、綿羊、山羊等動(dòng)物和人類胚胎干細(xì)胞系。但是由于對于細(xì)胞的性質(zhì)和功能認(rèn)識(shí)的不足以及研究技術(shù)缺乏，因而限制了干細(xì)胞研究的發(fā)展。1998年，Science雜志上報(bào)道了關(guān)于ES細(xì)胞的研究后，重新點(diǎn)燃了人們對干細(xì)胞的熱情，與之同時(shí)，亦引發(fā)了有關(guān)人類 ES研究的倫理學(xué)爭論，1999年，美國議會(huì)許多議員提出：反對人類ES干細(xì)胞研究；同時(shí)美國許多州的法律規(guī)定，殺死胚胎屬于犯罪行為。因此人ES細(xì)胞的

3、研究受到很大的阻礙。現(xiàn)在就人們對于細(xì)胞的研究狀況來看，可按以下兩種方法對干細(xì)胞進(jìn)行分類：第一，根據(jù)干細(xì)胞分化能力的不同可將其分為三類：全能干細(xì)胞，如ES細(xì)胞。多能干細(xì)胞，如成人組織干細(xì)胞。單能干細(xì)胞，如出生后肝細(xì)胞的再生來自于肝細(xì)胞，若肝細(xì)胞再生受阻，則來自于小管細(xì)胞。第二，根據(jù)分化類別的不同可將其分為：神經(jīng)干細(xì)胞，包括外周神經(jīng)干細(xì)胞和中樞神經(jīng)干細(xì)胞。造血干細(xì)胞，包括臍血造血干細(xì)胞和外周血造血干細(xì)胞。上皮干細(xì)胞。視網(wǎng)膜干細(xì)胞。ES干細(xì)胞，等等。2 干細(xì)胞的生物學(xué)特性2.1 多能性或全能性干細(xì)胞具有分化為多種細(xì)胞類型的潛能，但不同干細(xì)胞的分化潛能有所不同。ES細(xì)胞具有全能性，可分化發(fā)育成構(gòu)成機(jī)體

4、任何一部分組織器官的能力。在體外，ES細(xì)胞可被誘導(dǎo)分化出包括3個(gè)胚層在內(nèi)的所有分化細(xì)胞，在動(dòng)物體內(nèi)，ES細(xì)胞可分化產(chǎn)生出由3個(gè)胚層細(xì)胞構(gòu)成的畸胎瘤。而多能干細(xì)胞，如神經(jīng)干細(xì)胞具有多能性，即一個(gè)干細(xì)胞能產(chǎn)生出幾種不同類型的細(xì)胞。若將從成年動(dòng)物海馬獲得的神經(jīng)干細(xì)胞擴(kuò)增后移植回海馬，則能產(chǎn)生出新的神經(jīng)元和神經(jīng)膠質(zhì)；若將同樣的干細(xì)胞移植到嘴側(cè)的遷移流，則能產(chǎn)生嗅球神經(jīng)元；若將同樣的干細(xì)胞移植到成年動(dòng)物通常不產(chǎn)生神經(jīng)元的區(qū)域(如完整的大腦)，則不能產(chǎn)生神經(jīng)元，但在受損時(shí)能產(chǎn)生神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞；最引人矚目的報(bào)道是將來自胚胎或成年鼠腦的遺傳標(biāo)記的干細(xì)胞在體外擴(kuò)增成球團(tuán)后被移植到照射過的宿主鼠，則產(chǎn)生包括髓系和淋

5、巴系甚至更原始的造血干細(xì)胞。神經(jīng)干細(xì)胞的研究不但說明了成年干細(xì)胞具有多能性.而且說明其多向分化的潛能與其所處的微環(huán)境有絕對的關(guān)系。綜上可知，全能性或多能性是干細(xì)胞的關(guān)鍵內(nèi)容。2.2 自我更新能力干細(xì)胞一旦形成，在機(jī)體終生都具有自我更新能力，這完全不同于有限自我更新能力的許多類型的祖細(xì)胞。干細(xì)胞通過不均-分裂進(jìn)行自我更新和產(chǎn)生分化祖細(xì)胞。成年機(jī)體干細(xì)胞能反復(fù)分化充滿組織，這對維持機(jī)體組織器官的穩(wěn)定性有很重要的意義。2 / 42.3 高度增殖能力高度增殖是干細(xì)胞的生物學(xué)特性之一。在體外擴(kuò)增干細(xì)胞是干細(xì)胞研究及應(yīng)用的前提和關(guān)鍵，干細(xì)胞雖具有多能性，但其數(shù)量不多，那么只有通過體外擴(kuò)增，才會(huì)得到大量的干

6、細(xì)胞，進(jìn)而對研究和應(yīng)用才具有意義。干細(xì)胞在體內(nèi)，高度擴(kuò)增具有重大意義，如造血干細(xì)胞通過高速擴(kuò)增，可補(bǔ)充由于細(xì)胞正常衰老死亡而喪失的血細(xì)胞。因此干細(xì)胞高度擴(kuò)增不但對干細(xì)胞的研究和應(yīng)用有著重要的作用，而且對機(jī)體正常功能的維持也起著重要的作用。3、干細(xì)胞的應(yīng)用干細(xì)胞在生命科學(xué)的各個(gè)領(lǐng)域都有著重要而深遠(yuǎn)的影響，如克隆動(dòng)物、轉(zhuǎn)基因動(dòng)物的生產(chǎn)、細(xì)胞組織和器官的修復(fù)和移植治療、組織工程上有著廣闊的應(yīng)用前景。3.1 移植治療移植治療目前已經(jīng)成為治療疾病的一個(gè)重要手段，如器官移植、細(xì)胞移植等。干細(xì)胞移植是一個(gè)尤其重要而意義重大的手段。20世紀(jì)80年代起，造血干細(xì)胞移植已經(jīng)成為癌癥、造血系統(tǒng)疾病、自身免疫系統(tǒng)疾病

7、等的重要手段。之后，外周血干細(xì)胞移植并輔以化療及細(xì)胞因子CG-CSF、GMCSF等，可使更多的干細(xì)胞進(jìn)入外周血。1989年首例臍血治療Fanconi貧血成功后，許多國家紛紛建立了規(guī)模不等的臍血血庫。因臍血富含造血干/祖細(xì)胞、其免疫細(xì)胞的抗原性較弱、CTL祖細(xì)胞較少、移植相關(guān)GVHD的發(fā)生相對骨髓的外周血少而輕、采集容易、對供者無任何傷害。故被認(rèn)為是極具潛力的新造血干細(xì)胞的來源。神經(jīng)干細(xì)胞的研究為神經(jīng)系統(tǒng)疾病的治療提供了廣闊的應(yīng)用前景。嚙齒類中樞神經(jīng)細(xì)胞系包括中樞神經(jīng)干細(xì)胞已被用于許多鼠的疾病模型，如鼠遺傳性神經(jīng)退化癥，包括脫髓鞘癥、腦神經(jīng)節(jié)苷脂沉積癥和其他神經(jīng)退化紊亂(包括多巴胺能神經(jīng)，如腎上

8、腺髓質(zhì)，胚胎腹側(cè)中腦和畸胎瘤組織的移植)治療研究中。神經(jīng)干細(xì)胞的臨床價(jià)值已在人帕金森病中得到證明。3.2克隆動(dòng)物的生產(chǎn)及轉(zhuǎn)基因動(dòng)物的生產(chǎn)自綿羊“多莉”問世至今，體細(xì)胞克隆動(dòng)物多有成功的報(bào)道。但體細(xì)胞克隆動(dòng)物有著無法克服的弊端，即成功率低和容易早衰。而Wakayama等用長期傳代(30代以上)的小鼠ES細(xì)胞克隆出31只小鼠，14只存活，可見存活率大大提高了。因此，ES細(xì)胞克隆動(dòng)物具有光明前景。轉(zhuǎn)基因動(dòng)物是利用受精卵或ES細(xì)胞作為載體，通過注射目的基因，從而生產(chǎn)帶有目的基因的動(dòng)物。轉(zhuǎn)基因ES細(xì)胞系將為大量同系轉(zhuǎn)基因動(dòng)物的生產(chǎn)奠定基礎(chǔ)。應(yīng)用于細(xì)胞進(jìn)行動(dòng)物克隆，可以有效地提高稀有動(dòng)物的繁殖和高效畜產(chǎn)品

9、的生產(chǎn)，以及高效生物活性物質(zhì)的生產(chǎn)。3.3 轉(zhuǎn)基因干細(xì)胞基因治療現(xiàn)有的基因治療有兩類：轉(zhuǎn)基因細(xì)胞治療。核酸治療。前者常用的基因轉(zhuǎn)移靶細(xì)胞多為淋巴細(xì)胞、成纖維細(xì)胞等。其缺陷為細(xì)胞存活時(shí)間有限，在治療過程中需要反復(fù)輸注，治療繁瑣。轉(zhuǎn)基因干細(xì)胞技術(shù)建立解決了轉(zhuǎn)基因細(xì)胞存活問題，成為轉(zhuǎn)基因細(xì)胞治療重要的方向。3.4 ES細(xì)胞為發(fā)育生物學(xué)研究的理想體外模型 ES細(xì)胞具有全能性和無限增殖能力，并能在體外培養(yǎng)。因此，可以作為微環(huán)境改變對細(xì)胞分化影響的理想研究材料。隨著現(xiàn)代生物技術(shù)的發(fā)展，研究不同生長調(diào)節(jié)因子在ES細(xì)胞分化中的作用，已成為可能。尤其是基因芯片技術(shù)的完善，通過mRNA差異顯示，為Es細(xì)胞分化和不同分化階段細(xì)胞的基因轉(zhuǎn)錄和表達(dá)的研究奠定基礎(chǔ)，成為揭示發(fā)育和分化的分子機(jī)制的重要手段?？傊?，干細(xì)胞研究對細(xì)胞組織移植治療，體外研究動(dòng)物、人胚胎的發(fā)