干細(xì)胞-人體中的奇妙資源
日期：2023-11-21 17:00:07
談到干細(xì)胞，我們會聯(lián)想到青春和活力。因此，干細(xì)胞一直與長壽的話題聯(lián)系在一起。但是，干細(xì)胞的定義、類型和功能常常被誤解。在這里，我們從四個方面簡要介紹干細(xì)胞，希望這些信息能幫助你理解干細(xì)胞。
1. 什么是干細(xì)胞？
干細(xì)胞指的是一種具有增殖和分化潛力的細(xì)胞類型，具有自我更新和產(chǎn)生高度分化功能細(xì)胞的能力。
換句話說，它是一種原始的未分化細(xì)胞，具有多潛能分化和自我復(fù)制能力，是形成哺乳動物組織和器官的原始細(xì)胞。干細(xì)胞在形態(tài)上普遍，通常呈圓形或橢圓形，細(xì)胞大小較小，細(xì)胞核相對較大，多為染色體核，端粒酶活性較高。如圖1所示，干細(xì)胞可以分化成各種類型的細(xì)胞，包括心臟細(xì)胞、腸細(xì)胞、脂肪細(xì)胞、神經(jīng)細(xì)胞和軟骨細(xì)胞等。
圖1. 干細(xì)胞分化示意圖
干細(xì)胞是自我復(fù)制還是分化為功能性細(xì)胞，主要取決于細(xì)胞本身的狀態(tài)和微環(huán)境因素。這些因素包括各種周期因子（Cyclin）和Cyclin-Dependent Kinase、基因轉(zhuǎn)錄因子以及影響不對稱細(xì)胞分裂的細(xì)胞因子。微環(huán)境因素包括干細(xì)胞與周圍細(xì)胞、干細(xì)胞與外部基質(zhì)之間的相互作用，以及干細(xì)胞與各種可溶性因子的相互作用。
2. 干細(xì)胞的主要類型
目前，有兩種干細(xì)胞分類方法。一種是基于不同的發(fā)育階段，將其分為胚胎干細(xì)胞和成體干細(xì)胞。另一種是基于分化潛能，將其分為全能干細(xì)胞、多能干細(xì)胞和單能干細(xì)胞。
2.1 胚胎干細(xì)胞
胚胎干細(xì)胞，也稱為ESCs，是從早期胚胎或原始性腺分離出的一種細(xì)胞類型。它們在體外具有體內(nèi)增殖、自我更新和多方向分化的特性。胚胎干細(xì)胞可以在體內(nèi)外被誘導(dǎo)分化為幾乎所有類型的細(xì)胞。
實(shí)際上，對于胚胎干細(xì)胞研究，這一直是一個有爭議的領(lǐng)域。支持者認(rèn)為，這項(xiàng)研究可以幫助治愈許多難治性疾病，因?yàn)榕咛ジ杉?xì)胞可以分化為多種功能的全能干細(xì)胞，這是科學(xué)進(jìn)步的體現(xiàn)。然而，反對者認(rèn)為，胚胎干細(xì)胞研究必須破壞胚胎，而胚胎是人尚未形成的子宮內(nèi)的生命形式，這涉及到反生命倫理。
2.2 成體干細(xì)胞
成體干細(xì)胞是指存在于已分化組織中的未分化細(xì)胞，具有自我更新和專門形成組成該類型組織的細(xì)胞的能力。成體干細(xì)胞存在于身體各種組織和器官中。
在特定條件下，成體干細(xì)胞要么產(chǎn)生新的干細(xì)胞，要么根據(jù)某些程序分化，形成新的功能性的全能干細(xì)胞，從而維持組織和器官的生長和衰減的動態(tài)平衡。在正常情況下，成體個體組織中的成體干細(xì)胞大多處于休眠狀態(tài)，在病理?xiàng)l件下或外界因素的誘導(dǎo)下，可以表現(xiàn)出不同程度的再生和再生能力。
2.3 全能干細(xì)胞
全能干細(xì)胞，也稱為TSCs，是可以發(fā)展成各種組織和器官的完整個體潛力的細(xì)胞。TSCs指的是從卵母細(xì)胞到分裂階段的32個細(xì)胞之前的所有細(xì)胞。TSCs是具有無限分化潛能的干細(xì)胞，可以分化成所有組織和器官。換句話說，它具有形成完整個體分化的潛力。在進(jìn)一步分化中。
2.4 多能干細(xì)胞
TSCs可以形成各種組織干細(xì)胞，也稱為多能干細(xì)胞。多能干細(xì)胞（Ps）具有分化為各種細(xì)胞組織的潛力，但失去了發(fā)展為完整個體的能力，其發(fā)育潛力受到限制。例如，骨髓多能造血干細(xì)胞可以分化出至少十二種血細(xì)胞，但不能分化為造血系統(tǒng)以外的細(xì)胞。
近年來，一種名為誘導(dǎo)多能干細(xì)胞的Ps在研究人員中非常受歡迎，也稱為iPS。
iPS是一種可以直接從成人細(xì)胞中生成的多能干細(xì)胞。iPSC技術(shù)是由日本京都的山中伸彌實(shí)驗(yàn)室首創(chuàng)的，他在2006年證明引入四種特定的編碼轉(zhuǎn)錄因子的基因可以將成人細(xì)胞轉(zhuǎn)化為多能干細(xì)胞，他與約翰·格爾登爵士一同獲得了2012年的諾貝爾獎，以表彰他們的“發(fā)現(xiàn)成熟細(xì)胞可以重新編程成多能干細(xì)胞。”生產(chǎn)iPS遵循以下步驟（如圖2所示）：
- 分離和培養(yǎng)供體細(xì)胞。
- 通過病毒載體將干細(xì)胞相關(guān)基因?qū)爰?xì)胞中。紅色細(xì)胞表示表達(dá)外源基因的細(xì)胞。
- 根據(jù)ES細(xì)胞培養(yǎng)的方法收獲和培養(yǎng)細(xì)胞，使用有絲分裂抑制劑使細(xì)胞進(jìn)入休止?fàn)顟B(tài)（淺灰色）。
- 少部分轉(zhuǎn)染的細(xì)胞成為iPS細(xì)胞，并生成類似ES細(xì)胞的群體。
圖2. lPS細(xì)胞的生成方案
2.5 單能干細(xì)胞
眾所周知，與全能和多能干細(xì)胞相比，單能干細(xì)胞并沒有得到同樣的關(guān)注和研究，但它們在治療嚴(yán)重健康問題方面有巨大的潛力。單能干細(xì)胞是指只能沿著一個分化方向分化的一類細(xì)胞。干細(xì)胞的一個特點(diǎn)是它們能夠分化并形成特殊的細(xì)胞。另一個特殊性質(zhì)是它們能夠不斷增殖或分裂。
如前所述，與其他類型的干細(xì)胞（如多能、全能或多能干細(xì)胞）相比，單能干細(xì)胞具有最低的分化潛能。這意味著該細(xì)胞只能分化成一種細(xì)胞或組織類型，與能分化為廣泛細(xì)胞類型的干細(xì)胞相比，其潛力較低。然而，它們的自我更新能力使它們成為治療疾病的有價值的候選人。因此，它們能夠?yàn)橐浦材康漠a(chǎn)生健康且可行的細(xì)胞。
閱讀至此，您可能會對全能干細(xì)胞、多能干細(xì)胞和單能干細(xì)胞之間的關(guān)系感興趣。這三組之間的關(guān)系在圖3中清晰地說明。
多能干細(xì)胞是從全能干細(xì)胞分化而來的。多能干細(xì)胞具有分化為各種細(xì)胞組織的潛力，但失去了發(fā)展為完整個體的能力。第三種干細(xì)胞，也稱為單能干細(xì)胞，是由多能干細(xì)胞進(jìn)一步分化而來。這種干細(xì)胞只能分化為一種或兩種密切相關(guān)的細(xì)胞類型。
例如，神經(jīng)干細(xì)胞可以分化為各種類型的神經(jīng)細(xì)胞；造血干細(xì)胞可以分化為各種血細(xì)胞，如紅細(xì)胞和白細(xì)胞。
圖3. 三組干細(xì)胞之間的關(guān)系
3. 干細(xì)胞標(biāo)記物
干細(xì)胞標(biāo)記物是科學(xué)家用來分離和鑒定干細(xì)胞的基因及其蛋白產(chǎn)物。干細(xì)胞也可以通過功能測定來鑒定。在這里，我們收集了幾種流行類型的干細(xì)胞標(biāo)記，希望這些信息能給你的研究帶來啟發(fā)。
3.1 癌癥干細(xì)胞標(biāo)志物
癌癥干細(xì)胞(Cancer Stem cells, CSCs)是癌細(xì)胞的亞群(發(fā)現(xiàn)于腫瘤或血液學(xué)癌癥中)，能夠自我更新，在腫瘤團(tuán)塊中產(chǎn)生多種細(xì)胞，并維持腫瘤發(fā)生。對于csc的起源，癌癥研究人員提出了兩種假設(shè)。一種是正常干細(xì)胞突變的結(jié)果，另一種理論將成體干細(xì)胞與腫瘤形成聯(lián)系起來。目前，已在多種實(shí)體腫瘤中發(fā)現(xiàn)了csc。最常用于從實(shí)體和血液腫瘤中分離CSCs的標(biāo)記物包括：CD133（也稱為PROM1）、CD90 (THY1)、CD44 (ppgp1)、ALDH1A1、CD34、CD24 (HSA)、CD200 (OX-2)和EpCAM。
3.2 神經(jīng)干細(xì)胞標(biāo)記物
神經(jīng)干細(xì)胞，也稱為NSCs，是能夠自我更新并產(chǎn)生分化的前體細(xì)胞的干細(xì)胞，可以生成中樞神經(jīng)系統(tǒng)中的神經(jīng)元和膠質(zhì)細(xì)胞（如星形膠質(zhì)細(xì)胞和少突膠質(zhì)細(xì)胞）。它們屬于多能干細(xì)胞。
目前，用于分離神經(jīng)干細(xì)胞的標(biāo)記物包括ABCG2、BMI1、CDH2、CTNNB1、CXCR4、FABP3、FABP7、FGFR2等。完整的標(biāo)記物列表如下所示：
表1. 神經(jīng)干細(xì)胞的標(biāo)志物
3.3 胚胎干細(xì)胞標(biāo)志物
胚胎干細(xì)胞(ESC)標(biāo)記物是胚胎干細(xì)胞中特異性表達(dá)的分子。了解這些標(biāo)記的功能對于表征和闡明ESC多能性維持和自我更新的機(jī)制至關(guān)重要。在此，我們將表2中的胚胎干細(xì)胞標(biāo)記物列示如下:
表2. 胚胎干細(xì)胞的標(biāo)志物
| CD15 | CD24 | CD29 | CD31 | CD59 | CD9 | c-kit | c-Myc |
| Cripto | E-Cadherin | Frizzled 5 | Integrin alpha 6 | KIF4A | Lin28A | LIN28B | Nanog |
| SOX2 | SSEA-3 | SSEA-4 | v-Myc |
3.4 間充質(zhì)干細(xì)胞標(biāo)記物
間充質(zhì)干細(xì)胞是多能的基質(zhì)細(xì)胞，可以分化成多種細(xì)胞類型，包括成骨細(xì)胞（骨細(xì)胞）、軟骨細(xì)胞（軟骨細(xì)胞）、肌細(xì)胞（肌肉細(xì)胞）和脂肪細(xì)胞（脂肪細(xì)胞，形成骨髓脂肪組織）。用于分離間充質(zhì)干細(xì)胞的標(biāo)記物如下所示：
表3. 間充質(zhì)干細(xì)胞標(biāo)記
4. 干細(xì)胞療法
如前所述，干細(xì)胞是具有自我復(fù)制和多方向分化潛力的原始細(xì)胞，是身體的起源細(xì)胞，是形成人體各種組織和器官的原始細(xì)胞。在一定條件下，它可以分化成各種功能性細(xì)胞或組織器官。
干細(xì)胞療法是將健康的干細(xì)胞移植到患者體內(nèi)，以達(dá)到修復(fù)病變細(xì)胞或重建正常細(xì)胞和組織的目的。干細(xì)胞療法就像向身體注入新的活力，是根本性治療許多疾病的有效途徑。
對于干細(xì)胞，正如您所知，一旦身體需要，它們可以按照發(fā)育途徑分裂，分化為成熟的體細(xì)胞。
也許有一天，人們突然發(fā)現(xiàn)可以根據(jù)需要和過程在實(shí)驗(yàn)室中制造人體器官。代替血細(xì)胞、腦細(xì)胞、骨骼、心肌細(xì)胞、肝臟、神經(jīng)等都不再是問題，即使是患有白血病、帕金森病等無法治愈的疾病也能夠存活。將干細(xì)胞用于臨床治療是該領(lǐng)域所有專家的夢想。然而，探索這一領(lǐng)域仍然任重道遠(yuǎn)。
