胚胎干細(xì)胞的研究進(jìn)展

燕衛(wèi)東，吳春華

（1.赤峰學(xué)院 生命科學(xué)系；2.赤峰學(xué)院 附屬醫(yī)院，內(nèi)蒙古 赤峰 024000）

胚胎干細(xì)胞的研究進(jìn)展

燕衛(wèi)東1，吳春華2

（1.赤峰學(xué)院 生命科學(xué)系；2.赤峰學(xué)院 附屬醫(yī)院，內(nèi)蒙古 赤峰 024000）

干細(xì)胞是在生命的生長和發(fā)育中起“主干”作用的原始細(xì)胞，它的神奇之處在于，它具有自我更新、高度增值和多向分化的潛能.近年來干細(xì)胞的應(yīng)用幾乎涉及到所有生命科學(xué)和生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域.本文主要概述了目前胚胎干細(xì)胞在基礎(chǔ)研究及臨床上應(yīng)用的研究進(jìn)展.最后，展望了今后研究的方向.

胚胎；干細(xì)胞；克??；應(yīng)用

干細(xì)胞是一種具有多分化潛能和自我更新功能的早期未分化細(xì)胞.在特定條件下，它可以分化成不同的功能細(xì)胞，形成多種組織和器官.因此，人們期望能夠用干細(xì)胞來修復(fù)那些不能再生的壞損組織或器官，于是干細(xì)胞研究成為目前研究的熱點(diǎn)，美國《科學(xué)》雜志評出的上個(gè)世紀(jì)十大科學(xué)突破中，“干細(xì)胞研究與應(yīng)用”名列榜首.

1 胚胎干細(xì)胞的生物學(xué)特性

按照分化潛能的大小，干細(xì)胞主要分為三類：全能干細(xì)胞、多能干細(xì)胞、專能干細(xì)胞.所為全能干細(xì)胞，就是它可以分化成人體全部200多種細(xì)胞類型，進(jìn)行而構(gòu)建心、肝、腎等各種組織和器官，最終發(fā)育成一個(gè)完整的個(gè)體.人類的精子卵子結(jié)合后形成受精卵，這個(gè)受精卵就是一個(gè)最初始的全能干細(xì)胞.受精卵繼續(xù)分化，可以形成許多全能干細(xì)胞即胚胎干細(xì)胞.提取這些細(xì)胞中的任意一個(gè)放置到婦女子宮中，就可以發(fā)育出一個(gè)完整的人體.全能干細(xì)胞在進(jìn)一步的分化中，形成各種多能干細(xì)胞，多能干細(xì)胞具有分化為多種細(xì)胞組織的潛能，但卻失去了發(fā)育成完整個(gè)體的能力，如骨髓造血干細(xì)胞、神經(jīng)干細(xì)胞等.多能干細(xì)胞進(jìn)一步分化，又形成專能干細(xì)胞.這類干細(xì)胞只能向一種類型或密切相關(guān)的兩種類型的細(xì)胞分化，如上皮組織基底層的干細(xì)胞、肌肉中的成肌細(xì)胞等.

1.1 胚胎干細(xì)胞的形態(tài)生化特性

胚胎干細(xì)胞都具有相似的形態(tài)特點(diǎn)，與早期胚胎細(xì)胞相似，細(xì)胞較小，核質(zhì)比高，細(xì)胞核明顯，有一個(gè)或多個(gè)核仁，染色質(zhì)較分散，細(xì)胞質(zhì)內(nèi)除游離核糖體外，其他細(xì)胞器很少；體外培養(yǎng)細(xì)胞呈多層集落狀生長，緊密堆積在一起，無明顯細(xì)胞界限.細(xì)胞的染色體均為穩(wěn)定的二倍體核型.

胚胎干細(xì)胞表達(dá)早期胚胎細(xì)胞的表面抗原，轉(zhuǎn)錄因子Oct-4為目前廣泛用于鑒定胚胎干細(xì)胞是否處于未分化狀態(tài)的一個(gè)重要的標(biāo)記分子.研究發(fā)現(xiàn)，它最早表達(dá)于胚胎8細(xì)胞時(shí)期，一直到細(xì)胞發(fā)育至桑椹胚時(shí)期，在每個(gè)卵裂球中都可檢測到大量的Oct-4的表達(dá)產(chǎn)物，這之后Oct-4的表達(dá)局限于內(nèi)細(xì)胞團(tuán)細(xì)胞.由此可見，Oct-4為細(xì)胞是否具有多能性的一個(gè)標(biāo)記分子.另外，還有一些其他的標(biāo)記分子，如堿性磷酸酶、Genesis、TRA-1-60、TRA-1-81、CD30等.

1.2 胚胎干細(xì)胞的增值

胚胎干細(xì)胞能夠自我更新而不分化，即經(jīng)過不斷地細(xì)胞分裂，增加干細(xì)胞的數(shù)量卻始終保持著未分化狀態(tài).胚胎干細(xì)胞的分裂方式有兩種：對稱性細(xì)胞分裂與不對稱性細(xì)胞分裂.所謂對稱性細(xì)胞分裂是指干細(xì)胞每經(jīng)過一次細(xì)胞分裂周期后，產(chǎn)生與母細(xì)胞相同的兩個(gè)子代干細(xì)胞；而不對稱性細(xì)胞分裂是指干細(xì)胞每經(jīng)過一次細(xì)胞分裂周期后的兩個(gè)子代細(xì)胞，其中一個(gè)仍然維持干細(xì)胞狀態(tài)，另一個(gè)則形成干細(xì)胞和終末分化細(xì)胞的中間細(xì)胞類型，稱祖細(xì)胞,祖細(xì)胞則失去自我更新能力，但可以分化成多種組織細(xì)胞.胚胎干細(xì)胞究竟采取那種分裂方式，與它所處的微環(huán)境有關(guān)，在自我更新的組織中干細(xì)胞即可分化成兩個(gè)干細(xì)胞，又可形成兩個(gè)分化細(xì)胞；當(dāng)組織處于穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)，往往進(jìn)行不對稱分裂.目前，科學(xué)家們正致力于明確在什么樣的培養(yǎng)環(huán)境中，使胚胎干細(xì)胞可以成百倍的分裂而不分化.

1.3 胚胎干細(xì)胞的定向分化

當(dāng)前，胚胎干細(xì)胞研究的一個(gè)主要目的就是按照人的意愿來控制人的干細(xì)胞株向特定的細(xì)胞轉(zhuǎn)化，并將這些轉(zhuǎn)化的細(xì)胞應(yīng)用于臨床治療.目前，研究人員在胚胎干細(xì)胞定向分化中已取得了很大進(jìn)展，如現(xiàn)在已經(jīng)可以使人的胚胎干細(xì)胞定向分化為神經(jīng)元、心肌細(xì)胞、血管內(nèi)皮細(xì)胞、類胰島細(xì)胞等.很顯然，人們一旦掌握了胚胎干細(xì)胞定向分化的規(guī)律，必然引起生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的一場重大革命.

2 國外胚胎干細(xì)胞的研究狀況

目前國際干細(xì)胞研究有4大熱點(diǎn)：胚胎干細(xì)胞建系及定向誘導(dǎo)成組織細(xì)胞的分子機(jī)制；成體干細(xì)胞橫向分化的條件；各種組織的成體干細(xì)胞庫的建立及臨床治療試驗(yàn)以及細(xì)胞移植的免疫排斥問題.國外已取得令人欣喜的成果有：成功建立胚胎干細(xì)胞體外培養(yǎng)系統(tǒng)，并發(fā)現(xiàn)人的血液干細(xì)胞可以橫向分化為肝臟、神經(jīng)等組織的細(xì)胞.在各種干細(xì)胞的研究與應(yīng)用中，胚胎干細(xì)胞（簡稱ES細(xì)胞）最引人注目.最新的研究表明，利用胚胎干細(xì)胞自我更新、高度增殖和多向分化的能力，結(jié)合現(xiàn)代生物醫(yī)學(xué)及工程技術(shù)，有可能使人類組織或器官的修復(fù)和替代的美夢成真.這個(gè)領(lǐng)域的研究幾乎涉及人體所有的重要組織和器官，也涉及人類面臨的大多數(shù)醫(yī)學(xué)難題，如成分輸血、意外損傷患者的植皮、關(guān)節(jié)置換，糖尿病患者的胰腺植入、心臟病患者的瓣膜置換、癌癥患者的手術(shù)切除后組織或器官的替代，大劑量放化療后的造血與免疫功能重建，肝、腎等重要器官損傷或功能衰竭后的置換，部分遺傳缺陷性疾病的治療等.

由于研究對象來源的匱乏（主要取自人工流產(chǎn)的極早期胚胎，或是施行試管嬰兒術(shù)時(shí)所剩余的胚胎）以及倫理道德的約束，人胚胎干細(xì)胞的體外研究一直是空白.這種狀況在1998年末被打破.美國Wisconsin大學(xué)科學(xué)家Thomson借助G1、2和G2、2培養(yǎng)基，解決了早期胚胎對輸卵管環(huán)境的依賴性問題，從而將新鮮或冰凍的人體外受精卵由4～8細(xì)胞階段培養(yǎng)至胚泡期，經(jīng)分離內(nèi)細(xì)胞團(tuán)后逐漸傳代建立了人胚胎干細(xì)胞系.美國科學(xué)家John從人原始生殖細(xì)胞中建立了與人胚胎干細(xì)胞功能個(gè)似的多能干細(xì)胞系——胚胎生殖細(xì)胞系.這兩個(gè)小組的研究結(jié)果在《科學(xué)》和《美國科學(xué)院院報(bào)》上一經(jīng)刊出，立即在科學(xué)界引起極大的震撼，不僅掀起了新一輪的胚胎干細(xì)胞研究熱潮，而且由于科學(xué)家利用人類干細(xì)胞系誘導(dǎo)胚胎干細(xì)胞分化為神經(jīng)干細(xì)胞和心肌干細(xì)胞獲得成功，使得胚胎干細(xì)胞應(yīng)用于臨床的研究產(chǎn)生了突破性進(jìn)展.2008年1月美國加利福尼亞州從事干細(xì)胞研究的Stemagen公司采用克隆多利的技術(shù)來建立人體晶胚，首次宣布由人體細(xì)胞成功克隆人體胚胎，雖然這些比針頭還要小的晶胚細(xì)胞只存活了5天時(shí)間，它們卻被視為治療阿爾茨海默癥、帕金森氏癥等疾病的一個(gè)里程碑.

目前，科學(xué)家對胚胎干細(xì)胞定向誘導(dǎo)分化的機(jī)制尚不清楚，即還不明白胚胎干細(xì)胞接受誰的“命令”，此時(shí)分化為造血干細(xì)胞，而彼時(shí)又分化為神經(jīng)干細(xì)胞或別的什么干細(xì)胞.這是干細(xì)胞工程進(jìn)一步研究與應(yīng)用面臨的最大困擾.在胚胎干細(xì)胞向各種細(xì)胞分化的研究模型中，向造血細(xì)胞的定向誘導(dǎo)分化是最佳模型之一.為此，一段時(shí)間以來，我國科學(xué)家對造血干細(xì)胞的研究與應(yīng)用投入了較大的精力，也取得了一些突出成績.

3 國內(nèi)胚胎干細(xì)胞的研究狀況

2002年重慶婦幼保健院生殖與遺傳研究所完成了中國首例囊胚胎培養(yǎng)技術(shù).該技術(shù)不僅大提高了試管嬰兒的妊娠成功率，還有效地降低多胞胎發(fā)生率.美國哈佛大學(xué)醫(yī)學(xué)院正與重慶婦幼保健院生殖與遺傳研究所合作，人工共同研究干細(xì)胞的分化，為“克隆”人體器官創(chuàng)造條件.我國在“治療性克隆”研究領(lǐng)域獲得重大突破，“治療性克隆”課題被列為國家級重點(diǎn)基礎(chǔ)研究項(xiàng)目.此課題分為上、中、下游三塊，上海市轉(zhuǎn)基因研究中心成國祥博士負(fù)責(zé)上游研究，上海第二醫(yī)科大學(xué)盛惠珍教授和曹誼林教授分別主持中、下游的研究工作.其整體目標(biāo)是，用病人的體細(xì)胞移植到去核的卵母細(xì)胞內(nèi)，經(jīng)過一定的處理使其發(fā)育到囊胚，再利用囊胚建立胚胎干細(xì)胞，在體外進(jìn)行誘導(dǎo)分化成特定的組織或器官，如皮膚、軟骨、心臟、肝臟、腎臟、膀胱等，再將這些組織或器官移植到病人身上.利用這種方法，將從根本上解決同種異體器官移植過程中最難的免疫排斥反應(yīng)，同時(shí)還使得組織或器官有了良好的、充分的來源.目前，由上海市轉(zhuǎn)基因研究中心負(fù)責(zé)的上游研究工作，即把病人的體細(xì)胞移到去核的卵母細(xì)胞并經(jīng)一系列的處理發(fā)育至囊胚取得成功.這個(gè)中心創(chuàng)建的三種技術(shù)路線方法，即“體細(xì)胞克隆哺乳動(dòng)物的制備方法”、“獲得治療性克隆植入前的制備方法”以及“用于治療性克隆的人體細(xì)胞組織器官保存方法”均已收到國家知識產(chǎn)權(quán)局同意專利申請的受理通知.

2009年2月2日山東省干細(xì)胞工程技術(shù)研究中心宣布首次成功克隆人類囊胚，此研究選擇了健康卵細(xì)胞志愿捐獻(xiàn)者12人，經(jīng)過促排卵共獲得135枚卵細(xì)胞，其中77枚卵細(xì)胞進(jìn)行了預(yù)實(shí)驗(yàn)，58枚卵細(xì)胞用于實(shí)驗(yàn)，最終成功獲取囊胚5枚.其中4枚囊胚的供體細(xì)胞來源于正常人皮膚纖維細(xì)胞，1枚來源于帕金森患者外周血淋巴細(xì)胞.因而，揭示了在構(gòu)建胚胎發(fā)育過程中的部分科學(xué)和技術(shù)問題，這使治療性克隆研究向前邁進(jìn)了一大步.

國內(nèi)科學(xué)家普遍認(rèn)為，我國的干細(xì)胞研究目前與國外先進(jìn)水平非常接近，因此在國際上“擠占”一席之地是很有希望的.如果看準(zhǔn)時(shí)機(jī)，通過政府出面調(diào)控企業(yè)適時(shí)介入，無論是學(xué)科進(jìn)步還是產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的前景都十分可觀.我國政府已經(jīng)將干細(xì)胞研究列入“973”項(xiàng)目、國家自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目中.

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1673-260X（2010）02-0027-02