胚胎干細胞的研究進展

燕衛東，吳春華

（1.赤峰學院 生命科學系；2.赤峰學院 附屬醫院，內蒙古 赤峰 024000）

胚胎干細胞的研究進展

燕衛東1，吳春華2

（1.赤峰學院 生命科學系；2.赤峰學院 附屬醫院，內蒙古 赤峰 024000）

干細胞是在生命的生長和發育中起“主干”作用的原始細胞，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.近年來干細胞的應用幾乎涉及到所有生命科學和生物醫學領域.本文主要概述了目前胚胎干細胞在基礎研究及臨床上應用的研究進展.最后，展望了今后研究的方向.

胚胎；干細胞；克隆；應用

干細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胞.在特定條件下，它可以分化成不同的功能細胞，形成多種組織和器官.因此，人們期望能夠用干細胞來修復那些不能再生的壞損組織或器官，于是干細胞研究成為目前研究的熱點，美國《科學》雜志評出的上個世紀十大科學突破中，“干細胞研究與應用”名列榜首.

1 胚胎干細胞的生物學特性

按照分化潛能的大小，干細胞主要分為三類：全能干細胞、多能干細胞、專能干細胞.所為全能干細胞，就是它可以分化成人體全部200多種細胞類型，進行而構建心、肝、腎等各種組織和器官，最終發育成一個完整的個體.人類的精子卵子結合后形成受精卵，這個受精卵就是一個最初始的全能干細胞.受精卵繼續分化，可以形成許多全能干細胞即胚胎干細胞.提取這些細胞中的任意一個放置到婦女子宮中，就可以發育出一個完整的人體.全能干細胞在進一步的分化中，形成各種多能干細胞，多能干細胞具有分化為多種細胞組織的潛能，但卻失去了發育成完整個體的能力，如骨髓造血干細胞、神經干細胞等.多能干細胞進一步分化，又形成專能干細胞.這類干細胞只能向一種類型或密切相關的兩種類型的細胞分化，如上皮組織基底層的干細胞、肌肉中的成肌細胞等.

1.1 胚胎干細胞的形態生化特性

胚胎干細胞都具有相似的形態特點，與早期胚胎細胞相似，細胞較小，核質比高，細胞核明顯，有一個或多個核仁，染色質較分散，細胞質內除游離核糖體外，其他細胞器很少；體外培養細胞呈多層集落狀生長，緊密堆積在一起，無明顯細胞界限.細胞的染色體均為穩定的二倍體核型.

胚胎干細胞表達早期胚胎細胞的表面抗原，轉錄因子Oct-4為目前廣泛用于鑒定胚胎干細胞是否處于未分化狀態的一個重要的標記分子.研究發現，它最早表達于胚胎8細胞時期，一直到細胞發育至桑椹胚時期，在每個卵裂球中都可檢測到大量的Oct-4的表達產物，這之后Oct-4的表達局限于內細胞團細胞.由此可見，Oct-4為細胞是否具有多能性的一個標記分子.另外，還有一些其他的標記分子，如堿性磷酸酶、Genesis、TRA-1-60、TRA-1-81、CD30等.

1.2 胚胎干細胞的增值

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

1.3 胚胎干細胞的定向分化

當前，胚胎干細胞研究的一個主要目的就是按照人的意愿來控制人的干細胞株向特定的細胞轉化，并將這些轉化的細胞應用于臨床治療.目前，研究人員在胚胎干細胞定向分化中已取得了很大進展，如現在已經可以使人的胚胎干細胞定向分化為神經元、心肌細胞、血管內皮細胞、類胰島細胞等.很顯然，人們一旦掌握了胚胎干細胞定向分化的規律，必然引起生物醫學領域的一場重大革命.

2 國外胚胎干細胞的研究狀況

目前國際干細胞研究有4大熱點：胚胎干細胞建系及定向誘導成組織細胞的分子機制；成體干細胞橫向分化的條件；各種組織的成體干細胞庫的建立及臨床治療試驗以及細胞移植的免疫排斥問題.國外已取得令人欣喜的成果有：成功建立胚胎干細胞體外培養系統，并發現人的血液干細胞可以橫向分化為肝臟、神經等組織的細胞.在各種干細胞的研究與應用中，胚胎干細胞（簡稱ES細胞）最引人注目.最新的研究表明，利用胚胎干細胞自我更新、高度增殖和多向分化的能力，結合現代生物醫學及工程技術，有可能使人類組織或器官的修復和替代的美夢成真.這個領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醫學難題，如成分輸血、意外損傷患者的植皮、關節置換，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（主要取自人工流產的極早期胚胎，或是施行試管嬰兒術時所剩余的胚胎）以及倫理道德的約束，人胚胎干細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大學科學家Thomson借助G1、2和G2、2培養基，解決了早期胚胎對輸卵管環境的依賴性問題，從而將新鮮或冰凍的人體外受精卵由4～8細胞階段培養至胚泡期，經分離內細胞團后逐漸傳代建立了人胚胎干細胞系.美國科學家John從人原始生殖細胞中建立了與人胚胎干細胞功能個似的多能干細胞系——胚胎生殖細胞系.這兩個小組的研究結果在《科學》和《美國科學院院報》上一經刊出，立即在科學界引起極大的震撼，不僅掀起了新一輪的胚胎干細胞研究熱潮，而且由于科學家利用人類干細胞系誘導胚胎干細胞分化為神經干細胞和心肌干細胞獲得成功，使得胚胎干細胞應用于臨床的研究產生了突破性進展.2008年1月美國加利福尼亞州從事干細胞研究的Stemagen公司采用克隆多利的技術來建立人體晶胚，首次宣布由人體細胞成功克隆人體胚胎，雖然這些比針頭還要小的晶胚細胞只存活了5天時間，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里程碑.

目前，科學家對胚胎干細胞定向誘導分化的機制尚不清楚，即還不明白胚胎干細胞接受誰的“命令”，此時分化為造血干細胞，而彼時又分化為神經干細胞或別的什么干細胞.這是干細胞工程進一步研究與應用面臨的最大困擾.在胚胎干細胞向各種細胞分化的研究模型中，向造血細胞的定向誘導分化是最佳模型之一.為此，一段時間以來，我國科學家對造血干細胞的研究與應用投入了較大的精力，也取得了一些突出成績.

3 國內胚胎干細胞的研究狀況

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技術.該技術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生率.美國哈佛大學醫學院正與重慶婦幼保健院生殖與遺傳研究所合作，人工共同研究干細胞的分化，為“克隆”人體器官創造條件.我國在“治療性克隆”研究領域獲得重大突破，“治療性克隆”課題被列為國家級重點基礎研究項目.此課題分為上、中、下游三塊，上海市轉基因研究中心成國祥博士負責上游研究，上海第二醫科大學盛惠珍教授和曹誼林教授分別主持中、下游的研究工作.其整體目標是，用病人的體細胞移植到去核的卵母細胞內，經過一定的處理使其發育到囊胚，再利用囊胚建立胚胎干細胞，在體外進行誘導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，同時還使得組織或器官有了良好的、充分的來源.目前，由上海市轉基因研究中心負責的上游研究工作，即把病人的體細胞移到去核的卵母細胞并經一系列的處理發育至囊胚取得成功.這個中心創建的三種技術路線方法，即“體細胞克隆哺乳動物的制備方法”、“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胞組織器官保存方法”均已收到國家知識產權局同意專利申請的受理通知.

2009年2月2日山東省干細胞工程技術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胞志愿捐獻者12人，經過促排卵共獲得135枚卵細胞，其中77枚卵細胞進行了預實驗，58枚卵細胞用于實驗，最終成功獲取囊胚5枚.其中4枚囊胚的供體細胞來源于正常人皮膚纖維細胞，1枚來源于帕金森患者外周血淋巴細胞.因而，揭示了在構建胚胎發育過程中的部分科學和技術問題，這使治療性克隆研究向前邁進了一大步.

國內科學家普遍認為，我國的干細胞研究目前與國外先進水平非常接近，因此在國際上“擠占”一席之地是很有希望的.如果看準時機，通過政府出面調控企業適時介入，無論是學科進步還是產業化發展的前景都十分可觀.我國政府已經將干細胞研究列入“973”項目、國家自然科學基金重點項目中.

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1673-260X（2010）02-0027-02