干細胞的基礎知識

干細胞的基礎知識干細胞的基礎知識干細胞的概念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(nèi)在機制和微環(huán)境因素的影響。目前人類胚胎干細胞已可勝利地在體外培育。最新探討發(fā)覺，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供應了基礎。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組織的再生是干細胞進一步分化的結(jié)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實力。而成組織或器官內(nèi)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)。最新的探討表明，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實力（），能夠產(chǎn)生高度分化的功能細胞。干細胞根據(jù)生存階段分為胚胎干細胞和成體干細胞。1.1胚胎干細胞胚胎干細胞（,細胞）當受精卵分裂發(fā)育成囊胚時，內(nèi)層細胞團（）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(nèi)全部組織的實力。早在1970已從小鼠中分別出胚胎干細胞并在體外進行培育。而人的胚胎干細胞的體外培育直到最近才獲得勝利。進一步說，胚胎干細胞（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全部組織和器官，包括生殖細胞。探討和利用細胞是當前生物工程領域的核心問題之一。細胞的探討可追溯到上世紀五十代，由于畸胎瘤干細胞（細胞）的發(fā)覺開始了細胞的生物學探討歷程。目前很多探討工作都是以小鼠細胞為探討對象綻開的，如：德美醫(yī)學小組在去勝利的向試驗鼠體內(nèi)移植了由細胞培育出的神經(jīng)膠質(zhì)細胞。此后，密蘇里的探討人員通過鼠胚細胞移植技術，使癱瘓的貓復原了部分肢體活動實力。隨著細胞的探討日益深化，生命科學家對人類細胞的了解邁入了一個新的階段。在98末，兩個探討小組勝利的培育出人類細胞，保持了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細胞治療各種疾病成為可能。然而，人類細胞的探討工作引起了全世界范圍內(nèi)的很大爭議，出于社會倫理學方面的緣由，有些國家甚至明令禁止進行人類細胞探討。無論從基礎探討角度來講還是從臨床應用方面來看，人類細胞帶給人類的好處遠遠大于在倫理方面可能造成的負面影響，因此要求綻開人類細胞探討的呼聲也一浪高似一浪。1.2成體干細胞成動物的很多組織和器官，比如表皮和造血系統(tǒng)，具有修復和再生的實力。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(chǎn)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。最近探討表明，以往認為不能再生的神經(jīng)組織仍舊包含神經(jīng)干細胞,說明成體干細胞普遍存在，問題是如何找尋和分別各種組織特異性干細胞。成體干細胞常常位于特定的微環(huán)境中。微環(huán)境中的間質(zhì)細胞能夠產(chǎn)生一系列生長因子或配體，及干細胞相互作用，限制干細胞的更新和分化。1.3造血干細胞造血干細胞是體內(nèi)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。今初，協(xié)和醫(yī)大血液學探討所的龐文新又在肌肉組織中發(fā)覺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(zhuǎn)移性惡性腫瘤疾病的最有效方法。在臨床治療中，造血干細胞應用較早，在20世紀五十代，臨床上就開始應用骨髓移植（）方法來治療血液系統(tǒng)疾病。到八十代末，外周血干細胞移植（）技術漸漸推廣開來，絕大多數(shù)為自體外周血干細胞移植（），在提高治療有效率和縮短療程方面優(yōu)于常規(guī)治療，且效果令人滿足。及兩者相比，臍血干細胞移植的特長在于無來源的限制，對配型要求不高，不易受病毒或腫瘤的污染。在今初，東北地區(qū)首例臍血干細胞移植勝利，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1.4神經(jīng)干細胞關于神經(jīng)干細胞探討起步較晚，由于分別神經(jīng)干細胞所需的胎兒腦組織較難取材，加之胚胎細胞探討的爭議尚未平靜，神經(jīng)干細胞的探討仍處于初級階段。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(jīng)系統(tǒng)后不會產(chǎn)生免疫排斥反應，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胞的神經(jīng)干細胞，可治愈部分患者癥狀。除此之外，神經(jīng)干細胞的功能還可延長到藥物檢測方面，對推斷藥物有效性,毒性有一定的作用。事實上，到目前為止，人們對干細胞的了解仍存在很多盲區(qū)。2000初美國探討人員無意中發(fā)覺在胰腺中存有干細胞；加拿大探討人員在人,鼠,牛的視網(wǎng)膜中發(fā)覺了始終處于“休眠狀態(tài)的干細胞”；有些科學家證明骨髓干細胞可發(fā)育成肝細胞，腦干細胞可發(fā)育成血細胞。隨著干細胞探討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)建世界奇跡的時代，干細胞的應用將有廣袤前景。干細胞應用的基礎——調(diào)控干細胞的調(diào)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(diào)控，使之向指定的方向發(fā)展。2.1內(nèi)源性調(diào)控干細胞自身有很多調(diào)控因子可對外界信號起反應從而調(diào)整其增殖和分化，包括調(diào)整細胞不對稱分裂的蛋白，限制基因表達的核因子等。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(nèi)調(diào)控因子的制約。（1）細胞內(nèi)蛋白對干細胞分裂的調(diào)控干細胞分裂可能產(chǎn)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安排和四周環(huán)境的作用造成的。細胞的結(jié)構(gòu)蛋白，特殊是細胞骨架成分對細胞的發(fā)育特別重要。如在果蠅卵巢中，調(diào)控干細胞不對稱分裂的是一種稱為收縮體的細胞器，包含有很多調(diào)整蛋白，如膜收縮蛋白和細胞周期素A。收縮體及紡錘體的結(jié)合確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(zhuǎn)錄因子的調(diào)控在脊椎動物中，轉(zhuǎn)錄因子對干細胞分化的調(diào)整特別重要。比如在胚胎干細胞的發(fā)生中，轉(zhuǎn)錄因子4是必需的。4是一種哺乳動物早期胚胎細胞表達的轉(zhuǎn)錄因子，它誘導表達的靶基因產(chǎn)物是4等生長因子，能夠通過生長因子的旁分泌作用調(diào)整干細胞以及四周滋養(yǎng)層的進一步分化。4缺失突變的胚胎只能發(fā)育到囊胚期，其內(nèi)部細胞不能發(fā)育成內(nèi)層細胞團[1]。另外白血病抑制因子（）對培育的小鼠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(zhuǎn)錄調(diào)控是不完全一樣的。又如轉(zhuǎn)錄因子家族對上皮干細胞的分化特別重要。是信號通路的中間介質(zhì)，當及β形成轉(zhuǎn)錄復合物后，促使角質(zhì)細胞轉(zhuǎn)化為多能狀態(tài)并分化為毛囊。干細胞應用的基礎——調(diào)控干細胞的調(diào)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(diào)控，使之向指定的方向發(fā)展。2.2外源性調(diào)控除內(nèi)源性調(diào)控外，干細胞的分化還可受到其四周組織及細胞外基質(zhì)等外源性因素的影響。（1）分泌因子間質(zhì)細胞能夠分泌很多因子，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β家族和信號通路。比如家族中至少有兩個成員能夠調(diào)整神經(jīng)嵴干細胞的分化。最近探討發(fā)覺，膠質(zhì)細胞衍生的神經(jīng)養(yǎng)分因子（）不僅能夠促進多種神經(jīng)元的存活和分化，還對精原細胞的再生和分化有確定作用。缺失的小鼠表現(xiàn)為干細胞數(shù)量的削減，而的過度表達導致未分化的精原細胞的累積[3]。的作用機制是通過阻擋β分解從而激活介導的轉(zhuǎn)錄，促進干細胞的分化。比如在線蟲卵裂球的分裂中，鄰近細胞誘導的信號通路能夠限制紡錘體的起始點和內(nèi)胚層的分化。（2）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。β就是一種介導細胞粘附連接的結(jié)構(gòu)成分。除此之外，穿膜蛋白及其配體或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組織包括視網(wǎng)膜神經(jīng)上皮,骨骼肌和血液系統(tǒng)中，信號都起著特別重要的作用。當及其配體結(jié)合時，干細胞進行非分化性增殖；當活性被抑制時，干細胞進入分化程序，發(fā)育為功能細胞[4]。（3）整合素（）及細胞外基質(zhì)整合素家族是介導干細胞及細胞外基質(zhì)粘附的最主要的分子。整合素及其配體的相互作用為干細胞的非分化增殖供應了適當?shù)奈h(huán)境。比如當β1整合素丟失功能時，上皮干細胞逃脫了微環(huán)境的制約，分化成角質(zhì)細胞。此外細胞外基質(zhì)通過調(diào)整β1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。通常狀況下，供體的干細胞在受體中分化為及其組織來源一樣的細胞。而在某些狀況下干細胞的分化并不遵循這種規(guī)律。1999等人分別出小鼠的肌肉干細胞，體外培育5天后，及少量的骨髓間質(zhì)細胞一起移植入接受致死量輻射的小鼠中，結(jié)果發(fā)覺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（）[5]。關于橫向分化的調(diào)控機制目前還不清晰。大多數(shù)觀點認為干細胞的分化及微環(huán)境親密相關?？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四周正在進行分化的細胞的影響，從而對新的微環(huán)境中的調(diào)整信號做出反應。干細胞應用平臺技術3.1技術原理在細胞的分化過程中，細胞往往由于高度分化而完全失去了再分裂的實力，最終蒼老死亡。機體在發(fā)展適應過程中為了禰補這一不足，保留了一部分未分化的原始細胞，稱之為干細胞（）。一旦生理須要，這些干細胞可根據(jù)發(fā)育途徑通過分裂而產(chǎn)生分化細胞，也可以這樣說，這些干細胞充當了分化細胞‘預備隊’的角色。在動物體中，多數(shù)組織含有干細胞，甚至在進化的早期，最初級的后生動物-海綿也含有稱之為`始祖母細胞`的干細胞。干細胞有以下特點：（1）干細胞本身不是處于分化途徑的終端。（2）干