資料搜集與調查報告——干細胞研究進展與人類健康

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

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

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

4、養(yǎng)。最新研究發(fā)現(xiàn)，成體干細胞可以橫向分化為其他類型的細胞和組織， 為干細胞的廣泛應用提供了基礎。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再生。胚胎的分化形 成和成年組織的再生是干細胞進一步分化的結果。胚胎干細胞是全能的，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的干細胞一般認為具有組織特異 性，只能分化成特定的細胞或組織。然而，這個觀點目前受到了挑戰(zhàn)。最新的研究表明，組織特異性干細胞同樣具有分化成其他細胞或組織的潛能，這 為干細胞的應用開創(chuàng)了更廣泛的空間。干細胞具有自我更新能力(Self-re

5、newing )，能夠產生高度分化的功能細胞。干細胞按照生存階段分為胚胎干細胞和成體干細胞。-1.2胚胎干細胞胚胎干細胞(Embry on icStem cell， ES 細胞)。胚胎干細胞當受精卵分裂發(fā)育成囊胚時，內層細胞團(Inner Cell Mass )的細胞即為胚胎干細胞。胚胎干細胞具有全能性，可以自我更新并具有分化為體內所有組 織的能力。早在 1970年Martin Evans已從小鼠中分離出胚胎干細胞并在體外進行 培養(yǎng)。而人的胚胎干細胞的體外培養(yǎng)直到最近才獲得成功。進一步說，胚胎干細胞(ES細胞)是一種高度未分化細胞。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、細胞。研究和利用ES細胞是當前生物工程領域的核心問題之一。ES細胞的研究可追溯到上世紀五十年代，由于畸胎瘤干細胞(EC細胞)的發(fā)現(xiàn)開始了ES細胞的生物學研究歷程。目前許多研究工作都是以小鼠ES細胞為研究對象展開的，如：德美醫(yī)學小組在去年成功的向試驗鼠體內移植了由ES細胞培養(yǎng)出的神經膠質細胞。此后，密蘇里的研究人員通過鼠胚細胞移植技術，使癱瘓的貓恢復了部分肢體活動能力。隨著ES細胞的研究日益深入，生命科學家對人類ES細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細胞，保持了 ES細胞分化為各種體細胞的全能性。這樣就使科學家利用人類ES細胞治療各種疾病成為可能。然而，人

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

8、認為不能再生的神經組織仍然包含神經干細胞，說明成體干細胞普遍存在，問題是如何尋找和分離各種組織特異性干細胞。成體干細胞經常位于特定的微環(huán)境中。微環(huán) 境中的間質細胞能夠產生一系列生長因子或配體，與干細胞相互作用，控制干細胞的 更新和分化。 1.4造血干細胞造血干細胞是體內各種血細胞的唯一來源，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 的干細胞。造血干細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 移性惡性腫瘤疾病的最有效方法。在臨床治療中，造血干細胞應用較早，在20世紀五十年代，臨床上就開始應用骨髓移植（BMT ）方

9、法來治療血液系統(tǒng)疾病。到八十年代末，外周血干細胞移植（PBSCT ）技術逐漸推廣開來，絕大多數(shù)為自體外周血干細胞移植（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 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)首例臍血干細胞移植成功，又為中國造血干細胞移植技術注 入新的活力。隨著臍血干細胞移植技術的不斷完善，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神經干細胞神經干細胞關于神經干細胞研究起步較晚，由于分離神經干細胞所需的胎兒腦組織較難取材，加之胚

10、胎細胞研究的爭議尚未平息，神經干細胞的研究仍處于初級階段。理論上講，任何一種中樞神經系統(tǒng)疾病都可歸結為神經干細胞功能的紊亂。腦和脊髓 由于血腦屏障的存在使之在干細胞移植到中樞神經系統(tǒng)后不會產生免疫排斥反應， 如：給帕金森氏綜合癥患者的腦內移植含有多巴胺生成細胞的神經干細胞，可治愈部 分患者癥狀。除此之外，神經干細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)的干細胞”；有些科學家證實骨髓干細胞可發(fā)育成

11、肝細胞，腦干細胞可發(fā)育成血細胞。隨著干細胞研究領域向深度和廣度不斷擴展，人們對干細胞的了解也將更加全 面。21世紀是生命科學的時代，也是為人類的健康長壽創(chuàng)造世界奇跡的時代，干細 胞的應用將有廣闊前景。 1.6 肌肉干細胞(muscle stem cell)可發(fā)育分化為成肌細胞(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構。2. 【基礎應用】干細胞的調控是指給出適當?shù)囊蜃訔l件，對干細胞的增值和分化進行調控，使之 向指定的方向發(fā)展。 2.1內源性調控干細胞自身有許多調控因子可對外界信號起反應從而調節(jié)其增殖和分化，包括調節(jié)細胞不對稱分裂的蛋白，控制基因表達的核因子等。

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

13、 Oct4是必需的。Oct4是一種哺乳動物早期胚胎細胞表達的轉錄因子， 它誘導表達的靶基因產物是FGF-4等生長因子，能夠通過生長因子的旁分泌作用調節(jié)干細胞以及周圍滋養(yǎng)層的進一步分化。Oct4缺失突變的胚胎只能發(fā)育到囊胚期，其內部細胞不能發(fā)育成內層細胞團1。另外白血病抑制因子(LIF )對培養(yǎng)的小鼠 ES細胞的自我更新有促進作用，而對人的成體干細胞無作用，說明不同種屬間的轉錄調控是不完全一致的。又如Tcf/Lef轉錄因子家族對上皮干細胞的分化非常重要。Tcf/Lef是Wnt信號通路的中間介質，當與3 -Catenin形成轉錄復合物后，促使角質細胞轉化為多能狀態(tài)并分化為毛囊。-2.2外源性調控除

14、內源性調控外， 干細胞的分化還可受到其周圍組織及細胞外基質等外源性因素 的影響。(1)分泌因子間質細胞能夠分泌許多因子，維持干細胞的增殖，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節(jié)神經嵴干細胞的分化。最近研究發(fā)現(xiàn)，膠質細胞 衍生的神經營養(yǎng)因子(GDNF )不僅能夠促進多種神經元的存活和分化，還對精原細胞的再生和分化有決定作用。GDNF缺失的小鼠表現(xiàn)為干細胞數(shù)量的減少，而GDNF的過度表達導致未分化的精原細胞的累積3。Wnts的作用機制是通過阻止3 -Catenin分解從而激活Tcf/Lef介導的轉

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

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

17、射的小鼠中，結果 發(fā)現(xiàn)肌肉干細胞會分化為各種血細胞系。這種現(xiàn)象被稱為干細胞的橫向分化(transdifferentiation)。關于橫向分化的調控機制目前還不清楚。大多數(shù)觀點認為干細胞的分化與微環(huán)境密切相關?？赡艿臋C制是，干細胞進入新的微環(huán)境后，對分化信號的 反應受到周圍正在進行分化的細胞的影響，從而對新的微環(huán)境中的調節(jié)信號做出反 應?？寺∝i、克隆羊，其技術的機制原理和干細胞是一致的。3. 【種類劃分】干細胞按能力可以分為以下四類： 3.1全能干細胞由卵和精細胞的融合產生受精卵。而受精卵在形成胚胎過程中四細胞期之前任一細胞皆是全能干細胞。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

18、 胞就稱為全能干細胞。 3.2萬能干細胞是全能干細胞的后裔，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 的細胞。 3.3多能干細胞只能分化成特定組織或器官等特定族群的細胞（例如血細胞，包括紅血細胞、白 血細胞和血小板）。 3.4專一性干細胞只能產生一種細胞類型；但是，具有自更新屬性，將其與非干細胞區(qū)分開。4. 【研究情況】 4.1干細胞研究的歷史情況干細胞的研究被認為開始于I960年代，在加拿大科學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胞（embry on ic

19、 germ cells, EG 纟田胞），此工作確立了胚胎癌細胞（embry on ic carci nomacells, EC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。70年代，EC細胞注入小鼠胚泡產生雜合小鼠。培養(yǎng)的SC細胞作為胚胎發(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從小鼠胚泡內細胞群分離出小鼠ES細胞。他們建立了小鼠ES細胞體外培養(yǎng)條件。由這些細胞產生的細胞系有正常的二倍型，像原生殖細胞一樣產生三個胚層的衍生物。將

20、ES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、可鑒定的(克隆化的)細胞，稱之為胚胎癌細胞(embry on iccarci nomacells, EC細胞)?？寺〉娜薊C細胞在視黃酸的作用下分化形成神經元樣細胞和其他類型的細胞。1989年，Pera等分離了一個人 EC細胞系，此細胞系能產生出三個胚層的組織。這些細胞是非整倍體的(比正常細胞染色體多或少)，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的人胚泡處于2-原核期。胚泡內細胞群在培養(yǎng)中得以保存其周邊有滋養(yǎng)層細胞聚集，ES樣細胞位于中央。1

21、998年美國有兩個小組分別培養(yǎng)出了人的多能(pluripotent)干細胞：JamesA. Thoms on在Wisc on sin 大學領導的研究小組從人胚胎組織中培養(yǎng)出了干細胞株。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細胞，建立細胞株。經測試這些細胞株的細胞表面marker和酶活性，證實他們就是全能干細胞。用這種方法，每個胚胎可取得15 20干細胞用于培養(yǎng)。John D.Gearhart 在Johns Hopkins 大學領導的另一個研究小組也從人胚胎組織中建立了干細胞株。他們的方法是：從受精后5 9周人工流產的胚胎中提取生殖母細胞(pr

22、imordial germ cell )。由此培養(yǎng)的細胞株，證實具有全能干細胞的特征。2000年，由 Pera、 Trounson 和Bongso 領導的新加坡和澳大利亞科學家從 治療不育癥的夫婦捐贈的胚泡內細胞群中分離得到人ES細胞，這些細胞體外增殖，保持正常的核型，自發(fā)分化形成來源于三個胚層的體細胞系。將其注入免疫缺陷小鼠 錯開內產生畸胎瘤。為人胚胎干細胞研究2003 ,建立了人類皮膚細胞與兔子卵細胞種間融合的方法,提供了新的途徑。2004 年，MassachusettsAdva need Cell Tech no logy報道克隆小鼠的干細胞這種克隆細胞比來源于可以通過形成細小血管的心肌

23、細胞修復心衰小鼠的心肌損傷。骨髓的成體干細胞修復作用更快、更有效，可以取代40%的瘢痕組織和恢復心肌功能。這是首次顯示克隆干細胞在活體動物體內修復受損組織。-4.2干細胞研究的意義分化后的細胞，往往由于高度分化而完全喪失了再分化的能力，這樣的細胞最終 將衰老和死亡。然而，動物體在發(fā)育的過程中，體內卻始終保留了一部分未分化的細 胞，這就是干細胞。干細胞又叫做起源細胞、萬用細胞，是一類具有自我更新和分化 潛能的細胞?？梢赃@樣說，動物體就是通過干細胞的分裂來實現(xiàn)細胞的更新，從而保 證動物體持續(xù)生長發(fā)育的。干細胞根據(jù)其分化潛能的大小，可以分為兩類：全能干細胞和組織干細胞。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胞。人的 胚胎干細胞可以發(fā)育成完整的人，所以屬于全能干細胞。早在19世紀，發(fā)育生物學家就知道，卵細胞受精后很快就開始分裂，先是1個受精卵分裂成 2個細胞，然后繼續(xù)分裂，直至分裂成有16至32個細胞的細胞團，叫做桑椹胚。這時如果將組成桑椹胚的細胞一一分開，并分別植入到母體的子宮內，則每個細胞都可以發(fā)育成一個完整的胚胎。這種細胞就是胚胎干細胞，屬于全能干細 胞。骨髓、臍帶、胎盤和脂肪中則可以獲取組織干細胞。每個人的體內都有一些終生 與自己相伴的干細胞。但是，人的年齡越大， 干細胞就越少。為了彌補干細胞的不足，一些科學家建議從胚胎或胎兒以及其他動物身上獲取干

25、細胞。進行培養(yǎng)和研究。干細胞的用途非常廣泛，涉及到醫(yī)學的多個領域。目前，科學家已經能夠在體外 鑒別、分離、純化、擴增和培養(yǎng)人體胚胎干細胞，并以這樣的干細胞為“種子”，培育出一些人的組織器官。干細胞及其衍生組織器官的廣泛臨床應用，將產生一種全新 的醫(yī)療技術，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 或他人的干細胞或由干細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。美國科學雜志于 1999年將干細胞研究列為世界十大科學成就的第

26、一，排在人類基因組測 序和克隆技術之前。新加坡國立大學醫(yī)院和中央醫(yī)院通過臍帶血干細胞移植手術，根治了一名因家族遺傳而患上嚴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胞而使患者痊愈的手術。醫(yī)生們認為，臍帶血干細胞移植手術并不復雜，就像給患者 輸血一樣。由于臍帶血自身固有的特性，使得用臍帶血干細胞進行移植比用骨髓進行 移植更加有效。現(xiàn)在，利用造血干細胞移植技術已經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家預言，用神經干細胞替代已被破壞的神經細胞，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，都可望借助干細胞移植手術獲得康復。同胚胎干細胞相比，成人身體上的干細胞只能發(fā)育成20多種組織器官，而胚胎干細胞則能發(fā)育成幾乎所有的組織器官。但是，如果從胚胎中提取干細胞，胚胎就會 死亡。因此，倫理道理問題就成為當前胚胎干細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胞，美國眾議院甚至提出全面禁止胚胎干細胞克隆研究的法案。美國的一些科學家則對此提出了尖銳的批評，他們認為，將干細胞用 于醫(yī)學研究，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會，結果將 是悲劇性的。我國的干細胞研究和應用已經具備了一定的基礎

28、，早在20世紀60年代就開始了骨髓干細胞移植方面的研究，目前研究和應用得最多的是造血干細胞。1992年，我國內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胞庫。關于胚胎干細胞的研究，我國目前還沒 有明確的法律規(guī)定。 4.3 NIH 關于胚胎干細胞研究的指導原則允許1、從人胚中獲得新細胞系2、使用私人資助、已經獲得的來自人胚的細胞系進行研究3、從胎組織中獲得新細胞系禁止1、使用來自胎兒組織的細胞系進行研究2、用干細胞創(chuàng)建人胚胎的研究3、將人胚胎干細胞與動物胚胎結合的研究4、使用干細胞進行生殖克隆5、來自為研究目的而專門創(chuàng)建的胚胎的干細

29、胞有關研究5. 【人體干細胞】 5.1人體干細胞分兩種類型：一種是全功能干細胞，可直接克隆人體；另一種是多功能干細胞，可直接復制各 種臟器和修復組織。人類寄希望于利用干細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?！霸慌嘀财つw干細胞再生新皮膚技術”不僅實現(xiàn)了利用干細胞復制皮膚器官， 而且做到了人體原位皮膚器官的復制，從而使人類從干細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胞復制器官?？茖W家普遍認為：干細胞的研究將為臨 床醫(yī)學提供更為廣闊的應用前景。干細胞具有經培養(yǎng)不定期地分化并產生特化細胞的能力。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，產生一個能發(fā)育為完整有 機體潛能的單細胞，即全能性受精卵。受精后的最初幾個小時內，受精卵分裂為一些 完全相同的全能細胞。這意味著如果把這些細胞的任何一個放入女性子宮內，均有可 能發(fā)育成胎兒。實際上，當兩個全能細胞分別發(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，經過幾個循環(huán)的細胞分裂之后， 這些全能細胞開始特異化，形成一個中空環(huán)形的細胞群結構，稱之為胚囊，胚囊由外 層細胞和位于中空球形內的細胞簇（稱為內細胞群）所構成。外層細胞繼續(xù)發(fā)展，形成胎盤以及胎兒在子宮內發(fā)育所需的其它支持組織。內細 胞群細胞亦繼續(xù)發(fā)育，形成人體所須

31、的全部組織。盡管內細胞群可形成人體內的所有 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發(fā)育 所需的支持組織。這些內細胞群細胞是多能性的-它們能產生許多種類型的細胞，但并非胎兒發(fā)育所需的全部細胞類型。因為它們不是全能性的，不是胚胎，沒有完全 的發(fā)育潛能。如果內細胞群被放入女性子宮，它不會發(fā)育成胎兒。多能性干細胞經歷進一步的特異分化，發(fā)展為參與生成特殊功能細胞的干細胞。 如造血干細胞，它能產生紅細胞、白細胞和血小板。又如皮膚干細胞，它能產生各種 類型的皮膚細胞。這些更專門化的干細胞被稱為專能干細胞。干細胞對早期人體的發(fā)育特別重要，在兒童和成年人中也可發(fā)現(xiàn)專能干細胞。舉

32、我們所最熟知的干細胞之一，造血干細胞為例，造血干細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 干細胞在不斷地向人體補充血細胞紅細胞、白細胞和血小板的過程中起著很關鍵 的作用。如果沒有造血干細胞，我們就無法存活。干細胞是一類具有自我更新和分化潛能的細胞。它包括胚胎干細胞和成體干細 胞。干細胞的發(fā)育受多種內在機制和微環(huán)境因素的影響。目前人類胚胎干細胞已成功 地在體外培養(yǎng)。最新研究發(fā)現(xiàn)，成體干細胞可以橫向分化為其它類型的細胞和組織， 為干細胞的廣泛應用提供了基礎。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再生。胚胎的分化形成 和成年組織的再生是干細胞進一步分化的結果。胚胎干細胞是全能的，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的干細胞一般認為具有組織特異性， 只能分化特定的細胞或組織。然而，這個觀點目前受到了挑戰(zhàn)。最新的研究表明，組織特異性干細胞同樣具有 分化成其它細胞或組織的潛能，這為干細胞的應用開創(chuàng)了更廣泛的空間。按分化潛能 的大小，干細胞基本上可分為三種類型：一類是全能性干細胞，它具有形成完整個體 的分化潛能。如胚胎干細胞，它是從早期胚胎內的細胞團分離出來的一種高度未分化 的細胞系，具有與早期胚胎細胞相似的形態(tài)特征和很強的分化

34、能力，它可以無限增殖 并分化成為全身 200多種細胞類型，進一步形成機體的所有組織、器官。另一類是多 能性干細胞，這種干細胞具有分化出多種細胞組織的潛能，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，骨髓多能造血干細胞是典型的例子，它可分化 出至少十一中血細胞，但不分化出造血系統(tǒng)以外的其他細胞。還有一類干細胞為單能 干細胞（也稱專能、偏能干細胞），這類干細胞只能向一種類型或密切相關的兩種類型的細胞分化，如上皮組織基底層的干細胞、肌肉中的成肌細胞?？傊?，凡需要不斷產生新的分化細胞以及分化細胞本身不能再分裂的細胞或組 織，都要通過干細胞所產生的具有分化能力的細胞來維持肌體細胞的數(shù)量，可

35、以這樣 說，生命是通過干細胞的分裂來實現(xiàn)細胞的更新及保證持續(xù)生長。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。6. 【關于干細胞研究的觀點】盡管人胚胎干細胞有著巨大的醫(yī)學應用潛力，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胞的來源是否合乎法律及道德，應用潛力是否 會引起倫理及法律問題。從體外受精人胚中獲得的ES細胞在適當條件下能否發(fā)育成人？干細胞要是來自自愿終止妊娠的孕婦該如何辦？為獲得ES細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理由？使用來自自發(fā)或事故流產 胚胎的細胞是否恰當？ 一些人爭辯，從人胚中收集胚胎干細胞是不道德的，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，由于科學家們沒有殺死細胞，而只是改變了其命運，因 而是道德的。有些人擔心，為獲得更多的細胞系，公司會資助體外受精獲得囊胚及人 工流產獲得胎兒組織。他們建議應該鼓勵成人體干細胞研究而應放棄胚胎干細胞研究。如果胚胎干細胞和胚胎生殖細胞可以作為細胞系而可買賣獲取，科學家使用它們符合道德規(guī)范嗎？什么類型的研究可被接受？能允許科學家為研究發(fā)育過程或建立 醫(yī)學移植組織而培養(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 胞中，將人胚胎干細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責任地生活，而從 事高風險的活動？這些問題很難簡單回答