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——细胞承载希望 科技实现梦想 
干细胞科学——生命科学领域的奇葩
日期:2008年11月20日 00:00, 星期四 点击数:3166

 
                                                                 来源:科学时报 发布时间:2008-11-11
          


            嘉宾:韩忠朝 全国政协常委 九三学社主委 细胞产品国家工程研究中心主任

      世间生物都是由细胞构成的,我们人体也是这样。构成人体的第一个细胞,就是受精卵。受精卵慢慢发育、分裂,成几何倍数增加,由1个变成2个,2个变4个,4个成8个……一直不停地增加,当达到一定的数量和条件时,便发育成比较健全的人体。

    人生下来后,体内各器官细胞通过新陈代谢来发挥生理功能、维护身体健康。人体细胞不停地进行新陈代谢,每分钟有3亿个细胞死亡,每天体内大约有10~50万亿个细胞被新陈代谢。这些死去的细胞由谁来补充呢?人体的绝大部分细胞因为高度分化往往会失去再分裂的能力,但是,机体在发育生长过程中会保留一定数量的尚未分化、具有多向分化潜能、自我更新能力的原始细胞,这些就是干细胞。机体保留这些干细胞的目的就是用于新陈代谢所死去细胞的补充。

    干细胞的这种被誉为“源泉细胞”的功能的发现和概念的提出可追溯至1868年,德国生物学家Haeckel 首先用干细胞 (德语Stammzelle) 一词描述作为多细胞生物共同祖先的单细胞生物,或者是胚胎发育初始的受精卵细胞。几乎与此同时,血液学家们在研究造血系统的发育过程中,也用干细胞来定义可能存在的各种造血细胞的共同祖细胞。1896年,Pappenheim 用干细胞一词来描述红细胞和白细胞的共同祖细胞,即类似于今天的造血干细胞的概念。由于实验手段的限制,关于造血干细胞是否存在的话题一直争论了几十年,直到1964年,James Till 等人通过实验证明了造血干细胞的存在.历经100多年,随着分子生物学和细胞生物学研究手段的发展,人们对干细胞的理解逐渐深化。

    本专栏旨在通过对干细胞研究的基本知识和近年取得的新进展作一系列介绍,使干细胞理念更为广大民众所认知,以推动干细胞科学知识的普及和相关技术的发展和产业应用。

    目前公认的干细胞的定义是指一类具有自我复制和分化为多种特定组织细胞能力的原始细胞。根据来源,干细胞可以分为胚胎干细胞(Embryonic stem cell)、胎体干细胞(Fetal stem cell)和成体干细胞(Adult stem cell) 三大类。根据其分化功能,干细胞可以分为全能干细胞(Totipotent sten cell)、亚全能干细胞(Pluripotent stem cell)、多能干细胞(Multipotent stem cell)和专(单)能干细胞(Unipotent stem cell)。

    干细胞科学是一门探讨生命有机体如何从单一细胞发展成为完整的个体,以及如何利用新生细胞代替受损的成体组织细胞的新兴学科。这门学科在理论上专注于探讨生命的本源和发育问题,在实践上有望利用新生细胞为当前许多危害人类健康的难治性疾病提供有效的治疗手段,因而已成为生命科学最活跃的研究领域之一。在各国科学家的共同努力下,干细胞研究逐渐从实验室走向产业化,与我们的日常生活渐行渐近。

    1998年,美国科学家首先从早期胚胎组织中分离得到了人胚胎干细胞,开启了干细胞研究领域的新纪元。目前,利用生物学手段已经实现了胚胎干细胞的体外扩增和定向诱导分化成各种组织细胞,使其既可作为研究胚胎发育、细胞分化和组织形成的实验模型,又可成为临床治疗药物修复病变或衰老的组织器官,具有十分广阔的应用前景。2007年,美、日科学家联合报道了通过导入特定的胚胎基因,可将人体皮肤细胞转化为胚胎样细胞的新技术,克服了胚胎细胞取材不便的伦理学问题,为胚胎干细胞的研究提供了新的契机。需要指出的是,尽管胚胎干细胞的研究进展迅速,但目前的实验技术还无法克服胚胎干细胞移植排斥和体内致瘤性的问题,因此仅可作为实验工具,临床应用还有许多障碍需要克服。

    近年研究发现,多种人体组织来源的干细胞,如骨髓造血干细胞、间充质干细胞、神经干细胞、角膜干细胞等,在体外培养时具有增殖和多向分化的潜能。由于成体干细胞取材方便,不涉及伦理学问题,并且无致瘤性的特点,因而具有临床应用的可行性。目前应用最为成熟的成体干细胞当属造血干细胞。造血干细胞移植在临床应用日益广泛,技术手段不断成熟,使得过去很大一部分被认为无法根治的疾病得到治愈,挽救了大量患者的生命。干细胞移植也从最初的骨髓移植发展到外周血干细胞移植、脐血干细胞移植等多种来源的细胞移植。移植治疗的应用范围也不断扩大,包括恶性肿瘤、自身免疫性疾病以及多种难治性遗传性疾病的治疗。

    间充质干细胞(Mesenchymal stem cells, MSCs)是当今最具有产业化前景的一类成体干细胞,它起源于中胚层,可以通过体外诱导方法使其分化为成骨、软骨、肌细胞、肝细胞等用于组织损伤、心脏病和肝硬化的治疗。另外,间充质干细胞免疫原性低,异体间使用不但不会引起免疫排斥反应,还具有营养支持和免疫调节效应,与造血干细胞共移植,可以提高植入率,并预防移植排斥反应的发生,还可以用于自身免疫病的治疗。

    国内外已经有骨髓源间充质干细胞治疗药物进入临床实验阶段。其中骨髓间充质干细胞治疗造血干细胞移植后发生的移植物抗宿主病(GVHD)和克隆氏(Crohn)病已经进入到III期临床阶段。但由于成人骨髓源间充质干细胞数量及增殖分化潜能随年龄的增大而下降,病毒感染率较高,且供者间充质干细胞的采集须行骨髓穿刺术,来源受到限制,增殖较慢等等因素的影响,使得临床研究进展缓慢。寻找新的间充质干细胞来源是目前国内外干细胞研究的热点。

    与骨髓间充质干细胞比较,脐带原始间充质干细胞除同样具有免疫原性低,较强的扩增能力和多向分化潜能外,还有比骨髓间充质干细胞取材更加方便,不存在病毒感染等优点,对于进行临床实验乃至今后的临床治疗,预计会更加有效和安全; 此外脐带来源广泛,便于取材,对供者无不利影响,无道德伦理问题的限制,因此,脐带间充质干细胞必将替代骨髓间充质干细胞,成为临床所需间充质干细胞的理想来源。

    在胚胎干细胞的研究领域,中国与美国等少数发达国家比较尚还有差距。但在胎体和成体干细胞的研发和产业化方面,中国与发达国家的差距很小。相信通过干细胞专业知识的普及,有更多的科技医疗卫生工作者可以投身到干细胞研发领域中来,使我国在未来干细胞研究中不断取得原创性的成果,让高端科技走入民间,使国民的健康水平得到进一步提高。