干細(xì)胞的基礎(chǔ)知識

干細(xì)胞的基礎(chǔ)知識干細(xì)胞的基礎(chǔ)知識干細(xì)胞的概念干細(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)胞已可勝利地在體外培育。最新探討發(fā)覺，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)用供應(yīng)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實(shí)力。而成組織或器官內(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(diǎn)目前受到了挑戰(zhàn)。最新的探討表明，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)胞具有自我更新實(shí)力（），能夠產(chǎn)生高度分化的功能細(xì)胞。干細(xì)胞根據(jù)生存階段分為胚胎干細(xì)胞和成體干細(xì)胞。1.1胚胎干細(xì)胞胚胎干細(xì)胞（,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)（）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)全部組織的實(shí)力。早在1970已從小鼠中分別出胚胎干細(xì)胞并在體外進(jìn)行培育。而人的胚胎干細(xì)胞的體外培育直到最近才獲得勝利。進(jìn)一步說，胚胎干細(xì)胞（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全部組織和器官，包括生殖細(xì)胞。探討和利用細(xì)胞是當(dāng)前生物工程領(lǐng)域的核心問題之一。細(xì)胞的探討可追溯到上世紀(jì)五十代，由于畸胎瘤干細(xì)胞（細(xì)胞）的發(fā)覺開始了細(xì)胞的生物學(xué)探討歷程。目前很多探討工作都是以小鼠細(xì)胞為探討對象綻開的，如：德美醫(yī)學(xué)小組在去勝利的向試驗(yàn)鼠體內(nèi)移植了由細(xì)胞培育出的神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞。此后，密蘇里的探討人員通過鼠胚細(xì)胞移植技術(shù)，使癱瘓的貓復(fù)原了部分肢體活動實(shí)力。隨著細(xì)胞的探討日益深化，生命科學(xué)家對人類細(xì)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(xì)胞，保持了細(xì)胞分化為各種體細(xì)胞的全能性。這樣就使科學(xué)家利用人類細(xì)胞治療各種疾病成為可能。然而，人類細(xì)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(xué)方面的緣由，有些國家甚至明令禁止進(jìn)行人類細(xì)胞探討。無論從基礎(chǔ)探討角度來講還是從臨床應(yīng)用方面來看，人類細(xì)胞帶給人類的好處遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于在倫理方面可能造成的負(fù)面影響，因此要求綻開人類細(xì)胞探討的呼聲也一浪高似一浪。1.2成體干細(xì)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(fù)和再生的實(shí)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。最近探討表明，以往認(rèn)為不能再生的神經(jīng)組織仍舊包含神經(jīng)干細(xì)胞,說明成體干細(xì)胞普遍存在，問題是如何找尋和分別各種組織特異性干細(xì)胞。成體干細(xì)胞常常位于特定的微環(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，及干細(xì)胞相互作用，限制干細(xì)胞的更新和分化。1.3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。今初，協(xié)和醫(yī)大血液學(xué)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(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)五十代，臨床上就開始應(yīng)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(xì)胞移植（）技術(shù)漸漸推廣開來，絕大多數(shù)為自體外周血干細(xì)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(xì)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(xì)胞移植勝利，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(xì)胞關(guān)于神經(jīng)干細(xì)胞探討起步較晚，由于分別神經(jīng)干細(xì)胞所需的胎兒腦組織較難取材，加之胚胎細(xì)胞探討的爭議尚未平靜，神經(jīng)干細(xì)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(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(shí)上，到目前為止，人們對干細(xì)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(xì)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(xì)胞”；有些科學(xué)家證明骨髓干細(xì)胞可發(fā)育成肝細(xì)胞，腦干細(xì)胞可發(fā)育成血細(xì)胞。隨著干細(xì)胞探討領(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)建世界奇跡的時代，干細(xì)胞的應(yīng)用將有廣袤前景。干細(xì)胞應(yīng)用的基礎(chǔ)——調(diào)控干細(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)胞自身有很多調(diào)控因子可對外界信號起反應(yīng)從而調(diào)整其增殖和分化，包括調(diào)整細(xì)胞不對稱分裂的蛋白，限制基因表達(dá)的核因子等。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安排和四周環(huán)境的作用造成的。細(xì)胞的結(jié)構(gòu)蛋白，特殊是細(xì)胞骨架成分對細(xì)胞的發(fā)育特別重要。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，包含有很多調(diào)整蛋白，如膜收縮蛋白和細(xì)胞周期素A。收縮體及紡錘體的結(jié)合確定了干細(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)整特別重要。比如在胚胎干細(xì)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(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(xì)胞以及四周滋養(yǎng)層的進(jìn)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(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（）對培育的小鼠細(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)控是不完全一樣的。又如轉(zhuǎn)錄因子家族對上皮干細(xì)胞的分化特別重要。是信號通路的中間介質(zhì)，當(dāng)及β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。干細(xì)胞應(yīng)用的基礎(chǔ)——調(diào)控干細(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。2.2外源性調(diào)控除內(nèi)源性調(diào)控外，干細(xì)胞的分化還可受到其四周組織及細(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)胞能夠分泌很多因子，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(xì)胞的分化。最近探討發(fā)覺，膠質(zhì)細(xì)胞衍生的神經(jīng)養(yǎng)分因子（）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)胞的再生和分化有確定作用。缺失的小鼠表現(xiàn)為干細(xì)胞數(shù)量的削減，而的過度表達(dá)導(dǎo)致未分化的精原細(xì)胞的累積[3]。的作用機(jī)制是通過阻擋β分解從而激活介導(dǎo)的轉(zhuǎn)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)的信號通路能夠限制紡錘體的起始點(diǎn)和內(nèi)胚層的分化。（2）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。β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，穿膜蛋白及其配體或也對干細(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(dāng)及其配體結(jié)合時，干細(xì)胞進(jìn)行非分化性增殖；當(dāng)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（）及細(xì)胞外基質(zhì)整合素家族是介導(dǎo)干細(xì)胞及細(xì)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(xì)胞的非分化增殖供應(yīng)了適當(dāng)?shù)奈h(huán)境。比如當(dāng)β1整合素丟失功能時，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)整β1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。通常狀況下，供體的干細(xì)胞在受體中分化為及其組織來源一樣的細(xì)胞。而在某些狀況下干細(xì)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(xì)胞，體外培育5天后，及少量的骨髓間質(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)覺肌肉干細(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（）[5]。關(guān)于橫向分化的調(diào)控機(jī)制目前還不清晰。大多數(shù)觀點(diǎn)認(rèn)為干細(xì)胞的分化及微環(huán)境親密相關(guān)?？赡艿臋C(jī)制是，干細(xì)胞進(jìn)入新的微環(huán)境后，對分化信號的反應(yīng)受到四周正在進(jìn)行分化的細(xì)胞的影響，從而對新的微環(huán)境中的調(diào)整信號做出反應(yīng)。干細(xì)胞應(yīng)用平臺技術(shù)3.1技術(shù)原理在細(xì)胞的分化過程中，細(xì)胞往往由于高度分化而完全失去了再分裂的實(shí)力，最終蒼老死亡。機(jī)體在發(fā)展適應(yīng)過程中為了禰補(bǔ)這一不足，保留了一部分未分化的原始細(xì)胞，稱之為干細(xì)胞（）。一旦生理須要，這些干細(xì)胞可根據(jù)發(fā)育途徑通過分裂而產(chǎn)生分化細(xì)胞，也可以這樣說，這些干細(xì)胞充當(dāng)了分化細(xì)胞‘預(yù)備隊(duì)’的角色。在動物體中，多數(shù)組織含有干細(xì)胞，甚至在進(jìn)化的早期，最初級的后生動物-海綿也含有稱之為`始祖母細(xì)胞`的干細(xì)胞。干細(xì)胞有以下特點(diǎn)：（1）干細(xì)胞本身不是處于分化途徑的終端。（2）干