關(guān)于干細(xì)胞的一些知識(shí)
干細(xì)胞是一類具有自我復(fù)制能力的多潛能細(xì)胞。在一定條件下它可以分化成多種功能細(xì)胞。根據(jù)干細(xì)胞所處發(fā)育階段可分為胚胎干細(xì)胞（ES細(xì)胞）和成體干細(xì)胞。根據(jù)干細(xì)胞的發(fā)育潛能又分為全能干細(xì)胞（TSC）、多能干細(xì)胞和單能干細(xì)胞（或稱專能干細(xì)胞）。干細(xì)胞是一種未充分分化，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，在醫(yī)學(xué)界稱為“萬(wàn)用細(xì)胞”。
2013年12月1日，美國(guó)哥倫比亞大學(xué)醫(yī)學(xué)研究中心的科學(xué)家首次成功地將人體干細(xì)胞轉(zhuǎn)化成了功能性的肺細(xì)胞和呼吸道細(xì)胞。
干細(xì)胞即為起源細(xì)胞，具有增殖和分化潛能，它能夠自我更新復(fù)制，產(chǎn)生高度分化的功能細(xì)胞。具體來講，它是一類具有多向分化潛能和自我復(fù)制能力的原始的未分化細(xì)胞，是形成哺乳類動(dòng)物的各組織器官的原始細(xì)胞。
干細(xì)胞（胚胎干細(xì)胞和成體干細(xì)胞）在形態(tài)上具有共性，通常呈圓形或橢圓形，細(xì)胞體積小，核相對(duì)較大，細(xì)胞核多為常染色質(zhì)，并具有較高的端粒酶活性。
干細(xì)胞是自我復(fù)制還是分化功能細(xì)胞，主要由細(xì)胞本身的狀態(tài)和微環(huán)境因素所決定。決定干細(xì)胞狀態(tài)的因素，包括調(diào)節(jié)細(xì)胞周期的各種周期素和周期素依賴激酶、基因轉(zhuǎn)錄因子、影響細(xì)胞不對(duì)稱分裂的細(xì)胞質(zhì)因子。微環(huán)境因素，包括干細(xì)胞與周圍細(xì)胞、干細(xì)胞與外基質(zhì)以及干細(xì)胞與各種可溶性因子的相互作用。
人體的全功能干細(xì)胞可直接克隆人體，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，以期通過組織或器官移植實(shí)現(xiàn)臨床應(yīng)用?，F(xiàn)在，原位培植皮膚干細(xì)胞再生技術(shù)利用干細(xì)胞復(fù)制皮膚器官，實(shí)現(xiàn)了人體原位皮膚器官的復(fù)制。
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。在人體發(fā)育過程中，干細(xì)胞的功能行為得到了最好的詮釋。人體發(fā)育起始于卵子的受精，產(chǎn)生一個(gè)能發(fā)育為完整有機(jī)體的潛能單細(xì)胞。受精后的最初幾個(gè)小時(shí)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(gè)放入女性子宮內(nèi)，均有可能發(fā)育成胎兒。實(shí)際上，當(dāng)兩個(gè)全能細(xì)胞分別發(fā)育為單獨(dú)遺傳基因型的人時(shí)，即出現(xiàn)了各方面都完全相同的雙胞胎。大約在受精后４天，經(jīng)過幾個(gè)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(gè)中空環(huán)形的被稱為胚囊的細(xì)胞群結(jié)構(gòu)，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，但它們不能單獨(dú)發(fā)育為一個(gè)的生物體，因?yàn)樗鼈儾荒苄纬商ケP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，但并非是全能性的，因?yàn)樗鼈儧]有完全的發(fā)育潛能，不能為胎兒發(fā)育提供所需的全部細(xì)胞類型。也就是說，內(nèi)細(xì)胞群不是胚胎，它即使被置入女性子宮內(nèi)也不會(huì)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。
胚胎干細(xì)胞的發(fā)育等級(jí)較高，是全能干細(xì)胞，而成體干細(xì)胞的發(fā)育等級(jí)較低，是多能干細(xì)胞或單能干細(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。人類胚胎干細(xì)胞已可成功地在體外培養(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(gè)受精卵可以分裂發(fā)育為多細(xì)胞的組織或器官。胚胎的分化和成體組織的再生是干細(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。而成體組織或器官內(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。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。
干細(xì)胞對(duì)人體早期的發(fā)育特別重要，在兒童和成年人中都有專能干細(xì)胞。例如造血干細(xì)胞，它存在于每個(gè)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(gè)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。如果沒有造血干細(xì)胞，生命活動(dòng)就無(wú)法持續(xù)。
干細(xì)胞具有自我更新和分化的潛能。在胚胎的發(fā)生發(fā)育中，單個(gè)受精卵分裂發(fā)育為多細(xì)胞組織或器官，而正常的生理代謝或病理?yè)p傷也會(huì)引起組織或器官的修復(fù)再生。
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(gè)觀點(diǎn)受到了挑戰(zhàn)。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。
按照分化的潛能，干細(xì)胞分為三種類型：
一類是全能性干細(xì)胞，它具有形成完整個(gè)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)的分化能力，它可以無(wú)限增殖并分化成為構(gòu)成生命體的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(gè)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)胞是多能性的典型例子，它可分化出至少十一種血細(xì)胞，但不分化造血系統(tǒng)以外的其它細(xì)胞。
第三類干細(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。
總之，凡需要不斷產(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。所有可以這樣說，生命是通過干細(xì)胞的分裂來實(shí)現(xiàn)細(xì)胞的更新及保證持續(xù)生長(zhǎng)的。
胚胎干細(xì)胞的分化性
胚胎干細(xì)胞具有萬(wàn)能分化功能，可以細(xì)胞分化成多種組織，但無(wú)法獨(dú)自發(fā)育成一個(gè)個(gè)體。它可以差轉(zhuǎn)成為外胚層、中胚層及內(nèi)胚層三種胚層的成員，然后再差轉(zhuǎn)成為人體的220多種細(xì)胞種類。
胚胎干細(xì)胞的萬(wàn)能分化性與多功能干細(xì)胞的主要分別在于，多功能干細(xì)胞只能差轉(zhuǎn)成為某幾種特定的細(xì)胞種類。在無(wú)外界提供差轉(zhuǎn)的刺激之下(即可在實(shí)驗(yàn)環(huán)境下生長(zhǎng))，胚胎干細(xì)胞在經(jīng)過多重細(xì)胞分裂之后，仍然能保有萬(wàn)能分化性。成人干細(xì)胞能否保有萬(wàn)能分化性，直到現(xiàn)在仍然有爭(zhēng)議。不過，有研究已示范了萬(wàn)能干細(xì)胞可以從成纖維細(xì)胞集叢產(chǎn)生出來。
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射的小鼠中，結(jié)果發(fā)現(xiàn)肌肉干細(xì)胞會(huì)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。關(guān)于橫向分化的調(diào)控機(jī)制還不清楚，大多數(shù)觀點(diǎn)認(rèn)為干細(xì)胞的分化與微環(huán)境密切相關(guān)?？赡艿臋C(jī)制是，干細(xì)胞進(jìn)入新的微環(huán)境后，對(duì)分化信號(hào)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(duì)新的微環(huán)境中的調(diào)節(jié)信號(hào)做出反應(yīng)。
克隆豬、克隆羊，其技術(shù)的機(jī)制原理和干細(xì)胞是一致的。
干細(xì)胞類型及其特性
胚胎干細(xì)胞：可來源于畸胎瘤細(xì)胞、桑椹球細(xì)胞、囊胚內(nèi)細(xì)胞團(tuán)、擬胚體細(xì)胞、生殖原基細(xì)胞等。當(dāng)受精卵分裂發(fā)育成囊胚時(shí)，將內(nèi)細(xì)胞團(tuán)分離出來進(jìn)行培養(yǎng)，在一定條件下，這些細(xì)胞可在體外“無(wú)限期”地增殖傳代，同時(shí)還保持其全能性，因此被稱為胚胎干細(xì)胞。胚胎干細(xì)胞在培養(yǎng)條件下，若加入白血病抑制因子LIF，則能保持在未分化狀態(tài)，若去掉LIF，胚胎干細(xì)胞迅速分化，最終產(chǎn)生多種細(xì)胞系，如肌肉細(xì)胞、血細(xì)胞、神經(jīng)細(xì)胞或發(fā)育成“胚胎體”。
成體干細(xì)胞：成年動(dòng)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(zhǎng)和衰退的動(dòng)態(tài)平衡。
得到成體干細(xì)胞的途徑：⑴胚胎細(xì)胞—由胚胎干細(xì)胞定向分化，或移植分化而成；⑵胚胎組織—由分離胚胎組織、細(xì)胞分離、或培養(yǎng)而成；⑶成體組織—由臍血、新生兒胎盤、骨髓、外周血、骨髓間質(zhì)、脂肪細(xì)胞等得到。
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。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)性轉(zhuǎn)移性腫瘤疾病的最有效方法。
神經(jīng)干細(xì)胞：神經(jīng)干細(xì)胞的研究尚處初級(jí)階段。理論上講，任何一種中樞神經(jīng)疾病都可歸結(jié)為神經(jīng)干細(xì)胞功能的紊亂。
周邊血干細(xì)胞：骨髓中存有人體內(nèi)最主要造血干細(xì)胞的來源,而周邊血干細(xì)胞則是指借由施打白細(xì)胞生長(zhǎng)激素(G-CSF),將骨髓中的干細(xì)胞驅(qū)動(dòng)至血液中,再經(jīng)由血液分離機(jī)收集取得之干細(xì)胞。由于與骨髓干細(xì)胞極為相近,現(xiàn)已逐漸取代需要全身麻醉的骨髓抽取手術(shù).
脂肪干細(xì)胞：塑身而抽出的脂肪中含有大量的間質(zhì)干細(xì)胞，它具有體外增生及多重分化的潛力,能運(yùn)用于組織與器官的再生與修復(fù)。
骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞(MSC)：是干細(xì)胞家族的重要成員,來源于發(fā)育早期的中胚層和外胚層，具有多向分化潛能、造血支持和促進(jìn)干細(xì)胞植入、免疫調(diào)控和自我復(fù)制等特點(diǎn)。MSC在體內(nèi)或體外特定的誘導(dǎo)條件下,可分化為脂肪、骨、軟骨、肌肉、肌腱、韌帶、神經(jīng)、肝、心肌、內(nèi)皮等多種組織細(xì)胞。
心臟干細(xì)胞：以色列的科學(xué)家研究出了一種用干細(xì)胞做成的心臟，這是由干細(xì)胞的分裂形成的。
胎盤造血干細(xì)胞：胎盤是首先形成的器官之一，其中含有大量的早期干細(xì)胞，包括數(shù)量豐富的造血干細(xì)胞。這些干細(xì)胞在胎盤中行使造血的功能，是分化形成各種血細(xì)胞（紅細(xì)胞、白細(xì)胞、血小板等）的祖宗。
胎盤亞全能干細(xì)胞：亞全能干細(xì)胞自胚胎形成的第5到7天開始出現(xiàn)，能分化形成200多種人體組織器官細(xì)胞，但不能形成一個(gè)完整的人體。胎盤亞全能干細(xì)胞來源于新生兒胎盤組織的一族亞全能干細(xì)胞，與胚胎干細(xì)胞接近，具備分化形成三個(gè)胚層的組織細(xì)胞的能力。
羊膜干細(xì)胞：來源于羊膜上皮，是表達(dá)多種胚胎干細(xì)胞的標(biāo)志物，具有多系分化的能力，其分化能力超過骨髓來源的間充質(zhì)干細(xì)胞，具有較低的免疫原性。
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