資料搜集與調(diào)查報告——干細(xì)胞研究進(jìn)展與人類健康

1、生物必修1開放性作業(yè)資料搜集與調(diào)查報告干細(xì)胞研究進(jìn)展與人類健康目錄1. 【基本概念】 2 .1 干纟田胞(stem cells, SC) 21.2胚胎干細(xì)胞 21.3成體干細(xì)胞31.4造血干細(xì)胞31.5神經(jīng)干細(xì)胞31.6 肌肉干細(xì)胞 (muscle stemcell) 42. 【基礎(chǔ)應(yīng)用】 42.1內(nèi)源性調(diào)控4(1) 細(xì)胞內(nèi)蛋白對干細(xì)胞分裂的調(diào)控 4(2 )轉(zhuǎn)錄因子的調(diào)控 42.2外源性調(diào)控5(1 )分泌因子 5(2) 膜蛋白介導(dǎo)的細(xì)胞間的相互作用 5(3) 整合素(Integrin )與細(xì)胞外基質(zhì) 52.3干細(xì)胞的可塑性53. 【種類劃分】 63.1全能干細(xì)胞63.2萬能干細(xì)胞63.3多能干

2、細(xì)胞63.4專一性干細(xì)胞64. 【研究情況】 64.1干細(xì)胞研究的歷史情況64.2干細(xì)胞研究的意義74.3 NIH關(guān)于胚胎干細(xì)胞研究的指導(dǎo)原則 85. 【人體干細(xì)胞】 95.1人體干細(xì)胞分兩種類型：96. 【關(guān)于干細(xì)胞研究的觀點】 107. 【后記】 121. 【基本概念】 1.1 干細(xì)胞(stem cells, SC)是一類具有自我復(fù)制能力 (self-renewing)的多潛能 細(xì)胞，在一定條件下，它可以分化成多種功能細(xì)胞。干細(xì)胞有兩種分類方法，一是根據(jù)干細(xì)胞所處的發(fā)育階段分為胚胎干細(xì)胞(embryonic stem cell ， ES細(xì)胞)和成體干細(xì)胞(somaticstem cell)

3、。第二種分類方法是根據(jù)干細(xì)胞的發(fā)育潛能分為三類：全能干細(xì)胞(totipote nt stem cell,TSC)、多能干細(xì)胞(pluripote nt stem cell)和單能干細(xì)胞(unipotent stem cell)。胚胎干細(xì)胞的發(fā)育等級較高，是全能干細(xì)胞，而成體干細(xì)胞的發(fā)育等級較低，是多能或單能干細(xì)胞。干細(xì)胞(Stem Cell)是一種未充分分化，尚不成熟的細(xì)胞，具有再生各種組織器官和人體的潛在功能，醫(yī)學(xué)界稱之為“萬用細(xì)胞”。干細(xì)胞是一類具有自我更新和分化潛能的細(xì)胞。它包括胚胎干細(xì)胞和成體干細(xì) 胞。干細(xì)胞的發(fā)育受多種內(nèi)在機(jī)制和微環(huán)境因素的影響。目前人類胚胎干細(xì)胞已可成 功地在體外培

4、養(yǎng)。最新研究發(fā)現(xiàn)，成體干細(xì)胞可以橫向分化為其他類型的細(xì)胞和組織， 為干細(xì)胞的廣泛應(yīng)用提供了基礎(chǔ)。在胚胎的發(fā)生發(fā)育中，單個受精卵可以分裂發(fā)育為多細(xì)胞的組織或器官。在成年 動物中，正常的生理代謝或病理損傷也會引起組織或器官的修復(fù)再生。胚胎的分化形 成和成年組織的再生是干細(xì)胞進(jìn)一步分化的結(jié)果。胚胎干細(xì)胞是全能的，具有分化為 幾乎全部組織和器官的能力。而成年組織或器官內(nèi)的干細(xì)胞一般認(rèn)為具有組織特異 性，只能分化成特定的細(xì)胞或組織。然而，這個觀點目前受到了挑戰(zhàn)。最新的研究表明，組織特異性干細(xì)胞同樣具有分化成其他細(xì)胞或組織的潛能，這 為干細(xì)胞的應(yīng)用開創(chuàng)了更廣泛的空間。干細(xì)胞具有自我更新能力(Self-re

5、newing )，能夠產(chǎn)生高度分化的功能細(xì)胞。干細(xì)胞按照生存階段分為胚胎干細(xì)胞和成體干細(xì)胞。-1.2胚胎干細(xì)胞胚胎干細(xì)胞(Embry on icStem cell， ES 細(xì)胞)。胚胎干細(xì)胞當(dāng)受精卵分裂發(fā)育成囊胚時，內(nèi)層細(xì)胞團(tuán)(Inner Cell Mass )的細(xì)胞即為胚胎干細(xì)胞。胚胎干細(xì)胞具有全能性，可以自我更新并具有分化為體內(nèi)所有組 織的能力。早在 1970年Martin Evans已從小鼠中分離出胚胎干細(xì)胞并在體外進(jìn)行 培養(yǎng)。而人的胚胎干細(xì)胞的體外培養(yǎng)直到最近才獲得成功。進(jìn)一步說，胚胎干細(xì)胞(ES細(xì)胞)是一種高度未分化細(xì)胞。它具有發(fā)育的全能性，能分化出成體動物的所有組織和器官，包括生殖

6、細(xì)胞。研究和利用ES細(xì)胞是當(dāng)前生物工程領(lǐng)域的核心問題之一。ES細(xì)胞的研究可追溯到上世紀(jì)五十年代，由于畸胎瘤干細(xì)胞(EC細(xì)胞)的發(fā)現(xiàn)開始了ES細(xì)胞的生物學(xué)研究歷程。目前許多研究工作都是以小鼠ES細(xì)胞為研究對象展開的，如：德美醫(yī)學(xué)小組在去年成功的向試驗鼠體內(nèi)移植了由ES細(xì)胞培養(yǎng)出的神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞。此后，密蘇里的研究人員通過鼠胚細(xì)胞移植技術(shù)，使癱瘓的貓恢復(fù)了部分肢體活動能力。隨著ES細(xì)胞的研究日益深入，生命科學(xué)家對人類ES細(xì)胞的了解邁入了一個新的階段。在98年末，兩個研究小組成功的培養(yǎng)出人類ES細(xì)胞，保持了 ES細(xì)胞分化為各種體細(xì)胞的全能性。這樣就使科學(xué)家利用人類ES細(xì)胞治療各種疾病成為可能。然而，人

7、類ES細(xì)胞的研究工作引起了全世界范圍內(nèi)的很大爭議，出于社會倫理學(xué)方面的原因，有些國家甚至明令禁止進(jìn)行人類ES細(xì)胞研究。無論從基礎(chǔ)研究角度來講還是從臨床應(yīng)用方面來看，人類ES細(xì)胞帶給人類的益處遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于在倫理方面可能造成的負(fù)面影響， 因此要求展開人類ES細(xì)胞研究的呼聲也一浪高似一浪。 1.3成體干細(xì)胞成年動物的許多組織和器官，比如表皮和造血系統(tǒng)，具有修復(fù)和再生的能力。成 體干細(xì)胞在其中起著關(guān)鍵的作用。在特定條件下，成體干細(xì)胞或者產(chǎn)生新的干細(xì)胞， 或者按一定的程序分化，形成新的功能細(xì)胞，從而使組織和器官保持生長和衰退的動 態(tài)平衡。過去認(rèn)為成體干細(xì)胞主要包括上皮干細(xì)胞和造血干細(xì)胞。最近研究表明，以 往

8、認(rèn)為不能再生的神經(jīng)組織仍然包含神經(jīng)干細(xì)胞，說明成體干細(xì)胞普遍存在，問題是如何尋找和分離各種組織特異性干細(xì)胞。成體干細(xì)胞經(jīng)常位于特定的微環(huán)境中。微環(huán) 境中的間質(zhì)細(xì)胞能夠產(chǎn)生一系列生長因子或配體，與干細(xì)胞相互作用，控制干細(xì)胞的 更新和分化。 1.4造血干細(xì)胞造血干細(xì)胞是體內(nèi)各種血細(xì)胞的唯一來源，它主要存在于骨髓、外周血、臍帶血 中。今年年初，協(xié)和醫(yī)大血液學(xué)研究所的龐文新又在肌肉組織中發(fā)現(xiàn)了具有造血潛能 的干細(xì)胞。造血干細(xì)胞的移植是治療血液系統(tǒng)疾病、先天性遺傳疾病以及多發(fā)性和轉(zhuǎn) 移性惡性腫瘤疾病的最有效方法。在臨床治療中，造血干細(xì)胞應(yīng)用較早，在20世紀(jì)五十年代，臨床上就開始應(yīng)用骨髓移植（BMT ）方

9、法來治療血液系統(tǒng)疾病。到八十年代末，外周血干細(xì)胞移植（PBSCT ）技術(shù)逐漸推廣開來，絕大多數(shù)為自體外周血干細(xì)胞移植（APBSCT ）,在提高治療有效率和縮短療程方面優(yōu)于常規(guī)治療，且效果令人滿意。與兩者相比，臍血干細(xì) 胞移植的長處在于無來源的限制，對HLA配型要求不高，不易受病毒或腫瘤的污染。在今年初，東北地區(qū)首例臍血干細(xì)胞移植成功，又為中國造血干細(xì)胞移植技術(shù)注 入新的活力。隨著臍血干細(xì)胞移植技術(shù)的不斷完善，它可能會代替目前APBSCT 的地位，為全世界更多的血液病及惡性腫瘤的患者帶來福音 1.5神經(jīng)干細(xì)胞神經(jīng)干細(xì)胞關(guān)于神經(jīng)干細(xì)胞研究起步較晚，由于分離神經(jīng)干細(xì)胞所需的胎兒腦組織較難取材，加之胚

10、胎細(xì)胞研究的爭議尚未平息，神經(jīng)干細(xì)胞的研究仍處于初級階段。理論上講，任何一種中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病都可歸結(jié)為神經(jīng)干細(xì)胞功能的紊亂。腦和脊髓 由于血腦屏障的存在使之在干細(xì)胞移植到中樞神經(jīng)系統(tǒng)后不會產(chǎn)生免疫排斥反應(yīng)， 如：給帕金森氏綜合癥患者的腦內(nèi)移植含有多巴胺生成細(xì)胞的神經(jīng)干細(xì)胞，可治愈部 分患者癥狀。除此之外，神經(jīng)干細(xì)胞的功能還可延伸到藥物檢測方面，對判斷藥物有 效性、毒性有一定的作用。實際上，到目前為止，人們對干細(xì)胞的了解仍存在許多盲區(qū)。2000年年初美國研究人員無意中發(fā)現(xiàn)在胰腺中存有干細(xì)胞；加拿大研究人員 在人、鼠、牛的視網(wǎng)膜中發(fā)現(xiàn)了始終處于“休眠狀態(tài)的干細(xì)胞”；有些科學(xué)家證實骨髓干細(xì)胞可發(fā)育成

11、肝細(xì)胞，腦干細(xì)胞可發(fā)育成血細(xì)胞。隨著干細(xì)胞研究領(lǐng)域向深度和廣度不斷擴(kuò)展，人們對干細(xì)胞的了解也將更加全 面。21世紀(jì)是生命科學(xué)的時代，也是為人類的健康長壽創(chuàng)造世界奇跡的時代，干細(xì) 胞的應(yīng)用將有廣闊前景。 1.6 肌肉干細(xì)胞(muscle stem cell)可發(fā)育分化為成肌細(xì)胞(myoblasts),后者可互相融合成為多核的肌纖維，形成骨骼肌最基本的結(jié)構(gòu)。2. 【基礎(chǔ)應(yīng)用】干細(xì)胞的調(diào)控是指給出適當(dāng)?shù)囊蜃訔l件，對干細(xì)胞的增值和分化進(jìn)行調(diào)控，使之 向指定的方向發(fā)展。 2.1內(nèi)源性調(diào)控干細(xì)胞自身有許多調(diào)控因子可對外界信號起反應(yīng)從而調(diào)節(jié)其增殖和分化，包括調(diào)節(jié)細(xì)胞不對稱分裂的蛋白，控制基因表達(dá)的核因子等。

12、另外，干細(xì)胞在終末分化之前 所進(jìn)行的分裂次數(shù)也受到細(xì)胞內(nèi)調(diào)控因子的制約。(1) 細(xì)胞內(nèi)蛋白對干細(xì)胞分裂的調(diào)控干細(xì)胞分裂可能產(chǎn)生新的干細(xì)胞或分化的功能細(xì)胞。這種分化的不對稱是由于細(xì)胞本身成分的不均等分配和周圍環(huán)境的作用造成的。細(xì)胞的結(jié)構(gòu)蛋白，特別是細(xì)胞骨 架成分對細(xì)胞的發(fā)育非常重要。如在果蠅卵巢中，調(diào)控干細(xì)胞不對稱分裂的是一種稱 為收縮體的細(xì)胞器，包含有許多調(diào)節(jié)蛋白，如膜收縮蛋白和細(xì)胞周期素A。收縮體與紡錘體的結(jié)合決定了干細(xì)胞分裂的部位，從而把維持干細(xì)胞性狀所必需的成分保留在子代干細(xì)胞中。(2) 轉(zhuǎn)錄因子的調(diào)控在脊椎動物中，轉(zhuǎn)錄因子對干細(xì)胞分化的調(diào)節(jié)非常重要。比如在胚胎干細(xì)胞的發(fā) 生中，轉(zhuǎn)錄因子

13、 Oct4是必需的。Oct4是一種哺乳動物早期胚胎細(xì)胞表達(dá)的轉(zhuǎn)錄因子， 它誘導(dǎo)表達(dá)的靶基因產(chǎn)物是FGF-4等生長因子，能夠通過生長因子的旁分泌作用調(diào)節(jié)干細(xì)胞以及周圍滋養(yǎng)層的進(jìn)一步分化。Oct4缺失突變的胚胎只能發(fā)育到囊胚期，其內(nèi)部細(xì)胞不能發(fā)育成內(nèi)層細(xì)胞團(tuán)1。另外白血病抑制因子(LIF )對培養(yǎng)的小鼠 ES細(xì)胞的自我更新有促進(jìn)作用，而對人的成體干細(xì)胞無作用，說明不同種屬間的轉(zhuǎn)錄調(diào)控是不完全一致的。又如Tcf/Lef轉(zhuǎn)錄因子家族對上皮干細(xì)胞的分化非常重要。Tcf/Lef是Wnt信號通路的中間介質(zhì)，當(dāng)與3 -Catenin形成轉(zhuǎn)錄復(fù)合物后，促使角質(zhì)細(xì)胞轉(zhuǎn)化為多能狀態(tài)并分化為毛囊。-2.2外源性調(diào)控除

14、內(nèi)源性調(diào)控外， 干細(xì)胞的分化還可受到其周圍組織及細(xì)胞外基質(zhì)等外源性因素 的影響。(1)分泌因子間質(zhì)細(xì)胞能夠分泌許多因子，維持干細(xì)胞的增殖，分化和存活。有兩類因子在不同組織甚至不同種屬中都發(fā)揮重要作用，它們是TGF 3家族和 Wnt信號通路。比如TGF家族中至少有兩個成員能夠調(diào)節(jié)神經(jīng)嵴干細(xì)胞的分化。最近研究發(fā)現(xiàn)，膠質(zhì)細(xì)胞 衍生的神經(jīng)營養(yǎng)因子(GDNF )不僅能夠促進(jìn)多種神經(jīng)元的存活和分化，還對精原細(xì)胞的再生和分化有決定作用。GDNF缺失的小鼠表現(xiàn)為干細(xì)胞數(shù)量的減少，而GDNF的過度表達(dá)導(dǎo)致未分化的精原細(xì)胞的累積3。Wnts的作用機(jī)制是通過阻止3 -Catenin分解從而激活Tcf/Lef介導(dǎo)的轉(zhuǎn)

15、錄，促進(jìn)干細(xì)胞的分化。比如在線蟲卵裂球的分裂中，鄰近細(xì)胞誘導(dǎo)的Wnt信號通路能夠控制紡錘體的起始和內(nèi)胚層的分化。膜蛋白介導(dǎo)的細(xì)胞間的相互作用有些信號是通過細(xì)胞-細(xì)胞的直接接觸起作用的。3 -Catenin 就是一種介導(dǎo)細(xì)胞粘附連接的結(jié)構(gòu)成分。除此之外，穿膜蛋白Notch及其配體 Delta或Jagged也對干細(xì)胞分化有重要影響。在果蠅的感覺器官前體細(xì)胞，脊椎動物的胚胎及成年組織包括 視網(wǎng)膜神經(jīng)上皮、骨骼肌和血液系統(tǒng)中，Notch信號都起著非常重要的作用。當(dāng)Notch與其配體結(jié)合時，干細(xì)胞進(jìn)行非分化性增殖；當(dāng)Notch活性被抑制時，干細(xì)胞進(jìn)入分化程序，發(fā)育為功能細(xì)胞4。(3)整合素(Integr

16、in)與細(xì)胞外基質(zhì)整合素家族是介導(dǎo)干細(xì)胞與細(xì)胞外基質(zhì)粘附的最主要的分子。整合素與其配體的相互作用為干細(xì)胞的非分化增殖提供了適當(dāng)?shù)奈h(huán)境。比如當(dāng)31整合素喪失功能時，上皮干細(xì)胞逃脫了微環(huán)境的制約，分化成角質(zhì)細(xì)胞。此外細(xì)胞外基質(zhì)通過調(diào)節(jié)31整合素的表達(dá)和激活，從而影響干細(xì)胞的分布和分化方向。-2.3干細(xì)胞的可塑性越來越多的證據(jù)表明，當(dāng)成體干細(xì)胞被移植入受體中，它們表現(xiàn)出很強(qiáng)的可塑性。通常情況下，供體的干細(xì)胞在受體中分化為與其組織來源一致的細(xì)胞。而在某些情況 下干細(xì)胞的分化并不遵循這種規(guī)律。1999年Goodell等人分離出小鼠的肌肉干細(xì)胞，體外培養(yǎng)5天后，與少量的骨髓間質(zhì)細(xì)胞一起移植入接受致死量輻

17、射的小鼠中，結(jié)果 發(fā)現(xiàn)肌肉干細(xì)胞會分化為各種血細(xì)胞系。這種現(xiàn)象被稱為干細(xì)胞的橫向分化(transdifferentiation)。關(guān)于橫向分化的調(diào)控機(jī)制目前還不清楚。大多數(shù)觀點認(rèn)為干細(xì)胞的分化與微環(huán)境密切相關(guān)。可能的機(jī)制是，干細(xì)胞進(jìn)入新的微環(huán)境后，對分化信號的 反應(yīng)受到周圍正在進(jìn)行分化的細(xì)胞的影響，從而對新的微環(huán)境中的調(diào)節(jié)信號做出反 應(yīng)?？寺∝i、克隆羊，其技術(shù)的機(jī)制原理和干細(xì)胞是一致的。3. 【種類劃分】干細(xì)胞按能力可以分為以下四類： 3.1全能干細(xì)胞由卵和精細(xì)胞的融合產(chǎn)生受精卵。而受精卵在形成胚胎過程中四細(xì)胞期之前任一細(xì)胞皆是全能干細(xì)胞。具有發(fā)展成獨立個體的能力。也就是說能發(fā)展成一個個體的細(xì)

18、 胞就稱為全能干細(xì)胞。 3.2萬能干細(xì)胞是全能干細(xì)胞的后裔，無法發(fā)育成一個個體，但具有可以發(fā)育成多種組織的能力 的細(xì)胞。 3.3多能干細(xì)胞只能分化成特定組織或器官等特定族群的細(xì)胞（例如血細(xì)胞，包括紅血細(xì)胞、白 血細(xì)胞和血小板）。 3.4專一性干細(xì)胞只能產(chǎn)生一種細(xì)胞類型；但是，具有自更新屬性，將其與非干細(xì)胞區(qū)分開。4. 【研究情況】 4.1干細(xì)胞研究的歷史情況干細(xì)胞的研究被認(rèn)為開始于I960年代，在加拿大科學(xué)家恩尼斯特莫科洛克和詹姆士堤爾的研究之后。1959年，美國首次報道了通過體外受精（IVF ）動物。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生殖細(xì)胞（embry on ic

19、 germ cells, EG 纟田胞），此工作確立了胚胎癌細(xì)胞（embry on ic carci nomacells, 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，第一個試管嬰兒，Louise Brown 在英國誕生。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)胞系有正常的二倍型，像原生殖細(xì)胞一樣產(chǎn)生三個胚層的衍生物。將

20、ES細(xì)胞注入上鼠，能誘導(dǎo)形成畸胎瘤。1984 1988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(embry on iccarci nomacells, 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等分離了一個人 EC細(xì)胞系，此細(xì)胞系能產(chǎn)生出三個胚層的組織。這些細(xì)胞是非整倍體的(比正常細(xì)胞染色體多或少)，他們在體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)中得以保存其周邊有滋養(yǎng)層細(xì)胞聚集，ES樣細(xì)胞位于中央。1

21、998年美國有兩個小組分別培養(yǎng)出了人的多能(pluripotent)干細(xì)胞：JamesA. Thoms on在Wisc on sin 大學(xué)領(lǐng)導(dǎo)的研究小組從人胚胎組織中培養(yǎng)出了干細(xì)胞株。他們使用的方法是：人卵體外受精后，將胚胎培育到囊胚階段，提取inner cell mass細(xì)胞，建立細(xì)胞株。經(jīng)測試這些細(xì)胞株的細(xì)胞表面marker和酶活性，證實他們就是全能干細(xì)胞。用這種方法，每個胚胎可取得15 20干細(xì)胞用于培養(yǎng)。John D.Gearhart 在Johns Hopkins 大學(xué)領(lǐng)導(dǎo)的另一個研究小組也從人胚胎組織中建立了干細(xì)胞株。他們的方法是：從受精后5 9周人工流產(chǎn)的胚胎中提取生殖母細(xì)胞(pr

22、imordial germ cell )。由此培養(yǎng)的細(xì)胞株，證實具有全能干細(xì)胞的特征。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胚層的體細(xì)胞系。將其注入免疫缺陷小鼠 錯開內(nèi)產(chǎn)生畸胎瘤。為人胚胎干細(xì)胞研究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,提供了新的途徑。2004 年，MassachusettsAdva need Cell Tech no logy報道克隆小鼠的干細(xì)胞這種克隆細(xì)胞比來源于可以通過形成細(xì)小血管的心肌

23、細(xì)胞修復(fù)心衰小鼠的心肌損傷。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)胞在活體動物體內(nèi)修復(fù)受損組織。-4.2干細(xì)胞研究的意義分化后的細(xì)胞，往往由于高度分化而完全喪失了再分化的能力，這樣的細(xì)胞最終 將衰老和死亡。然而，動物體在發(fā)育的過程中，體內(nèi)卻始終保留了一部分未分化的細(xì) 胞，這就是干細(xì)胞。干細(xì)胞又叫做起源細(xì)胞、萬用細(xì)胞，是一類具有自我更新和分化 潛能的細(xì)胞?？梢赃@樣說，動物體就是通過干細(xì)胞的分裂來實現(xiàn)細(xì)胞的更新，從而保 證動物體持續(xù)生長發(fā)育的。干細(xì)胞根據(jù)其分化潛能的大小，可以分為兩類：全能干細(xì)胞和組織干細(xì)胞。前者 可以分化、發(fā)育成完整的動

24、物個體，后者則是一種或多種組織器官的起源細(xì)胞。人的 胚胎干細(xì)胞可以發(fā)育成完整的人，所以屬于全能干細(xì)胞。早在19世紀(jì)，發(fā)育生物學(xué)家就知道，卵細(xì)胞受精后很快就開始分裂，先是1個受精卵分裂成 2個細(xì)胞，然后繼續(xù)分裂，直至分裂成有16至32個細(xì)胞的細(xì)胞團(tuán)，叫做桑椹胚。這時如果將組成桑椹胚的細(xì)胞一一分開，并分別植入到母體的子宮內(nèi)，則每個細(xì)胞都可以發(fā)育成一個完整的胚胎。這種細(xì)胞就是胚胎干細(xì)胞，屬于全能干細(xì) 胞。骨髓、臍帶、胎盤和脂肪中則可以獲取組織干細(xì)胞。每個人的體內(nèi)都有一些終生 與自己相伴的干細(xì)胞。但是，人的年齡越大， 干細(xì)胞就越少。為了彌補(bǔ)干細(xì)胞的不足，一些科學(xué)家建議從胚胎或胎兒以及其他動物身上獲取干

25、細(xì)胞。進(jìn)行培養(yǎng)和研究。干細(xì)胞的用途非常廣泛，涉及到醫(yī)學(xué)的多個領(lǐng)域。目前，科學(xué)家已經(jīng)能夠在體外 鑒別、分離、純化、擴(kuò)增和培養(yǎng)人體胚胎干細(xì)胞，并以這樣的干細(xì)胞為“種子”，培育出一些人的組織器官。干細(xì)胞及其衍生組織器官的廣泛臨床應(yīng)用，將產(chǎn)生一種全新 的醫(yī)療技術(shù)，也就是再造人體正常的甚至年輕的組織器官，從而使人能夠用上自己的 或他人的干細(xì)胞或由干細(xì)胞所衍生出的新的組織器官，來替換自身病變的或衰老的組織器官。假如某位老年人能夠使用上自己或他人嬰幼兒時期或者青年時期保存起來的 干細(xì)胞及其衍生組織器官，那么，這位老年人的壽命就可以得到明顯的延長。美國科學(xué)雜志于 1999年將干細(xì)胞研究列為世界十大科學(xué)成就的第

26、一，排在人類基因組測 序和克隆技術(shù)之前。新加坡國立大學(xué)醫(yī)院和中央醫(yī)院通過臍帶血干細(xì)胞移植手術(shù)，根治了一名因家族遺傳而患上嚴(yán)重的地中海貧血癥的男童，這是世界上第一例移植非親屬的臍帶血干細(xì)胞而使患者痊愈的手術(shù)。醫(yī)生們認(rèn)為，臍帶血干細(xì)胞移植手術(shù)并不復(fù)雜，就像給患者 輸血一樣。由于臍帶血自身固有的特性，使得用臍帶血干細(xì)胞進(jìn)行移植比用骨髓進(jìn)行 移植更加有效?，F(xiàn)在，利用造血干細(xì)胞移植技術(shù)已經(jīng)逐漸成為治療白血病、各種惡性 腫瘤放化療后引起的造血系統(tǒng)和免疫系統(tǒng)功能障礙等疾病的一種重要手段?？茖W(xué)家預(yù)言，用神經(jīng)干細(xì)胞替代已被破壞的神經(jīng)細(xì)胞，有望使因脊髓損傷而癱瘓的病人重新站 立起來；不久的將來，失明、帕金森氏綜合

27、癥、艾滋病、老年性癡呆、心肌梗塞和糖 尿病等絕大多數(shù)疾病的患者，都可望借助干細(xì)胞移植手術(shù)獲得康復(fù)。同胚胎干細(xì)胞相比，成人身體上的干細(xì)胞只能發(fā)育成20多種組織器官，而胚胎干細(xì)胞則能發(fā)育成幾乎所有的組織器官。但是，如果從胚胎中提取干細(xì)胞，胚胎就會 死亡。因此，倫理道理問題就成為當(dāng)前胚胎干細(xì)胞研究的最大問題之一。美國政府明 確反對破壞新的胚胎以獲取胚胎干細(xì)胞，美國眾議院甚至提出全面禁止胚胎干細(xì)胞克隆研究的法案。美國的一些科學(xué)家則對此提出了尖銳的批評，他們認(rèn)為，將干細(xì)胞用 于醫(yī)學(xué)研究，在減輕患者痛苦方面很有潛力。如果浪費這樣一個絕好的機(jī)會，結(jié)果將 是悲劇性的。我國的干細(xì)胞研究和應(yīng)用已經(jīng)具備了一定的基礎(chǔ)

28、，早在20世紀(jì)60年代就開始了骨髓干細(xì)胞移植方面的研究，目前研究和應(yīng)用得最多的是造血干細(xì)胞。1992年，我國內(nèi)地第一個骨髓移植非親屬供者登記組在北京成立，“中華骨髓庫”也正式接受捐贈。2002年，北京建立了臍帶血干細(xì)胞庫。關(guān)于胚胎干細(xì)胞的研究，我國目前還沒 有明確的法律規(guī)定。 4.3 NIH 關(guān)于胚胎干細(xì)胞研究的指導(dǎo)原則允許1、從人胚中獲得新細(xì)胞系2、使用私人資助、已經(jīng)獲得的來自人胚的細(xì)胞系進(jìn)行研究3、從胎組織中獲得新細(xì)胞系禁止1、使用來自胎兒組織的細(xì)胞系進(jìn)行研究2、用干細(xì)胞創(chuàng)建人胚胎的研究3、將人胚胎干細(xì)胞與動物胚胎結(jié)合的研究4、使用干細(xì)胞進(jìn)行生殖克隆5、來自為研究目的而專門創(chuàng)建的胚胎的干細(xì)

29、胞有關(guān)研究5. 【人體干細(xì)胞】 5.1人體干細(xì)胞分兩種類型：一種是全功能干細(xì)胞，可直接克隆人體；另一種是多功能干細(xì)胞，可直接復(fù)制各 種臟器和修復(fù)組織。人類寄希望于利用干細(xì)胞的分離和體外培養(yǎng)，在體外繁育出組織 或器官，并最終通過組織或器官移植，實現(xiàn)對臨床疾病的治療。“原位培植皮膚干細(xì)胞再生新皮膚技術(shù)”不僅實現(xiàn)了利用干細(xì)胞復(fù)制皮膚器官， 而且做到了人體原位皮膚器官的復(fù)制，從而使人類從干細(xì)胞體外培植組織成器官移植治療，直接跨入了人體原位干細(xì)胞復(fù)制器官?？茖W(xué)家普遍認(rèn)為：干細(xì)胞的研究將為臨 床醫(yī)學(xué)提供更為廣闊的應(yīng)用前景。干細(xì)胞具有經(jīng)培養(yǎng)不定期地分化并產(chǎn)生特化細(xì)胞的能力。在正常的人體發(fā)育環(huán)境中，它們得到了

30、最好的詮釋。人體發(fā)育起始于卵子的受精，產(chǎn)生一個能發(fā)育為完整有 機(jī)體潛能的單細(xì)胞，即全能性受精卵。受精后的最初幾個小時內(nèi)，受精卵分裂為一些 完全相同的全能細(xì)胞。這意味著如果把這些細(xì)胞的任何一個放入女性子宮內(nèi)，均有可 能發(fā)育成胎兒。實際上，當(dāng)兩個全能細(xì)胞分別發(fā)育為單獨遺傳基因型的人時，即出現(xiàn) 了各方面都完全相同的雙胞胎。大約在受精后四天，經(jīng)過幾個循環(huán)的細(xì)胞分裂之后， 這些全能細(xì)胞開始特異化，形成一個中空環(huán)形的細(xì)胞群結(jié)構(gòu)，稱之為胚囊，胚囊由外 層細(xì)胞和位于中空球形內(nèi)的細(xì)胞簇（稱為內(nèi)細(xì)胞群）所構(gòu)成。外層細(xì)胞繼續(xù)發(fā)展，形成胎盤以及胎兒在子宮內(nèi)發(fā)育所需的其它支持組織。內(nèi)細(xì) 胞群細(xì)胞亦繼續(xù)發(fā)育，形成人體所須

31、的全部組織。盡管內(nèi)細(xì)胞群可形成人體內(nèi)的所有 組織，但它們不能發(fā)育為一個單獨的生物體，因為它們不能形成胎盤以及子宮內(nèi)發(fā)育 所需的支持組織。這些內(nèi)細(xì)胞群細(xì)胞是多能性的-它們能產(chǎn)生許多種類型的細(xì)胞，但并非胎兒發(fā)育所需的全部細(xì)胞類型。因為它們不是全能性的，不是胚胎，沒有完全 的發(fā)育潛能。如果內(nèi)細(xì)胞群被放入女性子宮，它不會發(fā)育成胎兒。多能性干細(xì)胞經(jīng)歷進(jìn)一步的特異分化，發(fā)展為參與生成特殊功能細(xì)胞的干細(xì)胞。 如造血干細(xì)胞，它能產(chǎn)生紅細(xì)胞、白細(xì)胞和血小板。又如皮膚干細(xì)胞，它能產(chǎn)生各種 類型的皮膚細(xì)胞。這些更專門化的干細(xì)胞被稱為專能干細(xì)胞。干細(xì)胞對早期人體的發(fā)育特別重要，在兒童和成年人中也可發(fā)現(xiàn)專能干細(xì)胞。舉

32、我們所最熟知的干細(xì)胞之一，造血干細(xì)胞為例，造血干細(xì)胞存在于每個兒童和成年人 的骨髓之中，也存在于循環(huán)血液中，但數(shù)量非常少。在我們的整個生命過程中，造血 干細(xì)胞在不斷地向人體補(bǔ)充血細(xì)胞紅細(xì)胞、白細(xì)胞和血小板的過程中起著很關(guān)鍵 的作用。如果沒有造血干細(xì)胞，我們就無法存活。干細(xì)胞是一類具有自我更新和分化潛能的細(xì)胞。它包括胚胎干細(xì)胞和成體干細(xì) 胞。干細(xì)胞的發(fā)育受多種內(nèi)在機(jī)制和微環(huán)境因素的影響。目前人類胚胎干細(xì)胞已成功 地在體外培養(yǎng)。最新研究發(fā)現(xiàn)，成體干細(xì)胞可以橫向分化為其它類型的細(xì)胞和組織， 為干細(xì)胞的廣泛應(yīng)用提供了基礎(chǔ)。在胚胎的發(fā)生發(fā)育中，單個受精卵可以分裂發(fā)育為多細(xì)胞組織或器官。在成年動 物中，正

33、常的生理代謝或病理損傷也會引起組織或器官的修復(fù)再生。胚胎的分化形成 和成年組織的再生是干細(xì)胞進(jìn)一步分化的結(jié)果。胚胎干細(xì)胞是全能的，具有分化為幾 乎全部組織和器官的能力。而成年組織或器官內(nèi)的干細(xì)胞一般認(rèn)為具有組織特異性， 只能分化特定的細(xì)胞或組織。然而，這個觀點目前受到了挑戰(zhàn)。最新的研究表明，組織特異性干細(xì)胞同樣具有 分化成其它細(xì)胞或組織的潛能，這為干細(xì)胞的應(yīng)用開創(chuàng)了更廣泛的空間。按分化潛能 的大小，干細(xì)胞基本上可分為三種類型：一類是全能性干細(xì)胞，它具有形成完整個體 的分化潛能。如胚胎干細(xì)胞，它是從早期胚胎內(nèi)的細(xì)胞團(tuán)分離出來的一種高度未分化 的細(xì)胞系，具有與早期胚胎細(xì)胞相似的形態(tài)特征和很強(qiáng)的分化

34、能力，它可以無限增殖 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。另一類是多 能性干細(xì)胞，這種干細(xì)胞具有分化出多種細(xì)胞組織的潛能，但卻失去了發(fā)育成完整個 體的能力，發(fā)育潛能受到一定的限制，骨髓多能造血干細(xì)胞是典型的例子，它可分化 出至少十一中血細(xì)胞，但不分化出造血系統(tǒng)以外的其他細(xì)胞。還有一類干細(xì)胞為單能 干細(xì)胞（也稱專能、偏能干細(xì)胞），這類干細(xì)胞只能向一種類型或密切相關(guān)的兩種類型的細(xì)胞分化，如上皮組織基底層的干細(xì)胞、肌肉中的成肌細(xì)胞?？傊残枰粩喈a(chǎn)生新的分化細(xì)胞以及分化細(xì)胞本身不能再分裂的細(xì)胞或組 織，都要通過干細(xì)胞所產(chǎn)生的具有分化能力的細(xì)胞來維持肌體細(xì)胞的數(shù)量，可

35、以這樣 說，生命是通過干細(xì)胞的分裂來實現(xiàn)細(xì)胞的更新及保證持續(xù)生長。隨著基因工程、胚胎工程、細(xì)胞工程等各種生物技術(shù)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(xì)胞已成為可能，利用干細(xì)胞構(gòu)建各種細(xì)胞、組織、 器官作為移植器 官的來源，這將成為干細(xì)胞應(yīng)用的主要方向。6. 【關(guān)于干細(xì)胞研究的觀點】盡管人胚胎干細(xì)胞有著巨大的醫(yī)學(xué)應(yīng)用潛力，但圍繞該研究的倫理道德問題也隨之出現(xiàn)。這些問題主要包括人胚胎干細(xì)胞的來源是否合乎法律及道德，應(yīng)用潛力是否 會引起倫理及法律問題。從體外受精人胚中獲得的ES細(xì)胞在適當(dāng)條件下能否發(fā)育成人？干細(xì)胞要是來自自愿終止妊娠的孕婦該如何辦？為獲得ES細(xì)胞而殺死人胚是否道德？

36、是不是良好的愿望為邪惡的手段提供了正當(dāng)理由？使用來自自發(fā)或事故流產(chǎn) 胚胎的細(xì)胞是否恰當(dāng)？ 一些人爭辯，從人胚中收集胚胎干細(xì)胞是不道德的，因為人的 生命沒有得到珍重，人的胚胎也是生命的一種形式，無論目的如何高尚，破壞人胚是 不可想象的。而某些人辯稱，由于科學(xué)家們沒有殺死細(xì)胞，而只是改變了其命運，因 而是道德的。有些人擔(dān)心，為獲得更多的細(xì)胞系，公司會資助體外受精獲得囊胚及人 工流產(chǎn)獲得胎兒組織。他們建議應(yīng)該鼓勵成人體干細(xì)胞研究而應(yīng)放棄胚胎干細(xì)胞研究。如果胚胎干細(xì)胞和胚胎生殖細(xì)胞可以作為細(xì)胞系而可買賣獲取，科學(xué)家使用它們符合道德規(guī)范嗎？什么類型的研究可被接受？能允許科學(xué)家為研究發(fā)育過程或建立 醫(yī)學(xué)移植組織而培養(yǎng)個體組織和器官嗎？由于目前已接受人體基因可以插入動物細(xì) 胞中，將人胚胎干細(xì)胞嵌入家畜胚胎中創(chuàng)立嵌合體來獲得移植用人體器官是否道德？ 為了治療，改變來自有基因缺陷胚胎的ES細(xì)胞的基因，并使其繼續(xù)發(fā)育成健康個體是否道德？如果人的替代組織極易獲取，會不會有更多的人將不負(fù)責(zé)任地生活，而從 事高風(fēng)險的活動？這些問題很難簡單回答