干细胞特性及最新研究进展(精).doc

第26卷第3期2012年6月 白城师范学院学报 Journal of Baicheng Normal University Vol．26,No．3June ,2012 干细胞特性及最新研究进展 刘 惠 (白城医学高等专科学校,吉林白城137000 摘要:干细胞是人体的种子细胞,是构成人体各种组织细胞的最初来源,在一定条件 下, 它能分化演变成多种可利用的功能细胞．干细胞是一种具有自我更新,高度繁殖和多向分化潜能的细胞群体．近年来干细胞研究已经渗透到现代生命科学及医学的多个方向,该技术也实现了由实验室向临床应用的转化．干细胞疗法逐渐成为治疗多种疾病的新途径,具有重要的理论研究意义和临床应用价值．本文阐述了干细胞的特性及其在临床上的发展及应用． 关键词:干细胞;干细胞疗法;临床应用 中图分类号:Q813文献标识码:A 文章编号:1673-3118(201203-0032-03收稿日期:2011－12－14 作者简介:刘惠(1970———,女,白城医学高等专科学校讲师,研究方向:组织胚胎学． 干细胞从被发现至今,各国的科学家对其研究 的热情丝毫未减．从早期的干细胞调节机制研究到如何获取这类“全能”细胞,再到近些年对其临床应用的各项探索,相关研究推进了干细胞技术的不断进步,也为医疗应用带来了曙光． 1干细胞的分类 干细胞(stem cells ,SC 是人体的种子细胞,是 构成人体各种组织细胞的最初来源, 是一类具有自我复制能力的多潜能细胞群体,在一定条件下,它 可以分化成多种功能细胞．对于哺乳动物来说,根据干细胞所处的发育阶段分为胚胎干细胞(embry-onic stem cell ,ES 细胞和成体干细胞(somatic stem cell ．1．1 胚胎干细胞 胚胎干细胞(embryonic stem cell ,ES 细胞,亦作胚性干细胞,取自囊胚里的内细胞团,是从胚泡(早期胚胎阶段未分化的内部细胞团中得到的干细胞．它们是万能的,可以发育成为身体内200多种细胞类型中的任何一种． 开发和利用ES 细胞是目前生物工程领域主要研究的核心问题之一,并在诸多方面取得了良好的成绩．例如:德国和美国某医学研究小组, 在2010年成功的向试验小鼠体内移植了神经胶质 细胞,该细胞是由小鼠的胚胎干细胞培养的．此实验之后,密苏里的研究者通过实验小鼠的胚细胞移植技术,成功恢复了一只瘫痪的猫的部分肢体活动能力．随着胚胎干细胞的研究进展的日益深入,生命科学领域的研究人员对人体胚胎干细胞的了解与应用进入到一个崭新的水平．1998年,人类的胚胎干细胞就已经成功的培养出来了,并保持了该细胞的全能性．这一成果大大的增加了医学专家利用胚胎干细胞治疗各种人类疾病的几率．1．2 成体干细胞 成体干细胞,亦称成人体干细胞,来源于身体的各个组织,在人体的各个时期是普遍存在的,具有自我更新能力和多方向分化能力．现时医学研究上经常运用的基本包括骨髓干细胞、胎儿的脐带血干细胞及其周边血干细胞．它能够长期保持自我复制和分化出各种不同器官和组织的能力．并能维持成体干细胞对于机体功能的稳定性,提供较为稳定的组织内环境,从而对机体组织和细胞的损伤和疾病所导致的衰老和死亡有着替代的作用． 2干细胞的生物学特性 2．1胚胎干细胞的生物学特性 哺乳动物所有组织的ES细胞都具有以下形态结构特征:细胞体积较大;细胞核较大;细胞核质比较高;大都为常染色质;细胞质较少;结构相对简单;具有一个或多个核仁;细胞质内细胞器比较少;但游离态的核糖体比较丰富;含有少量的线粒体;超显微结构下显示出外胚层细胞未分化的特性．这与早期胚胎相似． ES细胞区别于机体内其他种细胞的三大特性如下:(1具有高度的发育潜能和分化潜能(细胞全能性和细胞多能性．在机体内外可分化出外、中、内三个胚层的分化细胞,均含有正常二倍体(2n染色体,对宿主的胚胎各组织器官的生长、发育起到调控作用,从而,形成嵌合体后代,包括生殖系在内;(2可操作性．不但有体外培养细胞的特征,还能在不会丧失其多能性的情况下对遗传操作进行选择、冻存等调控措施,并且同一个克隆过程产生的细胞具有一样的特征;(3无限扩增也就是所说的自我更新能力．它在不同的条件下生长、发育会表现出不同的功能状态．其增殖速率极高,即使在体外环境中进行培养,也能建立起比较稳定的细胞系． 2．2成体干细胞的生物学特性 随着干细胞生物学研究的深入,某些研究者发现部分成体组织除能够进行自我更新外,还可以分化成其他组织系统的细胞．从而形成了跨系统甚至跨胚层分化发育的目的,这促进了20世纪90年代干细胞研究的突破性进展． 在许多关于成体干细胞可塑性的研究中发现:成体干细胞不仅能够分化成与其相同系统和胚层的细胞,还能分化成不同系统和胚层的细胞．如中胚层起源的骨髓干细胞,可分化成平滑肌细胞、[1、2]心肌细胞[3]和肝细胞;骨髓来源的干细胞还可以分化形成外胚层来源的神经细胞．[4]相反,成体脑组织来源的神经干细胞也可向造血细胞进行分化,[5]甚至可以向其他不同胚层的细胞分化．相较于ES细胞的特征而言,成体干细胞又具有其独特之处:首先,成体干细胞可从患病者自身的组织和器官中获得,而且不存在组织相容性即排异反应的问题,对于长期使用的患病者,可减小至避免免疫抑制剂对其组织和器官所造成的伤害;其次,可以形成部分造血嵌合,这是由少量的骨髓清除治疗而形成的,因此,可以实现异体成体干细胞对病患者的治疗;但在ES细胞应用时,必须确认ES细胞提供者没有营养失调症之类的遗传性疾病．40多年的骨髓移植临床实践已证实,对成体干细胞而言,还是安全有效的;再次,成体干细胞和ES细胞也有相似的多向分化潜能．[6] 3干细胞的临床应用 干细胞是再生医学的宝贵资源,随着干细胞研究方法及各种检验、分离技术的完善,目前已经证实,干细胞治疗在临床的应用越来越广泛．它不仅可以治疗细胞损伤性疾病,同时还具有组织、器官再造的可能性,细胞治疗在人类疾病治疗领域显示出不可估量的前景．研究显示,干细胞移植技术逐渐成为治疗各种恶性肿瘤放化疗、白血病后引起的造血系统和免疫系统功能性障碍等疾病的重要手段,也可以治疗包括中风、老年痴呆、缺血性心脏病、脊髓损伤、脑瘫、帕金森氏病、糖尿病、类风湿关节炎、多发性硬化症、肝脏疾病、红斑狼疮、各种实体肿瘤．以及骨质疏松、烧伤、抗衰老,糖尿病视网膜病变(糖网病,老年性黄斑变性以及白内障等疾病． 随着干细胞研究的深入,将产生一种全新的医疗技术．届时,人们就能够利用自身的或他人身体的SC细胞或由SC细胞所衍生出的新的组织和器官,进而有望替换自身的病变或衰老所引起的病变组织和器官,这样一来,人的寿命就可以明显的得到延长．因此,美国《Science》杂志在1999年将SC 细胞研究这项具有划时代意义的研究排在人类基因组测序和克隆技术之前,名列世界十大科学成就的第一位． 4干细胞研究的最新进展 4．1SC培育出人类卵子 马萨诸塞州总医院(美国的最新研究显示,从成年女性身上获取的干细胞,在离体条件下培养可以生成新的卵子;将分离的卵子在实验动物小鼠身上进行实验,结果表明这些卵子可以进一步发育．研究成果发表在Nature Medicine上．[7] 这项研究证实,女性卵巢具有可产生卵母细胞的干细胞,并且这个干细胞能发育为功能完整的卵子,此研究能使不孕女性再度受孕成为可能,并且对于延长女性排卵的技术发展提供了更多可能,但这只是实验室研究结果,离临床实际应用还有一定 干细胞特性及最新研究进展 的距离． 4．2干细胞有望治疗帕金森综合症 京都大学理化学研究所与再生医学研究所的研究小组发现,将由人类SC培养出的神经细胞移植到患有帕金森综合症的猴子身上,观察发现,该病症有所改善．该研究结果在线发表在Stem Cells上．[8]该研究是世界上首次将从干细胞培养的神经细胞移植到灵长类动物身上,并发现对治疗帕金森病有一定的效果．该研究有望在2015年至2017年期间进行临床试验,尝试将诱导性多功能干细胞移植到人类患着身上． 4．3供者淋巴细胞输注异体造血干细胞移植北京血液病研究所通过对800多名急性白血病患者移植后的情况进行分析,研究发现,供者淋巴细胞输注有助于减少异体造血干细胞移植后患者复发的情况,这对于白血病造血干细胞移植将具有指导性的意义．相关成果发表在Blood杂志上．[9] 4．4美国用ES细胞制造出血小板 美国先进细胞技术公司的实验证明,使用人类ES细胞研制出的血小板可修复实验鼠的受损组织,血小板无论从结构上、功能上都与人们捐赠的血液中血小板成分相一致,同样可以被血液中存在的凝血剂、酶所激活．此外,研究人员还认为,用此类方法制造出的血小板并未有任何具有遗传效力的物质,这彻底颠覆了肿瘤干细胞可能进入受体细胞内的的风险,因而不会对病人的健康造成威胁,在临床治疗中得以发挥超大的作用．在不久的将来人类有望制造出功能性血小板,因此,捐血将成为历史． 4．5日本培育出高效肝脏细胞技术 日本科学家研制出一种利用动物的ES细胞分离培育出高效肝脏细胞的技术,能够使小鼠ES 细胞90%发育成肝脏细胞,效率之高,相当于原有方法的约9倍． 4．6香港大学研究人员成功制造出崭新干细胞香港大学研究发现,利用人体表皮细胞,能够制造出一种多功能的SC,它可发育为多种组织和器官．该实验将心血管病和早衰症等疾病的研究带到一个崭新的领域．香港大学李嘉诚医学院通过利用一种酵素抑制剂刺激干细胞重组,将人类皮肤表皮和真皮细胞成功转化成类似ES细胞的状态,从而制造出“人工诱导万能干细胞”．这种培育出的干细胞与母体拥有相同的基因成分,因此不存在任何排斥问题． 如果说21世纪是生命科学的世纪,那么,干细胞研究将在生命科学研究中起着主导作用,相信,依靠人们的聪明才智,必定会在干细胞的研究和应用方面取得可喜的成绩,为人类的健康长寿带来希望． 参考文献: [1]Deutsch G,Jung J,Zheng M,et al．Abipotential precursor popula-tion for pancreas and liver within the embryonic endoderm[J]．Develop-ment,2011,128:871－881． [2]Gussoni E,Soneoka Y,Strickland,et al．Dystrophin expression in the mdx mouse restored by stem cell transplantation[J]．Nature,1999, 401:390－394． [3]Kocher AA,Schuster MD,Szabolcs MJ,et al．Neovascularization of ischemic myocardium by human bone marrow－derived ang ioblasts pre-vents cardiomyocyte apoptosis,reduces remodeling and improves cardiac function[J]．NatMed,2001,7:430－436． [4]Brazelton TR,Rossi FM,Keshet GI,et al．From marrow to brain: expression of neuronal phenotypes in adult mice[J]．Science,2000, 290:1775－1779． [5]Bjornson CR,Rietze RL,Reynolds BA,et al．Turning brain into blood:a hematopoietic fate adopted by adult neural stemcells in vivo [J]．Science,1999,283:534－537． [6]杨亚冬,张文元,陈勇．干细胞生物学特性及临床应用的研