Nature：干細胞，令人著迷的潛力

日期：2012-03-08 08:41:22

干細胞是生物學和醫學應用中功能最強大的工具。那么科學家們要如何來開發利用這些細胞的驚人潛能呢？

患有黃斑變性的患者會進行性地喪失他們的視力。最初，他們只是感覺看到的人和物邊緣模糊，逐漸在弱光下無法識別面目，之后閱讀和駕車也變得困難，最終直至完全失明。

其原因是由于視網膜上的感光細胞受到了損害，喪失了功能。黃斑變性是一種老齡化疾病，是65歲以上老年人視力喪失的主要病因。預計到2020年美國將有將近300萬人受累于這一疾病。

相關的疾病還包括一種稱為Stargardt病（少年型黃斑營養不良）的遺傳性疾病，主要累及青少年。罹患此疾病，會導致視網膜深層脂質堆積，破壞視網膜功能，最終導致視力喪失。如果視網膜中這些壞死細胞能夠被修復或替換會怎樣呢？科學家們正在檢測一種針對黃斑變性和黃斑營養不良的大膽的新治療策略。開展這項試驗Advanced Cell Technology公司利用人類胚胎細胞生成了替換的眼部細胞，并將替換細胞注入到眼底修復視網膜。

干細胞的功能非常強大。干細胞具有多能性，這意味著它們能夠轉化為人體220種細胞類型中的任意一種。一個干細胞也可以分裂生成數以百萬計的干細胞。干細胞自我更新及生成新組織的潛能可以說幾乎是無限的。這些特性使得干細胞成為了實驗室和醫學應用中的重要工具。它們使科學家們對于人類的發育有了更深入的認識，提供了一條不危害人類志愿者的藥物測試途徑，以及替換受損組織，例如視網膜細胞、肌肉細胞或脊髓細胞的途徑。但是我們才能充分利用干細胞？如何才能使這些干細胞在我們期望的地方，以我們期望的方式生長，并替換損傷或病變組織？

要了解干細胞，我們首先必須構建它們的基礎生物學。從微小的蠕蟲到小鼠和人類，幾乎所有的動物都具有干細胞。干細胞可分為三種類型：胚胎干細胞、成體干細胞和誘導多能干細胞(iPS)，每種類型的干細胞均具有自身的性能和局限。胚胎干細胞來自最早期發育階段生物體。當精子與卵子相遇，生成的受精卵開始分裂，此時每個細胞均具有形成機體所有細胞類型的潛能。這就是多潛能性的本質。直至細胞經過幾次分裂后，它們才開始傾向于選擇命運，表達某種細胞類型特異的基因。這一過程就稱之為分化。

一旦胚胎發育為成熟的生物體，大部分的細胞均會發生分化，但也有少量的特殊細胞。不同于大部分成體細胞，它們保有增殖及形成其他類型細胞的能力。這些成體干細胞定位在某些組織特異的干細胞微環境中，等待來自生物體的指令替換或修復組織。它們通常被發現存在于必須不斷補充自身的組織中，例如血液、皮膚和腸。它們也被發現存在于較少頻繁更替細胞的大腦中。這些成體干細胞可以說具有多能性，但不同于多潛能細胞，它們不能轉化為人類220種細胞類型中的所有類型。例如，大腦中的神經干細胞可以分化為幾種腦細胞，但不會形成肝細胞。

在過去的10年里，科學家們學會了如何利用成熟分化的細胞來生成干細胞。科學家們驅使這些達到分化狀態的細胞重新獲得多能性，將其命名為誘導多能干細胞。例如，通過上調少量基因的表達，科學家們就能夠讓皮膚細胞從分化信號通路折回，恢復到靈活的多潛能狀態。

掌控了操縱細胞命運的能力，讓科學家們愈加對這些令人著迷的細胞的潛力感到興奮。然而干細胞領域是一個新興的領域，還有大量基礎的問題仍懸而未解。例如，3種干細胞類型有何區別？它們又有哪些共同之處？我們能利用這些細胞來治療疾病嗎？我們能否利用它們來重建組織與器官？