詩人喜歡把生命當作造物主最神奇的作品來歌頌,事實上,蕓蕓眾生的繁衍,可以說是由一個精子與卵子的融合開始的生命之旅。
什么是干細胞
精子和卵子融合之后,受精卵由此開始了由有絲分裂引導的,一生二、二生四、四生萬萬億億的過程。受精卵分裂的細胞不僅有天文級的數量,同時又有千差萬別的形態與功能。功能不同的細胞構成了神經組織、上皮組織、結締組織、肌肉組織,進而演繹了生命生生不息的詩章。
在受精卵分裂的初始狀態,這種細胞具有分裂的多能性,即分化成不同細胞的潛力,稱之為干細胞。
干細胞是一類具有自我復制能力的多潛能細胞,在形態上具有共性,通常呈圓形或橢圓形,細胞體積小,細胞核相對較大。在一定條件下,干細胞可以分化成多種功能細胞。根據它所處的發育階段,可分為胚胎干細胞和成體干細胞;而根據它的發育潛能,則可分為全能干細胞、多能干細胞和單能干細胞。
干細胞是一種未充分分化、尚不成熟的細胞,因此在醫學界有“萬用細胞”之稱。

在醫學領域的廣泛應用
這種“萬用細胞”在醫學領域將有廣泛的應用,主要來自于人類對于疾病的無奈和對長壽的渴望。
一些退行性疾病,比如老年性癡呆,人類目前找不到逆轉神經元在Aβ蛋白沉積過程中死亡的方法,干細胞的生命力為這類疾病提供了遙遠的希望。眾所周知,年齡是導致老年性癡呆的最主要元兇,特別是人在70歲后罹患該病的風險驟增,目前仍無有效治療方法。近年來,干細胞療法在神經系統變性疾病的治療中取得了令人鼓舞的進展,為老年性癡呆的治療開辟了新的思路。
目前神經干細胞治療老年性癡呆的實驗研究主要方向是在老年性癡呆模型腦內導入生長因子,主動激活內源性神經干細胞,在一些外源性藥物的誘導下可修復受損傷的神經元。
科學家還可以通過直接把干細胞移植到體內,以達到治療疾病的目的,可分為單純神經干細胞移植和基因工程加工后的神經干細胞移植。前者指將外源性多分化潛能神經干細胞移植入腦后,可在神經系統存活、繁殖, 并遷移到不同部位分化為相應的神經元和神經膠質。雖然這些技術在臨床的應用仍尚需時日,但隨著分子醫學的發展,干細胞技術治療神經退行性疾病將有廣闊的應用前景。
人類對生命常青的渴望也在催生干細胞在抗衰老領域的應用。
科學家們研究發現,造成衰老的主要原因有三種:疾病創傷、環境污染和機體功能退化。干細胞移植是目前已知的可修復被疾病催損或功能喪失的器官的最有效方法,可以通過直接刺激患者已受損的器官組織,令其再生,得到所需的干細胞;也可以移植新的干細胞,用以替換患者體內已經喪失功能的細胞。移植的干細胞進入人體后,能根據機體需要,增殖、分化出大量的特異性細胞,替換體內的衰老細胞,從而使機體重新獲得細胞水平的動態平衡。
因此,各個組織和器官被及時修復,全身各系統的生理功能迅速提高。實驗表明,從干細胞中提取出胚源細胞分化因子及生長因子能使免疫細胞年輕化,上調機體的細胞免疫功能,促進某些細胞因子分泌,增加人體各種器官、組織的修復和再造所需的最基本的材料,實現逆轉衰老、提高免疫力等功能。
干細胞分泌的生命活性因子可以在未來醫療工作中發揮重要作用。
人類已經認識到許多生命活性因子的重要性,如神經生長因子、血管生長因子與免疫相關的細胞因子等。干細胞也可以分泌短鏈脂肪分子,這種脂肪分子可以穿過生物膜系統直接調控生命遺傳物質的表達進而為臨床醫學服務。

解決干細胞應用的安全性問題
干細胞在生命醫學領域的應用前景帶來人類對于延續生命的希望,但在干細胞的應用過程中要尤其注意干細胞的多能分化性與可能具有的不死性。在充足的營養條件及正常的環境參數下,干細胞可以一直分裂下去。這種特殊性要求我們對干細胞的臨床應用保持高度謹慎的狀態,人體內要避免植入一種不可控制的細胞,否則將引起嚴重后果。
有研究報告提示:如果成年人干細胞在體外增殖太久,有可能發生癌變,原因之一是植入的干細胞開始生成端粒酶。端粒是線狀染色體末端的一種特殊結構,在正常細胞中,會隨細胞分裂而逐漸縮短。端粒酶可以修復DNA 復制后產生的端粒缺損,使得細胞分裂克隆的次數增加,保持細胞“永生”。如果永久地打開干細胞的端粒酶基因,最終將使其變成癌細胞。
而且,DNA在復制時并不是絕對精準的,即使是正常的細胞,隨著分裂的次數增多,DNA復制可能出現的錯誤就越多。這種錯誤很可能導致干細胞變異,由此埋下致癌的種子。
因此,解決干細胞應用的安全性問題還需更多基礎醫學研究工作和嚴格的臨床風險控制策略。
在人類憧憬干細胞的美好應用前景時需要采用技術手段主動控制臨床應用中的風險。利用轉基因技術人為控制干細胞的分裂次數,消除無限增殖干細胞對身體健康的影響。
目前基因調控的方法主要有幾種。
一是通過對DNA序列的改造,如插入或敲除基因片段,使影響干細胞擴增的基因受到調控。這種改造針對目的基因及其相關上游、下游調控元件,從而使干細胞的分裂受限。
其他的辦法還包括:對目的基因甲基化等使影響干細胞分裂的基因沉默;切斷目的基因轉錄后的翻譯過程,使影響干細胞分裂的蛋白質表達受到限制;影響基因的轉錄和翻譯過程或相關調控因子,如影響目標mRNA的穩定性,從而控制目的基因的表達等等。
更加復雜的方法包括蛋白質甲基化、去乙酰化、乙酰化等來控制干細胞的不死性。生物體中,許多非組蛋白可以和 DNA結合,對這些蛋白質的修飾作用能改變它們與DNA的結合方式,并改變染色質和核小體的結構,從而影響基因的轉錄活性。
在未來的臨床應用中,外源的基因開關可與一段決定干細胞死亡的基因一同植入到干細胞的基因組,醫生通過基因開關來調控干細胞在人體內的功能進而使干細胞在絕對安全的條件下在醫療中心中使用,這樣人類就可以放心地使用多種干細胞產品。
在人類對健康生命的追求過程中,我們向往高科技的生活,追求高科技帶來的創新進步,但是當我們看到廣西巴馬縣的一名百歲老人在命河的溪水邊清洗衣裳時,我們會感到,自然與環境之美是生命的基本支撐力量,人類對健康的渴望不應該依賴干細胞及一系列的分子醫學高科技。
干細胞可以為生命的延續帶來希望,但真正的生命力量來自于我們對干細胞細致的研究和純理性的安全使用上。
(作者系中山大學教授,博導,國家863計劃項目負責