干细胞-人体中的奇妙资源

1. 什么是干细胞？

干细胞指的是一种具有增殖和分化潜力的细胞类型，具有自我更新和产生高度分化功能细胞的能力。

换句话说，它是一种原始的未分化细胞，具有多潜能分化和自我复制能力，是形成哺乳动物组织和器官的原始细胞。干细胞在形态上普遍，通常呈圆形或椭圆形，细胞大小较小，细胞核相对较大，多为染色体核，端粒酶活性较高。如图1所示，干细胞可以分化成各种类型的细胞，包括心脏细胞、肠细胞、脂肪细胞、神经细胞和软骨细胞等。

干细胞是自我复制还是分化为功能性细胞，主要取决于细胞本身的状态和微环境因素。这些因素包括各种周期因子（Cyclin）和Cyclin-Dependent Kinase、基因转录因子以及影响不对称细胞分裂的细胞因子。微环境因素包括干细胞与周围细胞、干细胞与外部基质之间的相互作用，以及干细胞与各种可溶性因子的相互作用。

2. 干细胞的主要类型

目前，有两种干细胞分类方法。一种是基于不同的发育阶段，将其分为胚胎干细胞和成体干细胞。另一种是基于分化潜能，将其分为全能干细胞、多能干细胞和单能干细胞。

2.1 胚胎干细胞

胚胎干细胞，也称为ESCs，是从早期胚胎或原始性腺分离出的一种细胞类型。它们在体外具有体内增殖、自我更新和多方向分化的特性。胚胎干细胞可以在体内外被诱导分化为几乎所有类型的细胞。

实际上，对于胚胎干细胞研究，这一直是一个有争议的领域。支持者认为，这项研究可以帮助治愈许多难治性疾病，因为胚胎干细胞可以分化为多种功能的全能干细胞，这是科学进步的体现。然而，反对者认为，胚胎干细胞研究必须破坏胚胎，而胚胎是人尚未形成的子宫内的生命形式，这涉及到反生命伦理。

2.2 成体干细胞

成体干细胞是指存在于已分化组织中的未分化细胞，具有自我更新和专门形成组成该类型组织的细胞的能力。成体干细胞存在于身体各种组织和器官中。

在特定条件下，成体干细胞要么产生新的干细胞，要么根据某些程序分化，形成新的功能性的全能干细胞，从而维持组织和器官的生长和衰减的动态平衡。在正常情况下，成体个体组织中的成体干细胞大多处于休眠状态，在病理条件下或外界因素的诱导下，可以表现出不同程度的再生和再生能力。

2.3 全能干细胞

全能干细胞，也称为TSCs，是可以发展成各种组织和器官的完整个体潜力的细胞。TSCs指的是从卵母细胞到分裂阶段的32个细胞之前的所有细胞。TSCs是具有无限分化潜能的干细胞，可以分化成所有组织和器官。换句话说，它具有形成完整个体分化的潜力。在进一步分化中。

2.4 多能干细胞

TSCs可以形成各种组织干细胞，也称为多能干细胞。多能干细胞（Ps）具有分化为各种细胞组织的潜力，但失去了发展为完整个体的能力，其发育潜力受到限制。例如，骨髓多能造血干细胞可以分化出至少十二种血细胞，但不能分化为造血系统以外的细胞。

近年来，一种名为诱导多能干细胞的Ps在研究人员中非常受欢迎，也称为iPS。

iPS是一种可以直接从成人细胞中生成的多能干细胞。iPSC技术是由日本京都的山中伸弥实验室首创的，他在2006年证明引入四种特定的编码转录因子的基因可以将成人细胞转化为多能干细胞，他与约翰·格尔登爵士一同获得了2012年的诺贝尔奖，以表彰他们的“发现成熟细胞可以重新编程成多能干细胞。”生产iPS遵循以下步骤（如图2所示）：

• 分离和培养供体细胞。
• 通过病毒载体将干细胞相关基因导入细胞中。红色细胞表示表达外源基因的细胞。
• 根据ES细胞培养的方法收获和培养细胞，使用有丝分裂抑制剂使细胞进入休止状态（浅灰色）。
• 少部分转染的细胞成为iPS细胞，并生成类似ES细胞的群体。

2.5 单能干细胞

众所周知，与全能和多能干细胞相比，单能干细胞并没有得到同样的关注和研究，但它们在治疗严重健康问题方面有巨大的潜力。单能干细胞是指只能沿着一个分化方向分化的一类细胞。干细胞的一个特点是它们能够分化并形成特殊的细胞。另一个特殊性质是它们能够不断增殖或分裂。

如前所述，与其他类型的干细胞（如多能、全能或多能干细胞）相比，单能干细胞具有最低的分化潜能。这意味着该细胞只能分化成一种细胞或组织类型，与能分化为广泛细胞类型的干细胞相比，其潜力较低。然而，它们的自我更新能力使它们成为治疗疾病的有价值的候选人。因此，它们能够为移植目的产生健康且可行的细胞。

阅读至此，您可能会对全能干细胞、多能干细胞和单能干细胞之间的关系感兴趣。这三组之间的关系在图3中清晰地说明。

多能干细胞是从全能干细胞分化而来的。多能干细胞具有分化为各种细胞组织的潜力，但失去了发展为完整个体的能力。第三种干细胞，也称为单能干细胞，是由多能干细胞进一步分化而来。这种干细胞只能分化为一种或两种密切相关的细胞类型。

例如，神经干细胞可以分化为各种类型的神经细胞；造血干细胞可以分化为各种血细胞，如红细胞和白细胞。

3. 干细胞标记物

干细胞标记物是科学家用来分离和鉴定干细胞的基因及其蛋白产物。干细胞也可以通过功能测定来鉴定。在这里，我们收集了几种流行类型的干细胞标记，希望这些信息能给你的研究带来启发。

3.1 癌症干细胞标志物

癌症干细胞(Cancer Stem cells, CSCs)是癌细胞的亚群(发现于肿瘤或血液学癌症中)，能够自我更新，在肿瘤团块中产生多种细胞，并维持肿瘤发生。对于csc的起源，癌症研究人员提出了两种假设。一种是正常干细胞突变的结果，另一种理论将成体干细胞与肿瘤形成联系起来。目前，已在多种实体肿瘤中发现了csc。最常用于从实体和血液肿瘤中分离CSCs的标记物包括：CD44 (ppgp1)、ALDH1A1、CD34、CD24 (HSA)、CD200 (OX-2)和EpCAM。

3.2 神经干细胞标记物

神经干细胞，也称为NSCs，是能够自我更新并产生分化的前体细胞的干细胞，可以生成中枢神经系统中的神经元和胶质细胞（如星形胶质细胞和少突胶质细胞）。它们属于多能干细胞。

目前，用于分离神经干细胞的标记物包括ABCG2、BMI1、CDH2、CTNNB1、CXCR4、FABP3、FABP7、FGFR2等。完整的标记物列表如下所示：

表1. 神经干细胞的标志物

3.3 胚胎干细胞标志物

胚胎干细胞(ESC)标记物是胚胎干细胞中特异性表达的分子。了解这些标记的功能对于表征和阐明ESC多能性维持和自我更新的机制至关重要。在此，我们将表2中的胚胎干细胞标记物列示如下:

表2. 胚胎干细胞的标志物

3.4 间充质干细胞标记物

间充质干细胞是多能的基质细胞，可以分化成多种细胞类型，包括成骨细胞（骨细胞）、软骨细胞（软骨细胞）、肌细胞（肌肉细胞）和脂肪细胞（脂肪细胞，形成骨髓脂肪组织）。用于分离间充质干细胞的标记物如下所示：

表3. 间充质干细胞标记

4. 干细胞疗法

如前所述，干细胞是具有自我复制和多方向分化潜力的原始细胞，是身体的起源细胞，是形成人体各种组织和器官的原始细胞。在一定条件下，它可以分化成各种功能性细胞或组织器官。

干细胞疗法是将健康的干细胞移植到患者体内，以达到修复病变细胞或重建正常细胞和组织的目的。干细胞疗法就像向身体注入新的活力，是根本性治疗许多疾病的有效途径。

对于干细胞，正如您所知，一旦身体需要，它们可以按照发育途径分裂，分化为成熟的体细胞。

也许有一天，人们突然发现可以根据需要和过程在实验室中制造人体器官。代替血细胞、脑细胞、骨骼、心肌细胞、肝脏、神经等都不再是问题，即使是患有白血病、帕金森病等无法治愈的疾病也能够存活。将干细胞用于临床治疗是该领域所有专家的梦想。然而，探索这一领域仍然任重道远。