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二.什么是干细胞

1998年11月,威斯康星大学的汤姆生和约翰.霍普金斯大学的吉尔哈特教授分别在《科学》(Science,1998,282:1145-7)和《美国科学院论文集》(PNAS,1998,95:13726-31)上报道,他们用不同的方法获得了具有无限增殖和全能分化潜力的人胚胎干细胞。这一成就将会给移植治疗、药物发现及筛选、细胞及基因治疗和生物发育的基础研究等带来深远的影响,打开在体外生产所有类型的可供移植治疗的人体细胞、组织乃至器官的大门。因为从理论上讲,人胚胎干细胞具有全能性,在一定的诱导条件下,既可发育分化为感受和传导生物电信号的神经组织,也可分化为携带氧的血细胞,还可分化为提 供血液循环动力的心肌细胞等等。 这条消息立刻引起世界的关注,并引发对干细胞研究热潮。

1.干细胞的定义:

那么,什么是干细胞?它有什么特点?
在细胞的分化过程中,细胞往往由于高度分化而完全失去了再分裂的能力,最终衰老死亡。机体在发展适应过程中为了弥补这一不足,保留了一部分未分化的原始细胞,称之为干细胞(stem cell)。一旦生理需要,这些干细胞可按照发育途径通过分裂而产生分化细胞。即干细胞是一类具有自我更新和分化潜能的细胞。


● 细胞分化(cell differentiation ):同一来源的细胞,通过细胞分裂在细胞间产生形态结构、生化特征和生理功能有稳定性差异的过程。
● 细胞分化是个体发育中组织器官形成的基础
● 细胞分化是发育生物学的中心问题
● 时间上的分化:一个细胞在不同的发育阶段有不同的形态结构、生化特征和生理功能,如骨髓内血细胞的发生过程
● 空间上的分化:同一种细胞的子代细胞所处的环境位置不同,其形态结构、生化特征和生理功能也不一样,如外胚层来源的细胞可发育成表皮细胞、神经细胞等。


2.干细胞的特点:

干细胞有以下特点:
(1)干细胞本身不是处于分化途径的终端。
(2)干细胞能无限的增殖分裂。
(3)干细胞可连续分裂几代,也可在较长时间内处于静止状态。
(4)干细胞通过两种方式生长 ,一种是对称分裂--形成两个相同的干细胞,另一种是非对称分裂--由于细胞质中的调节分化蛋白不均匀地分配,使得一个子细胞不可逆的走向分化的终端成为功能专一的分化细胞;另一个保持亲代的特征,仍作为干细胞保留下来。分化细胞的数目受分化前干细胞的数目和分裂次数控制。可以说,干细胞是具多潜能和自我更新特点的增殖速度较缓慢的细胞。


3.干细胞的分类:

根据个体发育过程中出现的先后次序不同,干细胞又可分为胚胎干细胞和成体干细胞。



干细胞是一类具有自我更新和分化潜能的细胞。根据其发育阶段,它包括胚胎干细胞和成体干细胞。胚胎干细胞是一种高度未分化细胞。它具有发育的全能性,能分化出成体动物的所有组织和器官,包括生殖细胞。成体干细胞是存在于成年动物的许多组织和器官,比如表皮和造血系统,具有修复和再生的能力的细胞。在特定条件下,成体干细胞或者产生新的干细胞,或者按一定的程序分化,形成新的功能细胞,从而使组织和器官保持生长和衰退的动态平衡。过去认为成体干细胞主要包括上皮干细胞和造血干细胞。最近研究表明,成体干细胞普遍存在于机体的大多数组织器官中。

在胚胎的发生发育中,单个受精卵可以分裂发育为多细胞的组织或器官。在成年动物中,正常的生理代谢或病理损伤也会引起组织或器官的修复再生。胚胎的分化形成和成年组织的再生是干细胞进一步分化的结果。传统观点认为:胚胎干细胞是全能的,具有分化为几乎全部组织和器官的能力。而成年组织或器官内的干细胞一般认为具有组织特异性,只能分化成特定的细胞或组织。这个观点目前受到了挑战。最新的研究表明,组织特异性干细胞同样具有分化成其他细胞或组织的潜能,也就是说干细胞具有横向分化的能力。这为干细胞的应用开创了更广泛的空间。

按分化潜能的大小 ,干细胞还可分为三种类型:
(1)全能性干细胞,它具有形成完整个体的分化潜能。如胚胎干细胞(简称ES细胞),具有与早期胚胎细胞相似的形态特征和很强的分化能力,可以无限增殖并分化成为全身200多种细胞类型,进一步形成机体的所有组织、器官。人类的全能干细胞可以分化成人体的各种细胞,这些分化出的细胞构成人体的各种组织和器官,最终发育成一个完整的人。人类的精子和卵子结合后形成受精卵,这个受精卵就是一个最初始的全能干细胞,受精卵继续分化,在前几个分化过程中,可以分化出许多全能干细胞,提取出这些细胞中的任意一个放置到妇女子宫中,就可以发育出一个完整的人体。

(2)多能性干细胞,这种干细胞具有分化出多种细胞组织的潜能,但却失去了发育成完整个体的能力,发育潜能受到一定的限制,骨髓多能造血干细胞是典型的例子,它可分化出至少十二种血细胞,但不能分化出造血系统以外的其它细胞。

(3)单能干细胞(也称专能、偏能干细胞),这类干细胞只能向一种类型或密切相关的两种类型的细胞分化,如上皮组织基底层的干细胞、肌肉中的成肌细胞或叫卫星细胞。

按分化潜能的大小:



4.干细胞的意义:

目前,世界各国都十分重视干细胞研究工作,纷纷投入大量的人力物力加紧研究开发。2000年4月,美国61名诺贝尔获得者及其他科学家联名要求美国政府对干细胞研究给予全面支持。美国总统同年8月4日宣布:美国政府自即日起准许用政府经费进行人体胚胎干细胞研究;2000年5月,日本把干细胞技术视作在生命科学和生物技术领域超欧美国家的绝好机遇。在2000年度启动的"千年世纪工程"中,日本把干细胞工程作为四大重点之一,并且在第一年度就投入108亿日元的巨额资金;2000年12月19日,英国下议院也以超过2/3的多数票通过了允许克隆人类早期胚胎,并从中提取干细胞进行医疗研究的决议。

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