干细胞研究进展与人类健康 关于干细胞及其应用的完整介绍 目录及简要介绍干细胞相关术语 近来由于分离和培养第一个人多能干细胞系的成功，予人以极大的惊喜，在生物医学的研究上，又开辟了一个新疆界。人类多能性干细胞系的发展值得人们开展严密的科学考察，对新的疗法进行评估，以及预防策略和对伦理问题的公开讨论。P2什么是干细胞？ 干细胞具有经培养不定期地分化并产生特化细胞的能力。在正常的人体发育环境中，它们得到了最好的诠释。人体发育起始于卵子的受精，产生一个能发育为完整有机体潜能的单细胞，即全能性的受精卵。受精后的最初几个小时内，受精卵分裂为一些完全相同的全能细胞。这意味着如果把这些细胞的任何一个放入女性子宫内，均有可能发育成胎儿。实际上，当两个全能细胞分别发育为单独遗传基因型的人时，即出现了各方面都完全相同的双胞胎。大约在受精后四天，经过几个循环的细胞分裂之后，这些全能细胞开始特异化，形成一个中空环形的细胞群结构，称之为胚囊，胚囊由外层细胞和位于中空球形内的细胞簇(称为内细胞群)所构成。P3如何得到多能干细胞 目前，人类多能性干细胞系的建立有两个来源，其方法与以往在动物模型中建立的方法相同。P4多能干细胞的潜在应用 有诸多理由可说明多能干细胞对科学和人类健康的进展的重要性。最基本的，多能干细胞可以帮助我们理解人类发育过程中的复杂事件。该项工作的首要目标是，确定参与导致细胞特化的决定因素。虽然我们已知基因的启动和关闭是该进程的核心，但我们对这些“决定”基因以及使之启动或关闭的因素知之甚少。人类最严重的医学难题，如癌症和先天缺陷就是因异常的细胞特化和细胞分化所导致。如果能更好地了解正常细胞的分化发育过程，从而能更深刻地理解其中的基本错误，了解这些致死疾病的成因。P4成熟干细胞 如前所述，在某些成年组织中可以发现专能干细胞。实际上，在我们体内有些细胞会消耗掉，需要干细胞来补充细胞供应，例子之一便是前面提到的造血干细胞P5什么是胚胎干细胞？ 胚胎干细胞是在人胚胎发育早期囊胚（受精后约57天）中未分化的细胞。囊胚含有约140个细胞，外表是一层扁平细胞，称滋养层，可发育成胚胎的支持组织如胎盘等。中心的腔称囊胚腔，腔内一侧的细胞群，称内细胞群，这些未分化的细胞可进一步分裂、分化，发育成个体。内细胞群在形成内、中、外三个胚层时开始分化。每个胚层将分别分化形成人体的各种组织和器官。如外胚层将分化为皮肤、眼睛和神经系统等，中胚层将形成骨骼、血液和肌肉等组织，内胚层将分化为肝、肺和肠等。由于内细胞群可以发育成完整的个体，因而这些细胞被认为具有全能性。当内细胞群在培养皿中培养时，我们称之为胚胎干细胞。P7人胚胎干细胞 人胚胎干细胞的分离及体外培养的成功，将给人类带来医学革命，也引发了一场科学与伦理的大辩论。P7人胚胎干细胞伦理之争 尽管人胚胎干细胞有着巨大的医学应用潜力，但围绕该研究的伦理道德问题也随之出现。这些问题主要包括人胚胎干细胞的来源是否合乎法律及道德，应用潜力是否会引起伦理及法律问题。从体外受精人胚中获得的ES细胞在适当条件下能否发育成人？干细胞要是来自自愿终止妊娠的孕妇该如何办？为获得ES细胞而杀死人胚是否道德？是不是良好的愿望为邪恶的手段提供了正当理由？使用来自自发或事故流产胚胎的细胞是否恰当？一些人争辩，从人胚中收集胚胎干细胞是不道德的，因为人的生命没有得到珍重，人的胚胎也是生命的一种形式，无论目的如何高尚，破坏人胚是不可想象的。而某些人辩称，由于科学家们没有杀死细胞，而只是改变了其命运，因而是道德的。有些人担心，为获得更多的细胞系，公司会资助体外受精获得囊胚及人工流产获得胎儿组织，人流将在美国泛滥。他们建议应该鼓励成人体干细胞研究而应放弃胚胎干细胞研究。P8人胚胎干细胞研究的希冀与挑战 如果科学家最终能够成功诱导和调控体外培养的胚胎干细胞正常的分化，这一技术将对基础研究和临床应用产生巨大的影响，有可能在以下领域发挥作用：体外研究人胚胎的发生发育，非正常发育（通过改变细胞系的靶基因），新人类基因的发现，药物筛选和致畸实验，以及作为组织移植、细胞治疗和基因治疗的细胞源等。P9干细胞研究进展 为了一个人的形成，单个受精卵将产生数以亿计的细胞和250多种不同的细胞类型。幸而，直到最后一个细胞和器官发育形成之时，所有的一切仍未结束。贯穿于整个生命的，是大多数组织继续产生新的细胞以替换损耗的老细胞或满足新的生命活动的需要。比如，当运动员在高海拔地区进行训练的时候，循环系统中血细胞的数量相应增加以满足运输更多氧气的需要。很显然，在诸如皮肤，毛发，骨骼，骨髓，肠这样的组织中，细胞再生能力已得到证实；但这种现象很可能在所有器官中都不同程度地存在着，包括大脑在内，而惯常的观点是，神经元是不可再生的。P11干细胞应用的实例P13干细胞相关术语近来由于分离和培养第一个人多能干细胞系的成功，予人以极大的惊喜，在生物医学的研究上，又开辟了一个新疆界。人类多能性干细胞系的发展值得人们开展严密的科学考察，对新的疗法进行评估，以及预防策略和对伦理问题的公开讨论。 为了能理解这一发现的重要性以及相关的科学、医学和伦理问题，首先我们必须把有关的术语和定义弄明白。 DNA：构成基因的脱氧核糖核酸（deoxyribonucleic acid）的缩写。 Gene (基因)：位于染色体上一个特定位置的DNA片段，是一种遗传功能单位。一个基因可直接指导功能酶和蛋白质的合成。 Somatic cell （体细胞）：除卵子或精子之外的细胞。 Somatic cell nuclear transfer （体细胞核转移）：将体细胞的细胞核转移到去核卵细胞的过程。 Stem cells （干细胞）：一种经培养可进行不定期分化并产生特化细胞的细胞。 Pluripotent （多能性的）：可分化出一种器官的多种组织的潜能 Totipotent （全能性的）：具有无限的分化潜能。全能细胞能够专门化外胚膜和组织，胚胎和所有胚后期组织和器官。 Multipotent（专能干细胞）：多能干细胞进一步分化成专能干细胞，专能干细胞只能分化成某一类型的细胞，比如神经干细胞，可以分化成各类神经细胞；造血干细胞，可以分化成红细胞、白细胞等各类血细胞。 什么是干细胞？干细胞具有经培养不定期地分化并产生特化细胞的能力。在正常的人体发育环境中，它们得到了最好的诠释。人体发育起始于卵子的受精，产生一个能发育为完整有机体潜能的单细胞，即全能性的受精卵。受精后的最初几个小时内，受精卵分裂为一些完全相同的全能细胞。这意味着如果把这些细胞的任何一个放入女性子宫内，均有可能发育成胎儿。实际上，当两个全能细胞分别发育为单独遗传基因型的人时，即出现了各方面都完全相同的双胞胎。大约在受精后四天，经过几个循环的细胞分裂之后，这些全能细胞开始特异化，形成一个中空环形的细胞群结构，称之为胚囊，胚囊由外层细胞和位于中空球形内的细胞簇(称为内细胞群)所构成。 外层细胞继续发展，形成胎盘以及胎儿在子宫内发育所需的其它支持组织。内细胞群细胞亦继续发育，形成人体所须的全部组织。尽管内细胞群可形成人体内的所有组织，但它们不能发育为一个单独的生物体，因为它们不能形成胎盘以及子宫内发育所需的支持组织。这些内细胞群细胞是多能性的-它们能产生许多种类型的细胞，但并非胎儿发育所需的全部细胞类型。因为它们不是全能性的，不是胚胎，没有完全的发育潜能。如果内细胞群被放入女性子宫，它不会发育成胎儿。 多能性干细胞经历进一步的特异分化，发展为参与生成特殊功能细胞的干细胞。如造血干细胞，它能产生红细胞、白细胞和血小板。又如皮肤干细胞，它能产生各种类型的皮肤细胞。这些更专门化的干细胞被称为专能干细胞。 干细胞对早期人体的发育特别重要，在儿童和成年人中也可发现专能干细胞。举我们所最熟知的干细胞之一，造血干细胞为例，造血干细胞存在于每个儿童和成年人的骨髓之中，也存在于循环血液中，但数量非常少。在我们的整个生命过程中，造血干细胞在不断地向人体补充血细胞红细胞、白细胞和血小板的过程中起着很关键的作用。如果没有造血干细胞，我们就无法存活。 如何得到多能干细胞目前，人类多能性干细胞系的建立有两个来源，其方法与以往在动物模型中建立的方法相同。（1） 在Dr. Thomson进行的工作中，他从人类胚胎的囊胚期内细胞群中直接分离多能干细胞。Dr. Thomson从IVF（体外受精）临床实验室得到胚胎，这些胚胎是不育症临床治疗不需要的，用于繁殖，而非研究目的。从捐献者夫妇处获得知情同意书后，Dr. Thomson分离了内细胞群，将这些细胞进行培养，产生一个多能性干细胞系。（2） 与此相反，Dr. Gearheart从终止妊娠的胎儿组织中分离出多能性干细胞。捐献者自行决定了终止妊娠，从他们那儿获得了知情同意书后，Dr. Gearheart从原本要发育成睾丸或卵巢的胎儿部位取得细胞。尽管Dr. Thomson 实验室和Dr. Gearheart实验室使用的细胞系来源不同，但发育成熟的细胞看起来非常相似。体细胞核转移（SCNT）是得到多能性干细胞的另一种途径。在SCNT的动物研究中，研究者将一个正常的动物卵细胞去除细胞核（含染色体的细胞结构）。存留在卵细胞内的物质含营养成分和对胚胎发育非常重要的能量物质。而后，在非常精细调控的实验室条件下，将单个体细胞除卵细胞或精子细胞之外的任一种细胞与除去核卵细胞放在一起，使两者相融合。融合细胞以及其子细胞具有发育成一个完整个体的潜能，因此是全能性的。正如图I所示，这些全能性细胞不久将形成胚囊，从理论上来说，可利用胚囊的内细胞群来建立多能性干细胞系。实际上，任何一种可生成人类胚囊细胞的方法都有可能成为人体多能性干细胞的来源。 多能干细胞的潜在应用有诸多理由可说明多能干细胞对科学和人类健康的进展的重要性。最基本的，多能干细胞可以帮助我们理解人类发育过程中的复杂事件。该项工作的首要目标是，确定参与导致细胞特化的决定因素。虽然我们已知基因的启动和关闭是该进程的核心，但我们对这些“决定”基因以及使之启动或关闭的因素知之甚少。人类最严重的医学难题，如癌症和先天缺陷就是因异常的细胞特化和细胞分化所导致。如果能更好地了解正常细胞的分化发育过程，从而能更深刻地理解其中的基本错误，了解这些致死疾病的成因。人体多能干细胞研究也能大大地改变研制药品和进行安全性实验的方法。例如，新的药物/治疗方法可以先用人类细胞系进行实验，如目前的癌细胞系就是为了这种实验而建立的。多能干细胞则使更多类型的细胞实验成为可能。这不会取代在整个动物和人体身上进行实验，但这会使药品研制的过程更为有效。只有当细胞系实验表明药品是安全的，并有好的效果时，才有资格在实验室进行动物和人体的进一步实验。也许人体多能干细胞最为深远的潜在用途是生产细胞和组织，它们可用于所谓的“细胞疗法”。许多疾病及功能失调往往是由于细胞功能障碍或组织破坏所致。如今，一些捐赠的器官和组织常常用以取代生病的或遭破坏的组织。遗憾的是，受这些疾病折磨的病人数量远远超过了可供移植的器官数量。多能干细胞经刺激后可发展为特化的细胞，使替代细胞和组织来源的更新成为可能，从而可用于治疗无数的疾病、身体不适状况和残疾，包括帕金森氏病、Alzheimers病（痴呆症）、脊髓损伤、中风、烧伤、心脏病、糖尿病、骨关节炎和类风湿性关节炎。几乎没有一个医学领域是这项发明没有涉及到的，举其中两例说明如下：、 健康心肌细胞的移植可为慢性心脏病病人提供新的希望，这些病人的心脏已无法正常跳动。这种希