科學(xué)技術(shù)社會(huì)干細(xì)胞和造血干細(xì)胞研究

1、干細(xì)胞研究的歷史、進(jìn)展與未來中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院2004級(jí)胡文寶干細(xì)胞是尚未分化發(fā)育的，能生成各種器官組織的全能細(xì)胞。它是具有自我更新、高度增殖和多向分化潛能的細(xì)胞群體，即這些細(xì)胞可以通過細(xì)胞維持自身細(xì)胞群大小，同時(shí)又可以進(jìn)一步分化成為各種不同的組織細(xì)胞，從而構(gòu)成機(jī)體各種復(fù)雜的組織和器官。干細(xì)胞可以來自胚胎、胎兒或成體。根據(jù)其來源不同，干細(xì)胞可分胚胎干細(xì)胞和成體干細(xì)胞。胚胎干細(xì)胞的分化和增殖構(gòu)成動(dòng)物發(fā)育的基礎(chǔ)，即由單個(gè)受精卵發(fā)育成為具有各種組織器官的個(gè)體，成體干細(xì)胞的進(jìn)一步分化則是成年動(dòng)物體內(nèi)組織和器官修復(fù)再生的基礎(chǔ)。干細(xì)胞研究的歷史：1959年，美國(guó)首次報(bào)道了通過體外受精（IVF）動(dòng)

2、物。60年代，幾個(gè)近親種系的小鼠睪丸畸胎瘤的研究表明其來源于胚胎生殖細(xì)胞（embryonicgermcells,EG細(xì)胞）,此工作確立了胚胎癌細(xì)胞（embryoniccarcinomacells,EC細(xì)胞）是一種干細(xì)胞。1968年，Edwards和Bavister在體外獲得了第一個(gè)人卵子。70年代，EC細(xì)胞注入小鼠胚泡產(chǎn)生雜合小鼠。培養(yǎng)的SC細(xì)胞作為胚胎發(fā)育的模型，雖然其染色體的數(shù)目屬于異常。1978年，第一個(gè)試管嬰兒，LouiseBrown在英國(guó)誕生。1981年，Evan,Kaufman和Martin從小鼠胚泡內(nèi)細(xì)胞群分離出小鼠ES細(xì)胞。他們建立了小鼠ES細(xì)胞體外培養(yǎng)條件。由這些細(xì)胞產(chǎn)生的細(xì)

3、胞系有正常的二倍型，像原生殖細(xì)胞一樣產(chǎn)生三個(gè)胚層的衍生物。將ES細(xì)胞注入上鼠，能誘導(dǎo)形成畸胎瘤。19841988年，Anderews等人從人睪丸畸胎瘤細(xì)胞系Tera-2中產(chǎn)生出多能的、可鑒定的（克隆化的）細(xì)胞，稱之為胚胎癌細(xì)胞（embryoniccarcinomacells,EC細(xì)胞）?？寺〉娜薊C細(xì)胞在視黃酸的作用下分化形成神經(jīng)元樣細(xì)胞和其他類型的細(xì)胞。1989年，Pera等分離了一個(gè)人EC細(xì)胞系，此細(xì)胞系能產(chǎn)生出三個(gè)胚層的組織。這些細(xì)胞是非整倍體的（比正常細(xì)胞染色體多或少），他們?cè)隗w外的分化潛能是有限的。1994年，通過體外授精和病人捐獻(xiàn)的人胚泡處于2-原核期。胚泡內(nèi)細(xì)胞群在培養(yǎng)中得以保存

4、其周邊有滋養(yǎng)層細(xì)胞聚集，ES樣細(xì)胞位于中央。1998年，Thomoson等從治療不育癥的夫婦捐獻(xiàn)的正常人胚泡中分離得到內(nèi)細(xì)胞群。細(xì)胞經(jīng)培養(yǎng)可多次傳代，保持正常核型，具有高水平的端粒酶活性，表達(dá)人ES細(xì)胞而靈長(zhǎng)類ES細(xì)胞的特征。當(dāng)將幾種非克隆化細(xì)胞系的細(xì)胞注入免疫缺陷小鼠內(nèi)后可形成畸胎瘤。畸胎瘤含有來源于原始胚層的多種細(xì)胞類型，這證明了人ES細(xì)胞的多能性。2000年，由Pera、Trounson和Bongso領(lǐng)導(dǎo)的新加坡和澳大利亞科學(xué)家從治療不育癥的夫婦捐贈(zèng)的胚泡內(nèi)細(xì)胞群中分離得到人ES細(xì)胞，這些細(xì)胞體外增殖，保持正常的核型，自發(fā)分化形成來源于三個(gè)胚層的體細(xì)胞系。將其注入免疫缺陷小鼠錯(cuò)開內(nèi)產(chǎn)生畸

5、胎瘤。2003，建立了人類皮膚細(xì)胞與兔子卵細(xì)胞種間融合的方法，為人胚胎干細(xì)胞研究提供了新的途徑。2004年，MassachusettsAdvancedCellTechnology報(bào)道克隆小鼠的干細(xì)胞可以通過形成細(xì)小血管的心肌細(xì)胞修復(fù)心衰小鼠的心肌損傷。這種克隆細(xì)胞比來源于骨髓的成體干細(xì)胞修復(fù)作用更快、更有效，可以取代40%的瘢痕組織和恢復(fù)心肌功能。這是首次顯示克隆干細(xì)胞在活體動(dòng)物體內(nèi)修復(fù)受損組織。干細(xì)胞研究的進(jìn)展：1.干細(xì)胞的來源胚胎干細(xì)胞主要來源于胚胎組織，而用于治療的應(yīng)該是人的胚胎干胚胎干細(xì)胞，由于人胚胎干細(xì)胞很難獲得，而且人的胚胎干細(xì)胞很難培養(yǎng)，因此如何獲得人的胚胎干細(xì)胞和保存胚胎細(xì)胞都

6、是研究熱點(diǎn)。自從1998年建立了第一株人的胚胎干細(xì)胞，到現(xiàn)在為止大約有幾十株了，但真正公開出售的約有11株。因此各國(guó)科學(xué)工作者都要用不同的方法建立自己國(guó)家的胚胎干細(xì)胞系。國(guó)外常用孤雌干細(xì)胞來建立細(xì)胞系。國(guó)內(nèi)盛惠珍實(shí)驗(yàn)室采用核移植方法建立人的胚胎干細(xì)胞系，采用兔去核卵細(xì)胞現(xiàn)人的細(xì)胞核進(jìn)行融合而成。韓國(guó)則采用冷凍的胚胎和丟棄的胚胎來獲得干細(xì)胞，從而建立了胚胎干細(xì)胞系，這一研究為找到胚胎干細(xì)胞資源提供了新的來源。不過，從胎兒中獲得干細(xì)胞，在倫理上仍存在很大的爭(zhēng)議，許多國(guó)家和地區(qū)法律不允許這樣的行為。因此科學(xué)家試圖通過新的手段獲得具有全能性的類似胚胎干細(xì)胞功能的細(xì)胞。成體干細(xì)胞的來源來源問題也是熱點(diǎn)之

7、一，如不同組織的成體干細(xì)胞的發(fā)現(xiàn)和應(yīng)用，以及干細(xì)胞的表面標(biāo)記的研究。目前至少發(fā)現(xiàn)心臟、胰腺、肝臟、神經(jīng)、皮膚、牙齒、頭發(fā)、骨髓等中存在干細(xì)胞，尤其是像神經(jīng)和心臟被認(rèn)為是終末組織，不具有再生能力，它們的干細(xì)胞研究發(fā)現(xiàn)，為神經(jīng)再生和心臟再生提供了良好的前景。而干細(xì)胞的表面標(biāo)記一直是爭(zhēng)議的問題，目前鑒定干細(xì)胞十分困難，需要很多實(shí)驗(yàn)支持。如果能找到通用的標(biāo)記，這樣便能很快鑒定出干細(xì)胞。2干細(xì)胞的增殖分化增殖與分化是干細(xì)胞研究的關(guān)鍵性內(nèi)容，明確發(fā)育過程中，遺傳等對(duì)胚胎細(xì)胞增殖分化為三胚層細(xì)胞的調(diào)控機(jī)制對(duì)體外研究干細(xì)胞有重要意義。干細(xì)胞增殖分化的具體過程、調(diào)控因素及周圍環(huán)境的關(guān)系尚未完全明了，胚胎干細(xì)胞和

8、胚胎生殖細(xì)胞在體外大量增殖而不分化的具體機(jī)制也引起了學(xué)者的廣泛重視，通過分析人多能干細(xì)胞的基因，可有助于明確細(xì)胞處于未分化狀態(tài)的具體機(jī)制，對(duì)于成體干細(xì)胞，如何增加其體外增殖能力以滿足移植需要也是干細(xì)胞研究的重點(diǎn)。3干細(xì)胞的應(yīng)用研究近幾年世界各國(guó)科學(xué)家對(duì)于干細(xì)胞的臨床應(yīng)用研究已經(jīng)取得很大的進(jìn)展。目前大量實(shí)驗(yàn)研究已證明，干細(xì)胞可用來治療心臟病、老年癡呆、帕金森氏綜合癥、中風(fēng)、糖尿病等疾病?，F(xiàn)舉例如下：（1）.胚胎干細(xì)胞育出心臟組織以色列工學(xué)院最近宣布，科學(xué)家首次從胚胎干細(xì)胞中培養(yǎng)出人類心臟組織。他們培育出的心臟組織，可以自然跳動(dòng)，并且有新生心臟組織的電生理特性和機(jī)械性。（2）.造血干細(xì)胞育出腎臟組

9、織英國(guó)科學(xué)家報(bào)道，他們已經(jīng)用骨髓干細(xì)胞培育出了腎臟組織，這在器官移植手術(shù)中是一個(gè)重大突破。這一突破，使那些等待器官移植的病人不必再依賴于器官捐獻(xiàn)，醫(yī)生可通過修補(bǔ)受損腎臟來達(dá)到治療的目的。同時(shí)也是第一次證明了成人骨髓干細(xì)胞可以發(fā)育成為成熟的腎臟細(xì)胞。（3）.神經(jīng)干細(xì)胞瑞典神經(jīng)學(xué)家Biorklund及其同事應(yīng)用從流產(chǎn)胎兒腦中分離的神經(jīng)干細(xì)胞，移植入患者的腦中來治療帕金森氏綜合癥。經(jīng)術(shù)后對(duì)病人進(jìn)行跟蹤研究，發(fā)現(xiàn)移植的神經(jīng)元仍然存活，并繼續(xù)產(chǎn)一多巴胺，而且口才的癥狀得到明顯改善。（4）.胰島干細(xì)胞美國(guó)佛羅里達(dá)大學(xué)教授Ramiya及其同事從尚未發(fā)病的糖尿病小鼠的胰島導(dǎo)管中分離出胰島干細(xì)胞，并在體外誘導(dǎo)這

10、些細(xì)胞分化成為產(chǎn)生胰島素的B細(xì)胞。移植實(shí)驗(yàn)表明，接受移植的糖尿病鼠血糖嘗試控制良好，而對(duì)照的小鼠死于糖尿病。干細(xì)胞的未來：已經(jīng)有許多有關(guān)各種干細(xì)胞新發(fā)現(xiàn)和和特性的報(bào)道。重要的是，這些細(xì)胞是研究工具，它們?yōu)樯镝t(yī)學(xué)研究創(chuàng)造了很多機(jī)會(huì)。1干細(xì)胞移植研究重建機(jī)體功能正是干細(xì)胞的這種潛在價(jià)值引起了廣泛的研究興趣。諸如帕金森病、糖尿病、慢性心臟、終末腎病、肝臟衰竭和癌癥等是適合干細(xì)胞治療的幾種疾病。對(duì)于許多縮短生命的疾病，雖然沒有有效的治療，但是可以通過發(fā)現(xiàn)代替自然過程的方法來治療。例如，今天科學(xué)已經(jīng)使我們免疫的反應(yīng)弱化，從而可以將一個(gè)人器官和組織移植給另一個(gè)人，取代那個(gè)患病的器官。但是，盡管移植科學(xué)的

11、最新進(jìn)步，由于捐獻(xiàn)器官的短缺，通過捐助器官戰(zhàn)略滿足取代器官以挽救生命的日益增長(zhǎng)的需要是不可能的。使用干細(xì)胞替換組織治療神經(jīng)疾患是研究的主要焦點(diǎn)。脊髓損傷、多發(fā)硬化癥、帕金森病和AD的治療都是在腦或脊髓中用干細(xì)胞代替破壞或者無功能的細(xì)胞。2基礎(chǔ)研究應(yīng)用胚胎干細(xì)胞是基礎(chǔ)應(yīng)用研究中關(guān)鍵的研究工具，可以理解胚胎發(fā)育的基本過程，在某一天也許能夠解釋胎兒畸形的原因及預(yù)防修正畸形。另一個(gè)相關(guān)發(fā)育生物學(xué)和干細(xì)胞生物學(xué)研究的重要領(lǐng)域是了解胎兒的發(fā)育期間所起作用的基因和類似生長(zhǎng)因子和營(yíng)養(yǎng)物分子，這樣，它們能被用來培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)室里的干細(xì)胞，指導(dǎo)它們定向發(fā)育成為物化的細(xì)胞。3. 治療轉(zhuǎn)移系統(tǒng)干細(xì)胞已經(jīng)被研究作為載體把基因

12、傳輸給身體的按特定的組織?；诟杉?xì)胞的療法是癌癥研究中的主要方面。多年來，恢復(fù)血液和免疫系統(tǒng)功能在使用化療的癌癥病人治療上已經(jīng)是治療的一個(gè)組成部分。現(xiàn)在，研究人員在努力設(shè)計(jì)用來自干細(xì)胞的特異細(xì)胞來靶定癌細(xì)胞，直接施與破壞或者修正它們的治療。4. 藥物篩選模型的建立與評(píng)價(jià)體系建立干細(xì)胞研究將大大改進(jìn)藥品研制和進(jìn)行安全性實(shí)驗(yàn)的方法。多能干細(xì)胞使更多類型的細(xì)胞實(shí)驗(yàn)成為可能。新的藥物治療方法可以先用人類細(xì)胞系進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，如目前的癌細(xì)胞系就是為這種實(shí)驗(yàn)建立的。雖然這些實(shí)驗(yàn)不可能取代在動(dòng)物和人體進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)，但這會(huì)使藥品研抽的過程更為有效，胚胎干細(xì)胞提供了新藥的藥理、藥效、毒理及藥物代謝等細(xì)胞水平的研究手段，

13、大大減少了藥物實(shí)驗(yàn)所需動(dòng)物的數(shù)量。胚胎干細(xì)胞還可以用來研究人類疾病發(fā)生的機(jī)制和發(fā)展過程，以便找到持久有效的治療方法。存在的問題：關(guān)于干細(xì)胞的研究還有許多問題需要解決。什么機(jī)制決定胚胎干細(xì)胞（ES）和胚胎生殖細(xì)胞（EG而不分化？Oct4是第一個(gè)與維持干細(xì)胞全能性相關(guān)的基因。Oct4體外表達(dá)是維持ES細(xì)胞多能但不分化狀態(tài)的必要條件。若培養(yǎng)小鼠ES細(xì)胞時(shí)抑制Oct4表達(dá)，則細(xì)胞產(chǎn)生滋養(yǎng)外胚層；若人為增加細(xì)胞Oct4表達(dá)，小鼠ES細(xì)胞即分化為原始內(nèi)胚層與中胚層。因此，Oct4表達(dá)水平高低是小鼠胚胎發(fā)育水平的標(biāo)志，其誘導(dǎo)蛋白為ES細(xì)胞多能性的主要調(diào)控因子。2003年，Chambers和Mstsui報(bào)道了

14、另一個(gè)能維持干細(xì)胞多能性的基因Nanog.Nanog是轉(zhuǎn)錄激活子，能激活Oct4的表達(dá)。但Nanog與其他多能性基因（如CDX2,Gata6,Gata4）間的相互作用還沒有搞清楚?？刂聘杉?xì)胞分化的內(nèi)部機(jī)制是什么？干細(xì)胞沿著特別的路徑定向分化形成一種特化細(xì)胞的內(nèi)部調(diào)控機(jī)制是什么？這種內(nèi)部機(jī)制如何在微環(huán)境的影響下轉(zhuǎn)變？干細(xì)胞通常位于什么地方？什么是重要的細(xì)胞和分子的信號(hào)，激活人的多能的干細(xì)胞開始分化為特化細(xì)胞？無論對(duì)研究人員還是對(duì)患者而言，在干細(xì)胞方面尚有許多的疑問需要解決。還需要多長(zhǎng)時(shí)間才能用多能干細(xì)胞（人或其他）來治療帕金森病和糖尿病？?jī)H使用成體干細(xì)胞就能滿足所有治療需求了嗎？有多少種干細(xì)胞能在短期內(nèi)產(chǎn)生并用于治療？在干細(xì)胞生物學(xué)的早期階段預(yù)測(cè)干細(xì)胞的應(yīng)用前景是困難的。到現(xiàn)在為止，來源于胚胎、胎兒及成人的哪種干細(xì)胞或哪種處理方法能更好地應(yīng)用于基礎(chǔ)研究及臨床應(yīng)用都有待于進(jìn)一步研究。感興趣的問題：高等生物，特別是哺乳動(dòng)物，它們是從一個(gè)受精卵發(fā)育成一個(gè)完整的個(gè)體的。在這個(gè)過程中，細(xì)胞要經(jīng)過很多次分裂，并發(fā)生分化，形成各種各樣的器官和組織。那么，在這個(gè)過程中有什么樣的機(jī)制使得一個(gè)小小的細(xì)胞能夠準(zhǔn)確無誤地形成這樣復(fù)雜的個(gè)體呢？對(duì)于這個(gè)個(gè)問題已經(jīng)有了很多成果，但也有大量的工作要做。可以用干細(xì)胞