干細(xì)胞研究的意義及干細(xì)胞研究進(jìn)展

干細(xì)胞研究的意義

干細(xì)胞工程是在細(xì)胞培養(yǎng)技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的一項(xiàng)新的細(xì)胞工程。它是利用干細(xì)胞的增殖特性，多分化潛能及其增殖分化的高度有序性，通過(guò)體外培養(yǎng)干細(xì)胞、誘導(dǎo)干細(xì)胞定向分化或利用轉(zhuǎn)基因技術(shù)處理干細(xì)胞以改變其特性的方法，以達(dá)到利用干細(xì)胞為人類服務(wù)的目的。

其主要研究?jī)?nèi)容一方面是胚胎干細(xì)胞的研究，如建立ES細(xì)胞系并利用ES細(xì)胞的發(fā)育多能性即環(huán)境因素對(duì)細(xì)胞分化發(fā)育的影響，定向誘導(dǎo)細(xì)胞分化為特定的細(xì)胞如肌細(xì)胞、神經(jīng)細(xì)胞等作為細(xì)胞移植的新來(lái)源。另一方面成體干細(xì)胞的研究主要包括成體組織干細(xì)胞的分離培養(yǎng)體內(nèi)和植入體內(nèi)，更新機(jī)體病變的組織器官恢復(fù)正常功能；并用干細(xì)胞作為基因治療的靶細(xì)胞；研究體內(nèi)有效活化組織干細(xì)胞的方法，增強(qiáng)其功能。

生物學(xué)上，通俗的講：利用干細(xì)胞可以用來(lái)制造人身體上的一些器官，比如在一個(gè)人因?yàn)橐环N什么原因而失去心臟功能，那么就可以用他自己的干細(xì)胞來(lái)制造一個(gè)新的心臟，最重要的是這個(gè)新的心臟不會(huì)受到自身免疫系統(tǒng)的攻擊。目前，生命科學(xué)領(lǐng)域內(nèi)對(duì)胚胎干細(xì)胞的研究和應(yīng)用僅僅是一種嘗試，應(yīng)用干細(xì)胞技術(shù)治療疾病至少還要經(jīng)歷三個(gè)階段：

第一個(gè)階段，把一種組織的成體干細(xì)胞直接移植給相應(yīng)組織壞損的病人以治療疾病。

第二階段，如果掌握了干細(xì)胞向某種組織細(xì)胞分化的條件，就可以在體外對(duì)干細(xì)胞進(jìn)行誘導(dǎo)使之“定向”分化成所需的細(xì)胞。對(duì)于某些遺傳性疾病，還可對(duì)干細(xì)胞進(jìn)行基因修飾。對(duì)經(jīng)過(guò)“定向分化”或“基因修飾”后的干細(xì)胞進(jìn)行篩選后，把“合格”的細(xì)胞移植給病人。

第三階段，在體外進(jìn)行“器官克隆”以供病人移植。不久前有人把從脊髓中提取的干細(xì)胞注射到一批癱瘓大鼠身上，經(jīng)過(guò)六個(gè)月的治療后，75%的癱瘓大鼠恢復(fù)了身上的肌肉，它們的肢體重新獲得力量，可以四處跑動(dòng)了。這是個(gè)好消息，說(shuō)明盡管在體外培養(yǎng)一個(gè)具有正常生理功能和結(jié)構(gòu)的人體器官，還只是一個(gè)“美好的愿望”，但已經(jīng)不是遙不可及。干細(xì)胞研究進(jìn)展為了一個(gè)人的形成，單個(gè)受精卵將產(chǎn)生數(shù)以億計(jì)的細(xì)胞和250多種不同的細(xì)胞類型。幸而，直到最后一個(gè)細(xì)胞和器官發(fā)育形成之時(shí)，所有的一切仍未結(jié)束。貫穿于整個(gè)生命的，是大多數(shù)組織繼續(xù)產(chǎn)生新的細(xì)胞以替換損耗的老細(xì)胞或滿足新的生命活動(dòng)的需要。比如，當(dāng)運(yùn)動(dòng)員在高海拔地區(qū)進(jìn)行訓(xùn)練的時(shí)候，循環(huán)系統(tǒng)中血細(xì)胞的數(shù)量相應(yīng)增加以滿足運(yùn)輸更多氧氣的需要。很顯然，在諸如皮膚，毛發(fā)，骨骼，骨髓，腸這樣的組織中，細(xì)胞再生能力已得到證實(shí)；但這種現(xiàn)象很可能在所有器官中都不同程度地存在著，包括大腦在內(nèi)，而慣常的觀點(diǎn)是，神經(jīng)元是不可再生的。組織更新和修補(bǔ)自身的能力來(lái)源于稱為干細(xì)胞的小細(xì)胞團(tuán)。干細(xì)胞存在于生命的全過(guò)程，在體內(nèi)微環(huán)境中被專門的“看護(hù)”細(xì)胞緊密包圍?！翱醋o(hù)”細(xì)胞提供生長(zhǎng)因子和信號(hào)分子保持干細(xì)胞的特性――分化能力，以及在特定生命周期中分化為特化細(xì)胞的同時(shí)又能自我復(fù)制的能力。矛盾的是，干細(xì)胞的自身分裂十分有限，而它們的子細(xì)胞在最終形成特化細(xì)胞的過(guò)程中，有非凡的繁殖力。干細(xì)胞以及他們能維持一定數(shù)量的能力一直深深吸引著生物學(xué)家們[1]，如今更為狂熱。由于人們意外的發(fā)現(xiàn)成熟組織中的干細(xì)胞可以重新程序化，即使效率極低，但仍然可以分化為其他來(lái)源的細(xì)胞。[2]比如，在正常情況下，成年鼠的少數(shù)造血干細(xì)胞可生成肌肉組織，神經(jīng)系干細(xì)胞可生成血液。這些報(bào)告使得將來(lái)受損組織用同一個(gè)體內(nèi)其他組織的殘余干細(xì)胞來(lái)修復(fù)成為可能。懸而未決的問(wèn)題另外兩項(xiàng)研究也引起了科學(xué)界和公眾的廣泛關(guān)注。去年，有兩個(gè)研究小組宣布他們從人類胚胎和胎兒的生殖細(xì)胞中分離出了多能干細(xì)胞(pluripotential)――可以分化為多種細(xì)胞類型的干細(xì)胞。緊跟著，就是眾所周知的來(lái)自成熟體細(xì)胞的克隆羊多莉(dolly)及克隆鼠的誕生。這些有著巨大新聞價(jià)值的研究層出不窮，引起了世界性的關(guān)于道德和倫理規(guī)范的討論風(fēng)暴，而且到現(xiàn)在還在爭(zhēng)論。比如在美國(guó)，公眾的反對(duì)迫使NIH停止對(duì)人胚胎干細(xì)胞的研究提供資助。這些爭(zhēng)論使許多研究人員開始意識(shí)到，他們必須就一些基本問(wèn)題與迫切的公眾和立法者進(jìn)行有效的交流，其中包括“人的生命何時(shí)開始？”“成為人意味著什么？”“什么是胚胎，它在什么時(shí)候變成人？”?？茖W(xué)家們是否能回答這些復(fù)雜的問(wèn)題還有爭(zhēng)執(zhí)，這里我不打算繼續(xù)深入討論。我只想確定這個(gè)事實(shí)：在回答另一個(gè)更重要的基本問(wèn)題“我們?cè)鯓硬趴赡馨迅杉?xì)胞用于醫(yī)藥領(lǐng)域？”之前，我們的確還需要更多的信息。采取哪種方法？最基本的，我們必須進(jìn)一步研究人體所有組織的干細(xì)胞。第一步，我們需要確定分子標(biāo)記，它們能將寥寥無(wú)幾的干細(xì)胞從他們龐大的子細(xì)胞中區(qū)分開來(lái)。此外，還需了解干細(xì)胞與所處的微環(huán)境之間的相互作用，以及微環(huán)境如何對(duì)機(jī)體的需求作出反應(yīng)。我們僅對(duì)骨髓中的造血干細(xì)胞的相關(guān)信息有一定了解，這將有助于在臨床治療中增加受損組織中殘留的干細(xì)胞的數(shù)量?，F(xiàn)在，我們已經(jīng)能夠培養(yǎng)少量造血干細(xì)胞以重建人的血液系統(tǒng)。設(shè)定一個(gè)最壞的狀況，一個(gè)慢性病患者失去了某種組織的大部分干細(xì)胞，必須要用替代療法才能生存。如今，最可行的方案是采用另一個(gè)體相應(yīng)組織的干細(xì)胞來(lái)補(bǔ)充。但是，這種方案也相當(dāng)危險(xiǎn)，由于捐獻(xiàn)者與患者沒有遺傳上的相容性，移植很快因免疫排斥而失敗。一種改進(jìn)方案是用所謂“自體同源干細(xì)胞(autologousstemcells)”的干細(xì)胞來(lái)進(jìn)行治療，這種干細(xì)胞與患者的基因型完全相同。雖然目前還不可行，但是我們已經(jīng)有了一定的設(shè)想。一種方案是分離、培養(yǎng)患者的另一組織的干細(xì)胞，比如骨髓或皮膚的，再把這些成熟干細(xì)胞在體外重新程序化。為了了解怎樣才能重新程序化干細(xì)胞，我們需要一系列的實(shí)驗(yàn)，來(lái)研究沉默基因的重新激活，以及激活基因被關(guān)閉的機(jī)制。例如“早期胚胎細(xì)胞分化為不同細(xì)胞系的機(jī)制研究”就會(huì)給我們相當(dāng)?shù)膯⑹?。如果我們理解了遺傳基因控制正常發(fā)育的實(shí)現(xiàn)過(guò)程，我們將更容易地在實(shí)驗(yàn)室里進(jìn)行有目的地控制基因表達(dá)和細(xì)胞分化的方向。另一種方法是用來(lái)源于囊胚期的胚胎的多能干細(xì)胞。囊胚期是指卵子剛剛受精但尚未種植到子宮的階段，此時(shí)胚胎稱為胚泡。胚泡大約由100個(gè)細(xì)胞組成，其中包含一些特化性較少的干細(xì)胞，可在培養(yǎng)中不確定地誘導(dǎo)分化為多種細(xì)胞形式（如圖）。最早的人類多能干細(xì)胞是從體外受精的臨床病例中得來(lái)的多余胚泡。這個(gè)里程碑式的事件是JamesThomson領(lǐng)導(dǎo)的UniversityofWisconsin,Madison的實(shí)驗(yàn)室在1998年的成果。另一個(gè)在澳大利亞的MonashUniversity的實(shí)驗(yàn)室最近宣布了相似的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。現(xiàn)在這兩個(gè)小組正在進(jìn)一步研究這些多能干細(xì)胞和子細(xì)胞的特征。這些工作為人類胚胎早期發(fā)育中基因功能研究提供無(wú)價(jià)的數(shù)據(jù)資料。不幸的是直到現(xiàn)在，我們對(duì)這一領(lǐng)域知之甚少，部分由于聯(lián)邦經(jīng)費(fèi)對(duì)胚胎研究的限制。盡管胚胎發(fā)育在進(jìn)化中高度保守，但是脊椎動(dòng)物胚胎發(fā)育中一些細(xì)節(jié)上的差異，足以證明鼠和人之間并不是所有的基因都具有相同功能。因此，在模式動(dòng)物研究中得來(lái)的信息不能充分體現(xiàn)出我們?cè)谌祟惛杉?xì)胞中研究中的問(wèn)題。公眾眼中的干細(xì)胞用人類多能干細(xì)胞進(jìn)行研究引起爭(zhēng)議是由于他們來(lái)自人類的受精卵，在某些人認(rèn)為人的生命始于受精。那么在理論上，用體細(xì)胞核轉(zhuǎn)移的方法生成自體同源干細(xì)胞引起的爭(zhēng)議會(huì)少一些。這種方法是把成熟細(xì)胞的細(xì)胞核轉(zhuǎn)入一個(gè)去核的未受精卵細(xì)胞中，在實(shí)驗(yàn)室里，這個(gè)卵細(xì)胞發(fā)育成胚泡，研究人員可從中分離培養(yǎng)多能干細(xì)胞系。最近，MonashUniversity的研究人員用這項(xiàng)技術(shù)在小鼠上取得了成功。他們?cè)?000多個(gè)轉(zhuǎn)移基因標(biāo)記的細(xì)胞核的去核卵細(xì)胞中，獲得一個(gè)胚胎干細(xì)胞系。如果這種“治療性克隆”能夠在效率上更提高一些，那么這對(duì)人類干細(xì)胞的研究同樣有意義。既然實(shí)驗(yàn)用的卵細(xì)胞是去核和未受精的，無(wú)不同個(gè)體的遺傳物質(zhì)融合，從而未發(fā)生受精過(guò)程，所以用這種方法制造的干細(xì)胞在道德和倫理上將更容易被人們所接受。此外，由于胚胎干細(xì)胞不能獨(dú)立發(fā)育成胎兒，所以他們不是胚胎。然而，從理論上講，體細(xì)胞核轉(zhuǎn)移產(chǎn)生的胚泡不僅只用于干細(xì)胞的產(chǎn)生，把這樣的胚泡移植到婦女子宮中也有可能克隆人。嘗試此類研究與現(xiàn)行道德準(zhǔn)相駁，也是違法行為。另外，這樣的行為會(huì)使許多不負(fù)責(zé)任的人們有所企圖，無(wú)法控制倫理道德標(biāo)準(zhǔn)，而且有可能使人為的和有目的地制造畸形嬰兒成為可能。這些爭(zhēng)議對(duì)一些更極端的反對(duì)者來(lái)說(shuō)還不是關(guān)鍵，他們認(rèn)為只有對(duì)于一個(gè)已經(jīng)去世的人，體細(xì)胞核轉(zhuǎn)移技術(shù)才可以接受。往往在聯(lián)邦經(jīng)費(fèi)資助人類干細(xì)胞的科學(xué)研究之前，一個(gè)基于相互尊重的信仰的公眾討論就已經(jīng)開始，無(wú)論這種研究是以治療人類疾病為目的還是以基礎(chǔ)研究為目的。可以認(rèn)為這種爭(zhēng)論本身，是一個(gè)好的事情，因?yàn)樗ぐl(fā)了公眾對(duì)生物學(xué)和復(fù)制的興趣及關(guān)注，這些內(nèi)容以往在學(xué)校里不能有效的傳授給學(xué)生。（克隆青蛙往往不能象克隆人類自己那樣使高中的學(xué)生們產(chǎn)生興趣，而且人類肢體再生的案例就可以引導(dǎo)學(xué)生展開有關(guān)人類肢體的形成和哪些基因產(chǎn)生手臂而不產(chǎn)生腿之類的討論，象這樣的說(shuō)法未免太牽強(qiáng)了一點(diǎn)。）無(wú)論怎樣，干細(xì)胞研究的前提是將會(huì)得到新的實(shí)質(zhì)意義上的治療方法。因此，科學(xué)家們必須十分謹(jǐn)慎，避免媒體對(duì)基因治療過(guò)分夸大的報(bào)道，否則會(huì)失去公眾的信任和信心。在應(yīng)用人多能干細(xì)胞時(shí)，也必須十分留心。就像我們看到的那樣，對(duì)公眾中的某些人來(lái)說(shuō)，這些細(xì)胞的來(lái)源相當(dāng)于破壞人的生命。事實(shí)是在我們確切知道干細(xì)胞治療的實(shí)際用途之前，還有許多障礙要跨越。當(dāng)我們向前繼續(xù)探索的每時(shí)每刻，我們必須誠(chéng)實(shí)。分子免疫學(xué)課程論文干細(xì)胞研究進(jìn)展摘要：干細(xì)胞是一類具有自我更新和增殖分化能力的細(xì)胞，是各種組織器官的最初來(lái)源。通過(guò)幾十年的研究發(fā)展，干細(xì)胞工程已經(jīng)廣泛應(yīng)用于生命科學(xué)及醫(yī)藥學(xué)中的多個(gè)領(lǐng)域。目前研究的干細(xì)胞種類眾多，本文綜述了干細(xì)胞的來(lái)源、基礎(chǔ)生物學(xué)特征和應(yīng)用，以及胚胎干細(xì)胞和成體干細(xì)胞的研究進(jìn)展。關(guān)鍵詞：干細(xì)胞來(lái)源生物學(xué)特征胚胎干細(xì)胞成體干細(xì)胞前言：干細(xì)胞如同植物細(xì)胞或組織經(jīng)組織培養(yǎng)后再生新植株一樣，能夠分化形成一個(gè)新的動(dòng)物生命體。這打破了科學(xué)界對(duì)細(xì)胞的命運(yùn)在胚胎期就已經(jīng)確定并不可逆轉(zhuǎn)的認(rèn)識(shí)，為動(dòng)物組織器官的再生提供了可能性，也為器官移植提供了新的來(lái)源，并且對(duì)攻克人類重大疾病如心腦血管疾病、癌癥、老年性疾病等提供了新的方法和思路。20世紀(jì)90年代以來(lái)，分離和體外培養(yǎng)各種來(lái)源的干細(xì)胞技術(shù)不斷成熟，干細(xì)胞生物學(xué)研究激起了生命科學(xué)界強(qiáng)烈反響，世界各國(guó)都專門設(shè)立專項(xiàng)用于干細(xì)胞的研究,有關(guān)干細(xì)胞的理論也不斷被完善。1干細(xì)胞基礎(chǔ)1.1干細(xì)胞的來(lái)源與發(fā)展干細(xì)胞（stemcell,SC）是一類具有自我更新和增殖分化能力的細(xì)胞，能產(chǎn)生表現(xiàn)型和基因型與自己完全相同的干細(xì)胞。干細(xì)胞這個(gè)詞最初是在19世紀(jì)的生物學(xué)文獻(xiàn)中出現(xiàn)，1896年，E.B.Wilson在論述細(xì)胞生物學(xué)文獻(xiàn)中第一次應(yīng)用干細(xì)胞一詞，專門用以描述存在于寄生蟲，如蠕蟲、線蟲、蛔蟲等生殖系的祖細(xì)胞。1983年，Sulston在文獻(xiàn)中記錄，從對(duì)線蟲細(xì)胞系研究中，表明生殖系祖細(xì)胞的早期細(xì)胞分裂物仍保持有關(guān)親代分裂球特性，并證明具有自我更新能力。這種觀點(diǎn)與目前所認(rèn)識(shí)的干細(xì)胞特性較接近。1967年，美國(guó)華盛頓大學(xué)的多納爾·托馬斯發(fā)表論文稱，如果將正常人的骨髓移植到病人體內(nèi)，可以治療造血功能障礙，從而開始干細(xì)胞應(yīng)用于血液系統(tǒng)臨床疾病治療。1998年11月，美國(guó)科學(xué)家Thomason在“科學(xué)”雜志上報(bào)道，他們成功地在體外培養(yǎng)和擴(kuò)增了人體胚胎干細(xì)胞。由于胚胎干細(xì)胞可以在一定條件下分化成各種組織，所以，可能被用來(lái)取代病人體內(nèi)壞損的組織細(xì)胞，達(dá)到治病的目的，從而帶動(dòng)了世界范圍內(nèi)干細(xì)胞研究的熱潮。一年后的1999年3月，美國(guó)科學(xué)家Goodell發(fā)現(xiàn)小鼠肌肉組織干細(xì)胞可以橫向分化成血細(xì)胞。這一發(fā)現(xiàn)立即被世界各國(guó)科學(xué)家證實(shí)，并且發(fā)現(xiàn)，人成體干細(xì)胞同樣具有橫向分化功能[1]。自21世紀(jì)以來(lái)，世界各國(guó)紛紛投入大量資金用于干細(xì)胞研究，其研究種類眾多，發(fā)展迅速，理論和技術(shù)被不斷完善。1999年，《Science》將干細(xì)胞研究評(píng)為21世紀(jì)最重要的10項(xiàng)研究領(lǐng)域之首，2007年三位科學(xué)家因在胚胎干細(xì)胞與哺乳動(dòng)物DNA重組方面的研究而獲得諾貝爾醫(yī)學(xué)和生理學(xué)獎(jiǎng)，2012年，日本科學(xué)家山中伸彌和英國(guó)科學(xué)家約翰·咯噔因在在體細(xì)胞重編為干細(xì)胞方面的研究而獲得諾貝爾醫(yī)學(xué)和生理學(xué)獎(jiǎng)。在未來(lái)中干細(xì)胞依舊是生命科學(xué)與醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)，終將為人類重大疾病的根治提供新的技術(shù)支持。1.2干細(xì)胞的生物學(xué)特性1.2.1干細(xì)胞的生化和形態(tài)特性：各種干細(xì)胞在形態(tài)上有一些共性，細(xì)胞較小，通常呈圓形或橢圓形，核質(zhì)比較大。細(xì)胞核染色質(zhì)分布較彌散，核仁較明顯。細(xì)胞質(zhì)內(nèi)除含有游離核糖體外，其它細(xì)胞器均少且小。不同種類的干細(xì)胞生化特征有所差異，但都具有比較高的端粒酶活性，這與其增殖能力密切相關(guān)。1.2.2干細(xì)胞的增殖特征：干細(xì)胞的增殖具有緩慢性和自穩(wěn)定性。緩慢性是干細(xì)胞進(jìn)入分化程序之前，首先要經(jīng)過(guò)一個(gè)短暫的增殖期，產(chǎn)生界于干細(xì)胞與分化細(xì)胞之間的過(guò)渡放大細(xì)胞，經(jīng)若干次分裂后產(chǎn)生分化細(xì)胞。這樣有利其對(duì)特定的外界信息作出反應(yīng)，以決定其是進(jìn)行增殖或是進(jìn)入特定的分化程序，還可以減少基因發(fā)生突變的危險(xiǎn)，使其有更多時(shí)間發(fā)現(xiàn)和校正復(fù)制錯(cuò)誤。自穩(wěn)定性是干細(xì)胞可以在生命個(gè)體中自我更新和維持?jǐn)?shù)目的穩(wěn)定。干細(xì)胞分裂時(shí)，如兩個(gè)子代細(xì)胞都是干細(xì)胞或都是分化細(xì)胞時(shí)，稱對(duì)稱分裂；如產(chǎn)生一個(gè)子代干細(xì)胞和一個(gè)子代分化細(xì)胞時(shí)，則稱不對(duì)稱分裂。對(duì)無(wú)脊椎動(dòng)物而言，不對(duì)稱分裂是干細(xì)胞維持自身數(shù)目恒定的方式。但是，大多數(shù)哺乳動(dòng)物可自我更新的組織中，干細(xì)胞分裂產(chǎn)生的兩個(gè)子代細(xì)胞既可能是兩個(gè)干細(xì)胞，也可能是兩個(gè)特定分化細(xì)胞。當(dāng)組織處于穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)，每一個(gè)干細(xì)胞產(chǎn)生一個(gè)子代干細(xì)胞和一個(gè)穩(wěn)定分化細(xì)胞。因此，哺乳動(dòng)物的干細(xì)胞是種群（而不是單個(gè)干細(xì)胞）意義上的不對(duì)稱分裂，稱種群不對(duì)稱分裂。這樣使得機(jī)體對(duì)干細(xì)胞的調(diào)控更具有靈活性，可以更靈活地應(yīng)對(duì)機(jī)體生理變化的需要[2]。1.2.3干細(xì)胞的可塑性：干細(xì)胞的可塑性一般指的成體干細(xì)胞，即特定部位的成體干細(xì)胞有分化為發(fā)育上無(wú)關(guān)的細(xì)胞組織的潛力。一種組織類型的干細(xì)胞在適當(dāng)條件下可分化為另一種組織類型的細(xì)胞，稱干細(xì)胞的橫向分化。干細(xì)胞的微環(huán)境對(duì)其轉(zhuǎn)化具有非常重要的作用，一些內(nèi)在和外在的信號(hào)調(diào)節(jié)著這些干細(xì)胞的命運(yùn)，這具有重要的理論意義和實(shí)用價(jià)值，將為干細(xì)胞定向培養(yǎng)和應(yīng)用帶來(lái)新的前景。1.2.4干細(xì)胞增殖與分化的微環(huán)境：干細(xì)胞生存在一定的微環(huán)境中，這種微環(huán)境稱干細(xì)胞壁龕（niche）,在壁龕中，所有控制干細(xì)胞增殖與分化的外部信號(hào)構(gòu)成了干細(xì)胞生存的微環(huán)境。在高等脊椎動(dòng)物，干細(xì)胞生存的微環(huán)境在維護(hù)干細(xì)胞自我更新、決定干細(xì)胞分化命運(yùn)至關(guān)重要，但是干細(xì)胞微環(huán)境對(duì)干細(xì)胞命運(yùn)的設(shè)定并不是不可逆的。當(dāng)干細(xì)胞被置于新的生存環(huán)境后，干細(xì)胞的特性會(huì)發(fā)生改變而帶有新環(huán)境的烙印，從而體現(xiàn)出干細(xì)胞的可塑性[3]。1.3干細(xì)胞的應(yīng)用及難題綜合來(lái)看，干細(xì)胞的應(yīng)用主要分為兩部分：胚胎干細(xì)胞的應(yīng)用和成體干細(xì)胞的應(yīng)用。胚胎干細(xì)胞用于生產(chǎn)轉(zhuǎn)基因動(dòng)物和克隆動(dòng)物、發(fā)育生物學(xué)研究、新型藥物研究和組織器官的修復(fù)治療研究;而成體干細(xì)胞的研究主要用于治療疾病及組織的再生，如用造血干細(xì)胞治療白血病、間充質(zhì)干細(xì)胞治療軟骨病、神經(jīng)干細(xì)胞治療帕金森綜合癥等；用于干細(xì)胞的橫向分化研究；腫瘤干細(xì)胞及腫瘤治療的研究[4]。干細(xì)胞應(yīng)用研究主要集中在以下幾個(gè)熱點(diǎn)領(lǐng)域：①帕金森綜合征、脊柱損傷等疾??；②心臟??；③糖尿??；④肝臟疾??；⑤燒傷和皮膚潰瘍；⑥眼科疾病；⑦肌肉萎縮等。上述疾病基本上都是既往傳統(tǒng)醫(yī)學(xué)認(rèn)定的疑難病或者缺乏特效療法的疾病。盡管干細(xì)胞的研究給人類疾病的治療帶來(lái)了福音，但卻面臨很多問(wèn)題。主要有：因?yàn)楦杉?xì)胞在組織中僅存在微量而無(wú)法大量獲得；如何定向誘導(dǎo)干細(xì)胞的分化及如何選擇誘導(dǎo)分化所需的微環(huán)境；由胚胎干細(xì)胞的研究而引發(fā)的一系列倫理問(wèn)題；臨床應(yīng)用或?qū)嶒?yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性存在不嚴(yán)謹(jǐn)現(xiàn)象；一些學(xué)者為達(dá)到某些目的而夸大或造假；政府對(duì)干細(xì)胞方面的研究沒有系統(tǒng)的管理政策[5]。2干細(xì)胞分類及研究進(jìn)展干細(xì)胞具有自我更新的能力，在一定條件下，可分化成各種功能細(xì)胞。干細(xì)胞按其分化潛能的大小可分三種類型：=1\*GB3①全能性干細(xì)胞即具有形成完整個(gè)體的分化潛能，如胚胎干細(xì)胞可無(wú)限增殖并分化成為全身200多種細(xì)胞類型，進(jìn)一步形成機(jī)體的所有組織器官；=2\*GB3②多能性干細(xì)胞即失去發(fā)育成完整個(gè)體的能力，發(fā)育潛能受到一定限度，如骨髓多能干細(xì)胞可分化出至少12種血細(xì)胞，但不能分化出造血系統(tǒng)以外的細(xì)胞；=3\*GB3③單能干細(xì)胞即只能向一種類型或密切相關(guān)的兩種類型的細(xì)胞分化，如上皮組織的基底層干細(xì)胞、肌肉中的成肌細(xì)胞。通常將干細(xì)胞分為胚胎干細(xì)胞和存在于成熟個(gè)體組織器官內(nèi)的成體干細(xì)胞。2.1胚胎干細(xì)胞胚胎干細(xì)胞（embryonicstemcell,ESC）是一種從哺乳動(dòng)物早期胚胎的囊胚內(nèi)細(xì)胞團(tuán)細(xì)胞經(jīng)分離、體外抑制分化培養(yǎng)得到的具有發(fā)育全能性(或多能性)的一類干細(xì)胞。與已經(jīng)成熟分化的體細(xì)胞一樣，ES細(xì)胞也是一分為二地分裂增殖，且ESC具有體外培養(yǎng)無(wú)限增殖、自我更新和多向分化的特性。在一定的培養(yǎng)條件下，ES細(xì)胞可以在體外長(zhǎng)久和穩(wěn)定地自我復(fù)制。無(wú)論在體外還是體內(nèi)環(huán)境，ES細(xì)胞都能被誘導(dǎo)分化為內(nèi)、中、外3個(gè)胚層的幾乎所有類型細(xì)胞。ES細(xì)胞的發(fā)現(xiàn)始于研究胚胎瘤細(xì)胞，而有關(guān)人胚胎干細(xì)胞研究最多的是從囊胚期內(nèi)細(xì)胞群中直接分離胚胎干細(xì)胞。2.1.1胚胎干細(xì)胞的生物學(xué)特性ES細(xì)胞具有與早期胚胎細(xì)胞相似的形態(tài)結(jié)構(gòu)，細(xì)胞體積小，核大，核質(zhì)比高，有一個(gè)或多個(gè)明顯的核仁，核型正常，具有整倍性。在體外分化抑制性生長(zhǎng)時(shí)ES細(xì)胞呈克隆狀生長(zhǎng)，細(xì)胞緊密聚集在一起，形似鳥巢，細(xì)胞界限不清，用堿性磷酸酶染色，ES細(xì)胞呈棕紅色，而周圍的成纖維細(xì)胞呈淡黃色。ES細(xì)胞具有正常的二倍體核型和高度分化潛能。在體外需在飼養(yǎng)層細(xì)胞或抑制分化因子作用下才能保其未分化狀態(tài)，一旦脫離飼養(yǎng)層就會(huì)自發(fā)地進(jìn)行分化。在不同物質(zhì)、不同刺激因素的作用下，ES細(xì)胞可向不同方向分化，表現(xiàn)出高度分化潛能。時(shí)相專一性胚胎抗原Oct-4基因的表達(dá)蛋白為ESC發(fā)育全能性的標(biāo)志，另外，ES細(xì)胞中AFP及端粒酶活性較高，可用于ES細(xì)胞分化與否的鑒定。2.1.2胚胎干細(xì)胞的研究進(jìn)展目前ES細(xì)胞主要研究方向是不同哺乳動(dòng)物ESC的建系和體外定向分化。ES細(xì)胞建系，來(lái)自由分離的內(nèi)細(xì)胞群細(xì)胞、從5-9周的胚胎生殖腺中分離ES細(xì)胞；也用克隆技術(shù)將體細(xì)胞核移植到去核卵母細(xì)胞中，使之發(fā)育成囊胚，再分離其內(nèi)細(xì)胞群細(xì)胞，由這種方法獲得的細(xì)胞或組織，遺傳物質(zhì)和供體一致，故移植后不會(huì)產(chǎn)生免疫排斥反應(yīng)。1981年，Evans等首先建立了小鼠的ES細(xì)胞系，在此之后近20年里，人們相繼自早期胚胎建立了倉(cāng)鼠、豬、兔、水貂、大鼠、魚類、鳥類、牛、靈長(zhǎng)類動(dòng)物(恒河猴、狨)和人的類ES細(xì)胞系。ES細(xì)胞的培養(yǎng)體系主要分為含飼養(yǎng)層細(xì)胞培養(yǎng)法和無(wú)飼養(yǎng)層細(xì)胞培養(yǎng)法。含飼養(yǎng)層細(xì)胞培養(yǎng)法中常用的飼養(yǎng)層為小鼠胚胎成纖維細(xì)胞（PMEF），不過(guò)由于存在異體污染的風(fēng)險(xiǎn)，科技人員更多選擇開發(fā)用于無(wú)飼養(yǎng)層細(xì)胞培養(yǎng)的培養(yǎng)液。目前已經(jīng)有較多商業(yè)化的無(wú)飼養(yǎng)層、無(wú)異源污染的成分明確的培養(yǎng)液出現(xiàn)，但是已被報(bào)道可用于HES建系的培養(yǎng)液僅有TeSR1，尚處試驗(yàn)階段未被商業(yè)化.ES細(xì)胞可在體外定向誘導(dǎo)為多種細(xì)胞類型，如神經(jīng)細(xì)胞、成骨細(xì)胞、脂肪細(xì)胞等。其誘導(dǎo)方法有很多，常用的有：外源性生長(zhǎng)因子誘導(dǎo)ES細(xì)胞分化、轉(zhuǎn)基因誘導(dǎo)ES細(xì)胞分化、ES細(xì)胞與其他細(xì)胞共培養(yǎng)的方式誘導(dǎo)ESC分化。并且ES細(xì)胞的分化受內(nèi)源性因素和外源性因素的共同調(diào)節(jié)。ES細(xì)胞及其體外分化模型能夠模擬胚胎正常發(fā)育進(jìn)程，在發(fā)育生物學(xué)、轉(zhuǎn)基因動(dòng)物的生產(chǎn)、克隆動(dòng)物、動(dòng)物和人類疾病模型的建立、藥物的開發(fā)和篩選、基因治療、細(xì)胞組織和器官的修復(fù)和移植治療等方面都有廣泛的應(yīng)用前景[6]。2.1.3胚胎干細(xì)胞面臨的問(wèn)題在ES細(xì)胞的研究中，仍然存在著許多問(wèn)題，如誘導(dǎo)分化效率低、定向細(xì)胞分離和純化困難、培養(yǎng)條件滯后、定向分化的機(jī)制、臨床應(yīng)用與轉(zhuǎn)基因的安全性、交叉污染、免疫排斥等，但最主要的還是涉及到的倫理問(wèn)題。人胚胎干細(xì)胞的來(lái)源大約有四種：=1\*GB3①人工流產(chǎn)后的人類胎兒組織；=2\*GB3②通過(guò)體外受精產(chǎn)生的人類胚胎；=3\*GB3③用捐贈(zèng)者的配子通過(guò)體外受精產(chǎn)生的人類胚胎；=4\*GB3④通過(guò)體細(xì)胞核轉(zhuǎn)移技術(shù)以無(wú)性生殖方法產(chǎn)生的人類胚胎，這一項(xiàng)遭到強(qiáng)烈的反對(duì)。圍繞胚胎干細(xì)胞研究的倫理道德問(wèn)題，主要包括人胚胎干細(xì)胞的來(lái)源是否合乎法律與道德，其應(yīng)用是否會(huì)引起倫理及法律問(wèn)題，引起的爭(zhēng)議已成為世界性的話題。禁止生殖性克隆已成為普遍共識(shí)，而治療性克隆的研究被多數(shù)科學(xué)家所認(rèn)同。倫理問(wèn)題將是制約ES細(xì)胞研究發(fā)展的最大障礙。2.2成體干細(xì)胞成體干細(xì)胞（adultstemcell,AS）長(zhǎng)期以來(lái)沒有一個(gè)明確的定義。傳統(tǒng)的觀念認(rèn)為，成體干細(xì)胞是存在于成熟個(gè)體組織器官內(nèi)的干細(xì)胞，具有不斷增殖、自我更新和組織特異性定向分化潛能的一類特殊細(xì)胞群體。2001年，斯坦福大學(xué)的Blau提出一個(gè)全新的成體干細(xì)胞概念：成體干細(xì)胞是一種細(xì)胞狀態(tài)，它可以來(lái)自許多不同類型的細(xì)胞，包括已分化細(xì)胞，它不只是存在于特定組織中，還可以通過(guò)過(guò)血液循環(huán)到達(dá)軀體各處，參與各種組織的修復(fù)和再生。即使是高度分化的組織細(xì)胞，如多核肌細(xì)胞和中樞神經(jīng)細(xì)胞也能逆轉(zhuǎn)其分化狀態(tài)成為干細(xì)胞。現(xiàn)在一般認(rèn)為，成體干細(xì)胞即處于干細(xì)胞狀態(tài)的組織細(xì)胞，它不僅來(lái)源于成年動(dòng)物，而且還包括未成年動(dòng)物組織干細(xì)胞。成體干細(xì)胞在自然條件下傾向于分化成所在組織的各種細(xì)胞，用于維持機(jī)體的新陳代謝，但在特定的外界條件誘導(dǎo)下，一種組織的成體干細(xì)胞可以“橫向”成其它組織的功能細(xì)胞，參與組織的損傷修復(fù)。2.2.1成體干細(xì)胞的生物學(xué)特性成體干細(xì)胞存在的生理意義是負(fù)責(zé)更新正常衰老死亡細(xì)胞，以維持機(jī)體正常組織的結(jié)構(gòu)和功能，一旦生理需要，這些干細(xì)胞可按照發(fā)育途徑通過(guò)分裂而產(chǎn)生分化細(xì)胞。AS的主要有三種特征：①通常處于靜止?fàn)顟B(tài)，分裂緩慢，在組織結(jié)構(gòu)中的位置相對(duì)固定，在形態(tài)上表現(xiàn)細(xì)胞體積小、細(xì)胞器稀少、細(xì)胞內(nèi)RNA含量低。②細(xì)胞周期緩慢，具有自我更新和分化潛能。據(jù)估計(jì)，體內(nèi)可能存在著從胚胎干細(xì)胞向成熟細(xì)胞分化的不同階段的干細(xì)胞或前體細(xì)胞，這些細(xì)胞不是分化途徑的終端，而是具有一定增殖分裂能力，可連續(xù)分裂，也可在較長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)處于靜止?fàn)顟B(tài)。③成體干細(xì)胞主要以對(duì)稱分裂和不對(duì)稱分裂兩種方式生長(zhǎng)。干細(xì)胞在增殖過(guò)程中處于相對(duì)靜止?fàn)顟B(tài)，通常等數(shù)分裂為干細(xì)胞和定向祖細(xì)胞，當(dāng)受到損傷情況時(shí)，成體干細(xì)胞的分裂方式會(huì)發(fā)生變化，以適應(yīng)機(jī)體的需要。另外，AS在特定的微環(huán)境下能夠進(jìn)行橫向分化，這點(diǎn)在上文中干細(xì)胞可塑性中已闡述。2.2.2成體干細(xì)胞的分類及研究進(jìn)展早期干細(xì)胞研究的重點(diǎn)集中在胚胎干細(xì)胞。近年來(lái)，越來(lái)越多的注意力轉(zhuǎn)向了成體干細(xì)胞[7]。目前，已經(jīng)在諸多器官和組織中發(fā)現(xiàn)和鑒別了不同的成體干細(xì)胞，包括腦、骨髓、外周血、血管、骨骼肌、皮膚、心臟、胃腸道、肝臟、睪丸等，對(duì)于成體干細(xì)胞的研究也越來(lái)越深入。綜合來(lái)看，科研人員主要研究的方向是尋找不同成體干細(xì)胞的標(biāo)志物和橫向分化的誘導(dǎo)。最早研究的成體干細(xì)胞是位于骨髓的造血干細(xì)胞（HSC），可分化形成血液中各種成熟血細(xì)胞。其具有高度自我復(fù)制能力、多分化能力和細(xì)胞的不均一性，HSC表面標(biāo)志是CD43。主要臨床應(yīng)用是基因治療和干細(xì)胞的移植，目前移植技術(shù)已經(jīng)成熟，而基因治療正在探索[8]。成體干細(xì)胞衰老是組織器官老化的重要原因之一,越來(lái)越多的證據(jù)顯示，免疫系統(tǒng)的衰老起始于造血干細(xì)胞(HSC)功能的下降，即造血干細(xì)胞的衰老直接影響免疫系統(tǒng)的功能[9].間充質(zhì)干細(xì)胞(MSC)是骨髓上的另外一種干細(xì)胞.在不同誘導(dǎo)條件下MSC可以分化為骨組織、軟骨細(xì)胞、脂肪細(xì)胞、神經(jīng)元細(xì)胞、心肌細(xì)胞、肝細(xì)胞、胰島細(xì)胞等。其具有多向分化能力、自我更新能力、免疫抑制作用和趨化性。目前MSC并沒有找到理想的特異性標(biāo)志，Kaltz等分析了體外培養(yǎng)MSC的3種膜相關(guān)蛋白的轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物,發(fā)現(xiàn)了89種新的表面標(biāo)志NOTCH3、JAG1、ITGA11，并觀察到NOTCH3+細(xì)胞具有成骨、成脂能力，而ITGA11+細(xì)胞不能有效地向脂肪細(xì)胞分化。組織修復(fù)和免疫調(diào)節(jié)是MSC的研究熱點(diǎn)[10]。神經(jīng)干細(xì)胞（NSCs）存在于中樞神經(jīng)系統(tǒng)中，能夠自我更新并具有多向分化潛能。目前懸浮細(xì)胞培養(yǎng)法已經(jīng)成為NSC細(xì)胞體外培養(yǎng)的主要方法，鑒定NSC主要用特異性抗原巢蛋白進(jìn)行[11].近年來(lái)，NSC療法為一些難以治療的神經(jīng)系統(tǒng)疾病帶來(lái)了希望。隨著轉(zhuǎn)分化技術(shù)的進(jìn)步，NSC來(lái)源更加廣泛，但由于移植治療對(duì)NSC有很高的要求，其來(lái)源是否能滿足移植的需要，也尚未明了。目前，NSC尚未有普遍認(rèn)可的組織來(lái)源，各種NSC來(lái)源都有一定的缺陷，包括實(shí)際