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干细胞研究的进展与前景(文献综述)
胞生第一组
干细胞是人体内最原始的细胞，具有较强的分化再生能力，由于干细胞的应用领域非常广阔， 21世纪以来一直被认为是科技发展的热点之一。2000年干细胞研究被美国《科学》杂志列入年度世界十大科学进展。2001年美国《科学》又将其置于2002年值得关注的六大热门科技领域之首。2001年以来，美国、英国、中国等国家已纷纷立法允许应用干细胞进行治疗性克隆的研究。有关干细胞治疗的研究具有不可估量的医学价值，其巨大的临床应用潜力将对医学产生巨大的影响。
1、 干细胞的定义
干细胞（stem cell）是具有自我复制能力的多潜能性细胞，是一种未充分分化，尚不成熟的细胞，具有再生各种组织和人体的潜在功能的细胞。
2、 干细胞的分类
2.1根据发育状态分类
干细胞根据所处的发育阶段可以分为胚胎干细胞（embryonic stem cell）和成体干细胞（somatic stem cell）。
2.1.1胚胎干细胞：胚胎干细胞是来源于胚胎内细胞团或原始生殖细胞的一种多能细胞系，能以一种不确定的未分化状态扩增，几乎可以向所有成年组织分化。
2.1.2成体干细胞：指存在于已经分化组织中的未分化细胞，这种细胞能够自我更新和分化行成该类型组织。目前发现的成体干细胞有造血干细胞、骨髓间充质干细胞、神经干细胞、肝干细胞、视网膜神经干细胞、胰腺干细胞等。
2.2根据发育潜能分类
干细胞根据的发育潜能可分为全能干细胞（totipotent stem cell）、多能干细胞（pluripotent stem cell）和专能干细胞（unipotent stem cell）。
2.2.1全能干细胞：具有形成完整个体的分化潜能，如受精卵，胚胎干细胞 。
2.2.2多能干细胞：具有分化出多种组织细胞的潜能，但失去了发育成完整个体的能力，发育潜能受到一定的限制，如骨髓多能干细胞。
2.2.3专能干细胞：这类干细胞只能像一种类型或密切相关的两种类型的细胞分化，如上皮组织基底层干细胞，肌肉中的成肌细胞。
3、 干细胞的获得
3.1体外培养法
2007年，James A. Thomson在Wisconsin大学领导的研究小组从人胚胎组织中培养出了干细胞株[1]。他们使用的方法是：人卵体外受精后，将胚胎培育到囊胚阶段，提取内细胞团细胞， 建立细胞株。经测试这些细胞株的细胞表面标记和酶活性，证实它们就是全能干细胞。用这种方法，每个胚胎可取得15~20干细胞用于培养 。
虽然通过体外培养的方式可以获得多能细胞系，但是使用这种方式获得的细胞系有限。这种非病人自身细胞在细胞移植治疗中同样存在配型和免疫排斥问题。
3.2体细胞核移植
研究表明，多种类型的已分化细胞的核移植到去核的卵母细胞内均可以产生多能性干细胞，进而完成全部发育过程产生成活健康的个体[2,3]。通过核移植方式获得的胚胎干细胞样细胞的多能性也得到了证实[4]。核移植提供了一条获得病人自身特异性多能性干细胞的途径，从而实现“治疗性克隆”。 将染色体移植到除去染色体的有丝分裂期受精卵内可以达到相同的效果[5]。使用这种方式获得多能干细胞，可以利用废弃的受精卵，还可以利用受精异常的非整倍体受精卵。
虽然通过核移植可以获得个性化的多能性干细胞，但是在获得干细胞的过程中使用了异体卵母细胞，同样涉及到伦理问题，有可能限制这种方法的使用。
3.3细胞融合法
原生殖细胞与成体胸腺淋巴细胞融合后获得的杂合细胞在形态上与原生殖细胞相同，这提供了一条新的获得多能性干细胞的途径。成体胸腺细胞和胚胎干细胞融合后形成的杂合细胞在很多方面显示出了多能性。并且，该杂合细胞在体内可以形成含3个原始胚层的杂合胚胎。这一结果证明了干细胞可以使与之融合的成体细胞基因重新编程，获得多能性[6]。以融合方式获得的杂合细胞的多能性已经得到证实[7]。
4、 干细胞的研究现状
4.1美国干细胞研究现状
在干细胞研究邻域，美国保持着绝对的领先地位。从最初的骨髓移植算起，干细胞研究在美已进行了30年。目前在美国已建立起16株人胚胎干细胞系[8]，在胚胎干细胞的诱导分化，基因调控以及相关组织工程均取得一大批研究成果和专利。2002年4月，美国国家卫生研究所决定拨款350万美元，资助4所机构进行人类胚胎干细胞研究。这是美国总统布什宣布允许有限支持人类胚胎干细胞研究以来，美政府向该领域投入的首笔大额经费。2005年10月，美国食品和药物管理局(FDA)也已批准将神经干细胞移植入人体大脑。2006年财力雄厚的哈佛大学宣布正式启动通过克隆人类胚胎提取干细胞的研究项目，并投巨资建立美国最大的干细胞研究中心。2011财年，美国国立卫生院（NIH）将投入3.58亿美金支持成体干细胞研究[9]。
4.2英国干细胞研究现状
2001年1月，英国第一个将克隆研究合法化，允许科学家培养克隆胚胎以进行干细胞研究，并将这一研究定性为“治疗性克隆”[10]。2005年英国称将建立全国性干细胞研究网络，以巩固英国在该领域的领先地位，2006年，英国批准世界首个干细胞银行向各国科学家或实验室提供胚胎干细胞。2006年，欧盟议会通过干细胞研究拨款法案，干细胞研究在欧盟从此拥有“合法身份”。
4.3我国干细胞的研究现状
在这场干细胞研究开发的国际竞争中，我国的反应较快。自20世纪90年代后期以来，干细胞研究一直受到我国政府和科学界的高度重视。1998年起，国家科技部和国家自然科学基金委员先后把干细胞研究作为我国科技发展的重点领域，并于2000年以来连续多年将其列入“863”，“973”，国家自然基金重点项目，投入大量资金资助。根据PubMed数据库的检索结果，以我国为第一承担单位发表的干细胞相关论文数由1998年仅占全世界总数的0.3%上升到2010年的7.5%。截至2010年3月，中国干细胞相关发明专利申请量和作为专利优先权国家的专利申请量分别位居世界第6位和第3位[11]。
4.4其他国家干细胞研究进程
德国、新加坡、澳大利亚等多个国家也把干细胞研究作为生物高技术研究的重点，不但制定了短期和长期的发展计划，而且投资建立了大批专业化干细胞工程技术研究中心。瑞典 巴西也于2005年通过立法继续支持干细胞研究。2000年新加坡、澳大利亚的pera等也有培养成功人胚胎干细胞的相关报道[12]。2006年，澳大利亚众议院通过了一项新法案，通过了克隆人体胚胎干细胞研究的法令·，从而令治疗性克隆研究合法化。印度药品管理局批准了干细胞产品的第一个临床试验，通过一个联合的I期和II期临床试验，干细胞产品能否使心肌梗塞和重症肢体缺血患者受益[13]。
5、 干细胞技术的发展前景
干细胞具有治疗人类很多疾病的潜能，如衰老、癌症、糖尿病、失明和神经性退化等。但将这些新的治疗方法应用到临床还需很多努力。任何新疗法的标准都是一样的：有效性、安全性和可承受能力。
2009年1月美国FDA批准了第一例ES细胞临床实验，这与ES首次分离间隔近10年。在该实验中， ES来源的少突细胞修复脊髓损伤的安全性将被评估。目前已分离鉴定大量的ES细胞系并对其进行临床阶段的储备用以对供体和受体提供最佳的免疫配对。然而一种新的移植手段更为引人注目，应用患者自体的iPS细胞移植， 从而消除免疫抑制药物的需要。相比基因操控，掌握如何诱导细胞有效稳定的多能性并维持治疗细胞连接复合物的药理活性才是研究的重要目标[14]。
干细胞移植的另一应用是刺激病人内源性干细胞的分裂或分化，可以用来治疗皮肤伤等。最近研究表明，在成年小鼠中，胰腺外分泌细胞经转录因子表达可被重分化转成多能性的 可产生胰岛素的B细胞而调控胰腺发育。原位细胞再分化对组织进行修复有待进一步深入研究[15]。
干细胞移植在治疗男性不育过程中也有着很好的应用前景。日益发展的诊断技术及外科技术、放疗和化疗方法，使得何杰金病、睾丸癌、白血病等青壮年男性患者的长期生存甚至治愈成为可能。但这些患者的睾丸生精功能也在治疗的过程中受到严重的损害。为此，可在治疗前就收集患者的精原干细胞冷冻保存起来，之后利用精原干细胞移植进行修复。还有成年以后才发现的双侧高位隐睾患者，其睾丸生精功能在高温的影响下严重受损，表现为严重的少弱精子症，甚至无精子症，但患者的睾丸中仍有对热不敏感的精原干细胞和支持细胞，可利用精原干细胞技术进行恢复治疗。
此外，有些疾病可以通过植入正常的造血干细胞进行治疗，如白细胞生成或功能缺陷免疫缺陷病Fanconi贫血等。由于这类患者本身的造血干细胞即存在某种缺陷，所以只能利用异基因干细胞移植。由于存在免疫排斥的问题，还需基因修饰来进行改造，同时通过基因修饰还可以赋予细胞及其子细胞新的特性。
随着相关研究的深入，几乎每天都会有新的干细胞治疗的报道，我们有理由相信，在未来的几十年，干细胞将会对医学治疗方面带来巨大变革，人类健康水平也将得到极大的提高。

参考文献：
【1】 Induced Pluripotent Stem Cell Lines Derived from Human Somatic Cells, Yu, J. et al., Science 2007, 318, 1917-1920.
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【14】 Silva J，Barrandon O，Nichols J，et al. A. Promotion of reprogramming to ground state pluripotency by signal inhibition[J]. PLoS Biol，2008，6（10）:e253.
【15】 Zhou Q，Brown J，Kanarek A，et al. In vivo reprogramming of adult pancreatic exocrine cells to beta-cells[J]. Nature，2008，455（7213）：627-632.