1、干細胞的研究歷史與國內外近況摘要：干細胞是一類具有自我更新能力的多向分化潛能細胞，在一定條件下可以分化為多種功能的組織和器官，具有重要的理論研究意義和臨床應用價值。近年來的研究成果不僅揭示了許多有關細胞生長發(fā)育的基礎理論難題，也在創(chuàng)傷修復、神經再生、抵抗衰老、糖尿病、帕金森氏癥、老年癡呆、白血病、腫瘤等疾病的治療方面顯示了巨大的應用潛力，是應用生物學進入一個嶄新的領域。關鍵詞：干細胞；分化；誘導性多能干細胞；糖尿?。荒[瘤；倫理爭議；一、干細胞的概念及生物學特性1.1 概念 在人類生命形成的開始，單個受精卵可以分裂發(fā)育形成不同的組織和器官，并通過進一步分裂分化，形成生命個體。在成體細胞中，大部分

2、高度分化的細胞則失去了再分化的能力，而特定組織正常的生理代謝或病理損傷也會引起組織或器官的修復再生，這種具有在分化能力的細胞，即為干細胞。干細胞 （ Stem Cells， SC） 是一類具有自我更新能力的多向分化潛能細胞，在一定的條件下，它可以分化成多種功能的器官組織。這些細胞呈圓形或橢圓形，體積較小，核質比大，具有較強的端粒酶活性，因此具有較強的增殖能力。干細胞是一種未充分分化、尚不成熟的細胞，其再生各種組織器官和人體的潛在功能，吸引著越來越多人的眼球。1.2 生物學特性 干細胞本身不是終末分化細胞（即干細胞不是處于分化途徑的終端）； 干細胞能無限增殖分裂； 干細胞可連續(xù)分裂幾代，也可在較

3、長時間內處于靜止狀態(tài)； 干細胞分裂產生的于細胞只能在兩種途徑中迭擇其一 或保持親代特征，仍作為干細胞；或不可逆地向終末分化。由于細胞質中的調節(jié)分化蛋白不均勻地分配，使得一個子細胞不可逆地走向分化的終端成為功能專一的分化細胞；另一個保持親代的特征，仍作為干細胞保留下來。分化細胞的數目受分化前干細胞的數目和分裂次數的控制，可以說，干細胞是具多向潛能和自我更新特點的增殖速度較緩慢的細胞。二 、 干細胞的可塑性及使用價值可塑性(plasticity )造血干細胞、骨髓間充質干細胞、神經干細胞等成體干細胞具有一定跨系、甚至跨胚層分化的特性，稱其為干細胞的“可塑性 ”。干細胞可塑性的揭示具有重要的理論意義

4、和實用價值: 組織間葉干細胞可塑性的揭示，提示成年人組織干細胞可能存在廣泛的分化潛能；人類組織工程細胞的來源除去胚胎干細胞外，還可以從自體的體細胞中獲得，而且不受組織相容性和倫理方面的限制。 造血干細胞的概念需要更新，造血干細胞不僅是CD34+ CD34- 細胞， 而且還應考慮來自體內其它組織的干細胞，這些細胞在體外能長期培養(yǎng)和擴增，增殖潛能強，因而有可能用于骨髓移植；造血干細胞和非造血干細胞共移植(Co-transplantation) 有可能用于器官再生。 成年組織干細胞可塑性的研究證明，干細胞的微環(huán)境(壁龕)對其轉化具有非常重要的作用，一些內在和外在的信號調節(jié)著這些干細胞的命運，這將為干

5、細胞定向培養(yǎng)和應用帶來新的前景。 干細胞的轉化常發(fā)生于病理情況，向病理部位遷移，成為病理損傷的前體細胞，并分化為終末成熟細胞。因此，不僅可利用它來修復組織的損傷，而且還可把它作為基因治療的理想載體。三 . 干細胞的應用胚胎干細胞是細胞的源頭,具有多能或全能性,并能夠無限分化,能夠制造機體需要的全部細胞 , 因此在醫(yī)學和生物學上具有巨大潛力,應用前景廣闊。但它存在著移植免疫排斥的限制和倫理學方面的困擾, 而成體干細胞只能在體外有限擴增,多系分化效力低,通過體外的擴增培養(yǎng)雖能夠提高轉化效率, 然而體外轉化是否會引起干細胞遺傳特性的改變尚不清楚。但這類干細胞存在于宿主體內,可直接從患者自身獲得,故無

6、移植免疫排斥的限制也無倫理學方面的困擾,因此胚胎干細胞和成體干細胞的研究對生命科學領域而言,都具有極重要的意義。3.1 胚胎干細胞為發(fā)育生物學研究提供良好的體外模型系統(tǒng)哺乳動物胚胎體積較小，而且在子宮內進行發(fā)育，因此很難在動物體內連續(xù)動態(tài)地研究其早期胚胎發(fā)育、細胞組織分化及基因表達調控，而來源于胚胎的胚胎干細胞具有發(fā)育全能性、可操作性及無限擴增的特性，因此胚胎干細胞提供了在細胞和分子水平上研究個體發(fā)育過程中極早期事件的良好材料和方法。隨著分子生物學的發(fā)展，通過比較胚胎干細胞不同發(fā)育階段的干細胞和分化細胞的基因轉錄和表達，可確定胚胎發(fā)育及細胞分化的分子機制、發(fā)現新基因。結合基因打靶技術，可發(fā)現不

7、同基因在生命活動中的功能等。3.2 在醫(yī)學上的應用干細胞可以用于臨床細胞移植治療各種疾病和構建人工組織或器官，其最適合的疾病主要是組織壞死性疾病如缺血引起的心肌壞死、腫瘤，退行性病變如帕金森綜合征，自體免疫性疾病如胰島素依賴型糖尿病等。應用干細胞治療疾病較傳統(tǒng)方法具有很多優(yōu)點：低毒性或無毒性，一次藥有效；不需要完全了解疾病發(fā)病的確切機理；不存在傳播疾病的風險：還可能應用自身干細胞移植，避免產生免疫排斥反應。3.3 生產克隆動物的高效材料胚胎干細胞是動物克隆的優(yōu)良核供體胚胎干細胞可以無限傳代和增殖而不失去其基因型和表現型,以其作為核供體進行核移植后在短期內可獲得大量基因型和表現型完全相同的個體。

8、胚胎干細胞與胚胎嵌合生產克隆動物可解決哺乳動物遠緣雜交的困難問題。另外,由于體細胞克隆動物存在成功率低、早衰、易缺陷易突變等問題，且多是致命的,使胚胎干細胞的克隆研究仍十分重要。1999 年 Wakayaama 等用長期傳代的小鼠胚胎干細胞克隆出31 只小鼠，14 只存活，存活率比體細胞克隆高。3.4 藥物的發(fā)現高效新型藥物的發(fā)現、篩選及動物和人類疾病的模型胚胎干細胞提供了新藥物的藥理藥效、毒理及藥物代謝等研究的細胞水平的研究手段，利用胚胎干細胞體外分化的細胞組織檢驗篩選新藥，可大大減少藥物實驗所需實驗動物的數量及其人群數量，胚胎干細胞還可用來研究動物和人類疾病的發(fā)生機制和發(fā)展過程以便找到有效

9、和持久的治療方法。3.5 生產轉基因動物的高效載體利用胚胎干細胞作載體使外源基因的整合篩選等工作能在細胞水平上進行, 使操作簡便可靠。四、干細胞研究歷史干細胞的研究被認為起始于二十世紀六十年代，加拿大科學家James E. Till 和 ErnestA.McCulloch 發(fā)現并命名造血干細胞之后。60 年代，幾個近親種系的小鼠睪丸畸胎瘤的研究表明，其來源于胚胎干細胞，確立了胚胎癌細胞是一種干細胞；1968 年， Edwards 和 Bavister 在體外獲得了第一個人卵子；1978 年，第一個試管嬰兒Louise Brown 在英國誕生。1981 年， Evan, Kaufman 和 Ma

10、rtin 從小鼠胚泡內細胞群分離出小鼠ES細胞，建立了小鼠干細胞體外培養(yǎng)條件，將干細胞注入上鼠，能誘導形成畸胎瘤。1984-1988 年， Anderews 等人從人睪丸畸胎瘤細胞系Tera-2 中產生出多能的、克隆化的胚胎癌細胞，克隆的干細胞在視黃酸的作用下分化形成神經元細胞和其他類型的細胞。1992年，Reynolds和 Richards先后在成年鼠的紋狀體和海馬中分離出神經干細胞。1996年，轟動世界的polly羊誕生，引發(fā)了干細胞研究的熱潮。1998年，德美醫(yī)學小組和密蘇里小組成功地培養(yǎng)出人類胚胎干細胞（ESC），使得利用人類ESC治療各種疾病成為可能。1999 年，Goodell 實

11、驗室首先報道，小鼠源骨骼肌成體干細胞具有很強的橫向分化能力，能分化形成各種血細胞。2001 年，Reubinoff BE指出，ESC可誘導產生神經祖細胞，這些神經祖細胞移植到新生鼠的腦室后，將廣泛分布與腦部軟組織中，并且在一個特定區(qū)域能夠分化成三種神經細胞譜系的祖細胞。2003 年，建立了人類皮膚細胞與兔子卵細胞種間融合的方法，為人胚胎干細胞研究提供了新的途徑。2004 年， Massachusetts Advanced Cell Technology 報道克隆小鼠的干細胞可以通過形成細小 血管的心肌細胞修復心衰小鼠的心肌損傷，首次顯示克隆干細胞在活體動物體內修復受損組織。2005年，美國心臟

12、協(xié)會報道了一個三國多中心用干細胞治療心肌梗塞的204例臨床病例的研究報告，證實干細胞能夠顯著改善患者的心臟功能。2007年，Nature 和Cell同時刊出美國和日本兩個研究報告，證實皮膚細胞經基因直接重組后，具有胚胎干細胞特性，稱為誘導性多能干細胞(iPS)，推動了干細胞發(fā)展。近幾年，干細胞在各方面都有了應用都有了較強理論依據，各國都加大了對其研究力度，爭取擴大其實際應用范圍，如用于治療治療心臟病、老年癡呆、帕金森氏綜合癥、中風、糖尿病等疾病。五、我國干細胞研究我國干細胞研究也取得了豐碩成果。我國的干細胞研究和應用已有一定的基礎，尤其是造血干細胞。早在20 世紀 60 年代，我國就開始了骨髓

13、移植的研究，目前建立了臍血干細胞庫，并已應用于臨床。到70 年代末 80 年代初，臨床骨髓移植治療血液病在我國的主要城市陸續(xù)開展， 20 世紀 90 年代以來，除骨髓移植外，外周血和臍血干細胞移植也逐步普及應用治療血液病和腫瘤。據不完全統(tǒng)計，到目前為止，我國各地共進行了近2000 例造血干細胞移植，許多白血病和其它疾病患者接受了干細胞移植治療并已完全治愈。如中國醫(yī)學科學院早在20 世紀 90 年代初就開始了有關干細胞可塑性的研究，并在國際上報道了肌源性干細胞轉化為造血干細胞，早于國際同類研究。目前已從胰腺、骨髓、肝臟、皮膚、骨骼肌和肺等多種人胚胎組織中分離出具有多系分化潛能的原始干細胞，具有向

14、成骨、軟骨、脂肪、肌肉和神經分化的能力。上海第二醫(yī)科大學建立了人類皮膚細胞與家兔卵細胞種間融合的方法，為人胚胎干細胞研究提供了新途徑。中南大學湘雅醫(yī)學院人類生殖工程研究中心采用人類成纖維細胞作為飼養(yǎng)層，建立了在人飼養(yǎng)細胞層上培養(yǎng)人類胚胎干細胞的培養(yǎng)體系。目前人類胚胎干細胞已經在這個培養(yǎng)系統(tǒng)中成功傳代。2003 年，中國科學家周琪領銜的中法聯(lián)合研究小組成功克隆大鼠的報告占據了頭條地位?？寺〈笫蟮难芯窟h遠早于“多莉 ”羊，被公認為動物克隆領域的難點。這次中法科學家成功克隆大鼠在世界上還是第一例，它也是自“多莉羊誕生后人類創(chuàng)造的第種體細胞克隆動物。北京大學干細胞研究中心科研工作者與北京大學第一醫(yī)院合

15、作，開展了國內首例骨髓間充質細胞羊膜片移植手術，此手術國外文獻也未見有報道。 南京市第一醫(yī)院和中國醫(yī)學科學院組織工程研究中心合作，為 34 例病人進行了將骨髓干細胞向心肌移植的臨床研究，與對照組相比，對急性心梗的療效非常顯著。江蘇省人民醫(yī)院也為9 例病人進行了肌衛(wèi)星細胞治療急性心梗的臨床研究，隨訪6 24 個月，患者的左室射血分數等心功能指標均有改善。首都醫(yī)科大學宣武醫(yī)院共進行了12 例下肢缺血病人的干細胞治療，85.7%的患者疼痛明顯減輕。我國現已掌握了臍血干細胞分離、純化、冷凍保存以及復蘇的一整套技術，并開始在上?；I建我國第一個臍血庫。在北京，北京醫(yī)科大學人民醫(yī)院細胞治療中心也正在籌建全世

16、界最大的異基因臍帶血干細胞庫，計劃到 2002 年完成冷凍5 萬份異基因臍帶血干細胞，為全世界華人患者提供臍帶血干細胞做移植用。2000 年初，我國東北地區(qū)首例臍血干細胞移植成功。六、國內外干細胞研究現狀與展望6.1 研究現狀當前，干細胞和再生醫(yī)學的研究已成為自然科學中最為引人注目的領域，其理論的日臻完善和技術的迅猛發(fā)展必將在疾病治療和生物醫(yī)藥等領域產生劃時代的成果，是對傳統(tǒng)醫(yī)療手段和醫(yī)療觀念的一場重大革命。采用干細胞治療有著多種優(yōu)勢：低毒性（或無毒性），即使不完全了解疾病發(fā)病的確切機理治療也可達到較好的治療效果，自身干細胞移植可避免產生免疫排斥反應，對傳統(tǒng)治療方法療效較差的疾病多有驚人的效果

17、。6.2 發(fā)展方向隨著基因工程、胚胎工程、細胞工程等各種生物技術的快速發(fā)展，按照一定的目的，在體外人工分離、培養(yǎng)干細胞已成為可能，利用干細胞構建各種細胞、組織、器官作為移植器官的來源，這將成為干細胞應用的主要方向。參考文獻【 1 】 馮玉萍,李倬,劉建雄 .大鼠神經干細胞的分離培養(yǎng)和分化.中國獸醫(yī)科技，2004,34(3):56-59.【 2】 肖美玲,羅煥敏,王成蹊，等.新生小鼠神經干細胞的分離、培養(yǎng)和鑒定.暨南大學學報(醫(yī)學版 ) ， 2005,26(2):215-220.【 3】 李巍 ,蔡文琴 ,吳康 ,等 .人胚胎大腦皮層神經干細胞的分離培養(yǎng).解剖學報，2002,33(3):241-244.【 4】 王共先,傅斌,汪泱,等 .人前列腺干細胞的分離培養(yǎng).江西醫(yī)學院學報，