近年來，科研領(lǐng)域不斷傳來令人振奮的消息，諸多疑難病癥的治療取得關(guān)鍵進展。在這背后，干細胞技術(shù)的發(fā)展功不可沒。干細胞，這種神奇的細胞，擁有自我更新和分化為多種細胞類型的能力，成為醫(yī)學研究的焦點。接下來，我們將從干細胞的基礎(chǔ)概念出發(fā)，探尋其在復雜疾病治療中的創(chuàng)新應用。

本章將深入剖析干細胞的基本原理，及其在諸如神經(jīng)變性、心血管疾病等復雜病癥領(lǐng)域的應用。明晰干細胞的生物學特性，對于挖掘其在糖尿病、神經(jīng)退行性疾病、心血管疾病以及自身免疫疾病治療方面的潛力而言，有著舉足輕重的意義。

以干細胞為基石構(gòu)建的療法，猶如為逆轉(zhuǎn)受損組織與器官開辟了一條充滿希望的光明大道。它不僅為疾病機理的研究搭建了理想的模型，更為藥物研發(fā)提供了全新的思路與方向。尤其是在神經(jīng)退行性疾病的治療上，干細胞展現(xiàn)出了前所未有的潛力，有望成為革新治療策略的關(guān)鍵力量，為下一代醫(yī)學的蓬勃發(fā)展注入磅礴動力。

01干細胞簡介

干細胞具備自我更新與經(jīng)多輪分化、分裂產(chǎn)生特定成熟細胞的能力，自我更新及受控分化能力是其重要特性。

胚胎發(fā)育時特性漸變，成年后干細胞數(shù)量少且分散于各組織。

理解胚胎干細胞起源，需明晰全能性與多能性。

全能性指單個植入細胞再生完整生物體的能力，始于受精卵；多能性指細胞發(fā)育為除胎盤滋養(yǎng)層細胞外多種細胞的能力，始于早期胚胎階段。受精卵獨具全能性，胚胎干細胞具多能性，源自囊胚階段，能產(chǎn)生神經(jīng)嵴三層的不同細胞。

為了理解全能性和多能性的概念，請讀者參考圖1。該圖描述了胚胎的發(fā)育階段以及從胚胎中分離胚胎干細胞的過程。

多能干細胞（胚胎干細胞）會產(chǎn)生祖細胞，祖細胞是有絲分裂的，沒有功能。從譜系的祖細胞中，會形成具有有限壽命的實際功能細胞。該圖還顯示了單能/多能成體干細胞如何產(chǎn)生誘導性多能干細胞體外。

依 “發(fā)育潛能” 分類，受精卵雖可作干細胞來源，但卵裂球自我補充潛力有限，胚胎發(fā)育為特定細胞譜系的效率促成胚胎干細胞產(chǎn)生。胚胎干細胞最早被研究，具獨特多能性，先從小鼠后從人類胚胎分離，體外特定條件可保持發(fā)育成胚層能力。非胚胎干細胞有多能性（如造血干細胞）或單能性（如骨骼肌衛(wèi)星細胞），胚胎干細胞發(fā)育潛能遠超單能細胞。

植物發(fā)育階段也有類似干細胞特性組織，即分生組織，分初生和次生。圖2展示了植物細胞中幾種分生組織的示意圖。

部分體細胞如神經(jīng)元等無法自我補充，干細胞卻能持續(xù)再生，損傷時補充體細胞，維持組織動態(tài)平衡。

成體干細胞從非胚胎組織分離，具多能性，在生理系統(tǒng)有重要作用，可從羊水、臍帶等多處獲取，在治療心臟病和神經(jīng)退行性疾病等復雜病癥方面潛力巨大，后續(xù)章節(jié)將深入探討。

02為何干細胞至關(guān)重要？

干細胞至關(guān)重要，原因如下：

強大的分化潛能：干細胞具備發(fā)育成完整生物體的能力，能分化為人體眾多細胞類型，包括神經(jīng)元，這為構(gòu)建和修復人體組織與器官提供了可能。胚胎干細胞曾因巨大分化潛能被視為治療性細胞/組織工程應用的理想選擇，雖存在免疫反應問題，但相關(guān)技術(shù)發(fā)展（如治療性克隆、誘導多能性技術(shù)）在一定程度上解決了難題，使干細胞分化潛能得以更好利用。

顯著的再生治療效果：在多種疾病的細胞治療中展現(xiàn)出顯著效果，像心臟病、神經(jīng)退行性疾病以及遺傳疾病等。通過對體細胞進行重編程或去分化形成的癌癥干細胞，也有助于轉(zhuǎn)分化和去分化過程，進一步挖掘干細胞在疾病治療中的潛力。而且干細胞與癌細胞在特性上有明顯差異，干細胞不會破壞免疫系統(tǒng)和發(fā)生轉(zhuǎn)移，安全性更高。

廣泛的臨床應用：在臨床應用中發(fā)揮著重要作用，最常見的是造血干細胞移植用于治療血友病、白血病和血小板減少癥等血液疾病。干細胞庫通過收集自體組織，催生了多種應用，為臨床治療提供了更多資源和選擇 。

推動醫(yī)學研究革新：在革新健康與醫(yī)學研究方面潛力巨大。識別不同組織來源的干細胞，可為基因治療提供合適靶點，有助于開發(fā)新的藥物靶點以及建立新的疾病模型，為再生醫(yī)學領(lǐng)域開辟新前景，如針對自身免疫性β細胞功能障礙、染色體疾病、先天性心臟病和神經(jīng)退行性疾病等的研究，使未來醫(yī)學研究在很大程度上依賴于干細胞研究的進展。

03干細胞的特性

干細胞的特性在很大程度上取決于其細胞分裂的性質(zhì)、功能、發(fā)育模式和多樣性。干細胞后代還吸收了自我補充和分化的固有潛力；因此，它真誠地致力于任何涉及大量細胞分裂過程以產(chǎn)生功能性細胞、組織或器官的譜系。

根據(jù)發(fā)育來源（源組織），它們可以根據(jù)其后代命名。例如，臍帶血由可發(fā)育成血細胞和間充質(zhì)細胞的細胞組成，因此，它們分別被命名為造血干細胞和間充質(zhì)干細胞。對于譜系分化，可以參考圖3中一個有趣的圖示。

胚胎的囊胚成為胚胎干細胞的來源，然后通過原腸胚形成三個胚層。從多能胚胎干細胞中，胚層形成了多個器官和器官系統(tǒng)。成體干細胞來自這三個胚層，它們是多能的或單能的。

干細胞的特性：自我更新與分化：干細胞具有自我更新和分化為特定功能細胞的潛力，能夠通過多次分裂形成組織或器官。

命名依據(jù)：干細胞根據(jù)其來源組織命名，例如臍帶血中的造血干細胞和間充質(zhì)干細胞。

干性與可塑性：

• 干性：指單個細胞分化為多種細胞譜系的能力。
• 可塑性：成體干細胞發(fā)育為新表型的能力，通常通過轉(zhuǎn)分化（一種已分化細胞轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N細胞類型）實現(xiàn)。

干細胞微環(huán)境（干細胞龕）：

• 干細胞位于特殊的微環(huán)境中，稱為“干細胞龕”，為其提供營養(yǎng)并維持干性。
• 干細胞龕通常具有低氧張力，參與細胞的保護和黏附過程。
• 轉(zhuǎn)錄因子（如Oct-4）和厭氧環(huán)境對干細胞的干性維持至關(guān)重要。

干細胞的增殖與分化調(diào)控：

• 干細胞的增殖和分化涉及多種信號通路，如Wnt、PI3K、MAPK、NO和鈣信號通路。
• 維持干細胞群體不發(fā)生特化的機制對其生命周期至關(guān)重要。

干細胞的獨特特性：

• 干細胞能夠經(jīng)歷多輪細胞分裂和增殖，而大多數(shù)體細胞（如心肌細胞、神經(jīng)元）不具備這種能力。
• 干細胞不具有特定組織的特征，但可以在特定條件下分化為功能細胞。

干細胞的分化過程：

• 分化涉及干細胞經(jīng)歷不同發(fā)育階段，受內(nèi)部（DNA）和外部（微環(huán)境中的物理和化學因子）信號調(diào)控。
• 干細胞龕中的分子和細胞信號促使干細胞最終走向分化。

干細胞的致瘤性：

• 某些干細胞具有致畸性，可能發(fā)育成良性或惡性腫瘤。

• 畸胎瘤：起源于卵母細胞的良性腫瘤，形成無序的胚胎組織。
• 畸胎癌：睪丸中的惡性實體瘤，是典型的干細胞腫瘤。

總結(jié)：干細胞具有自我更新、分化和可塑性等特性，其行為受微環(huán)境和多種信號通路調(diào)控。干細胞的獨特特性使其在再生醫(yī)學中具有重要應用價值，但也可能引發(fā)腫瘤形成。理解干細胞的發(fā)育和調(diào)控機制對于其研究和應用至關(guān)重要。

胚胎干細胞的來源

囊胚的內(nèi)細胞團：這是胚胎干細胞最主要的來源。在哺乳動物的胚胎發(fā)育過程中，受精卵經(jīng)過多次細胞分裂后，會形成一個由許多細胞組成的囊胚。囊胚大約在受精后的第5-7天形成，其結(jié)構(gòu)包括外層的滋養(yǎng)層細胞和內(nèi)部的內(nèi)細胞團。

• 滋養(yǎng)層細胞會發(fā)育成胎盤等附屬結(jié)構(gòu)，而內(nèi)細胞團則具有發(fā)育成各種組織和器官的潛力，將內(nèi)細胞團細胞分離出來并在體外合適的培養(yǎng)條件下培養(yǎng)，就可以獲得胚胎干細胞。

原始生殖細胞：原始生殖細胞是產(chǎn)生精子和卵子的前體細胞，在胚胎發(fā)育早期就已經(jīng)存在。從胚胎的生殖嵴等部位分離出原始生殖細胞，經(jīng)過特殊的培養(yǎng)和誘導條件，也可以使其轉(zhuǎn)化為具有胚胎干細胞特性的細胞，這類細胞有時也被稱為胚胎生殖細胞（Embryonic Germ Cell，簡稱EG細胞），在功能和特性上與胚胎干細胞有很多相似之處。

體外受精：2010年因體外受精（IVF）技術(shù)發(fā)展，成為胚胎干細胞研究黃金年。此技術(shù)由羅伯特?愛德華茲開發(fā)，為分離鑒定人類胚胎干細胞奠基。經(jīng)IVF產(chǎn)生、用于臨床的新鮮或冷凍卵裂期胚胎，獲個體同意后獲取，是人類胚胎干細胞最佳來源，經(jīng)培養(yǎng)至囊胚階段并多次傳代，可得多種胚胎干細胞系。

核移植：作為IVF替代法，成體細胞通過核轉(zhuǎn)移至卵母細胞質(zhì)或與多能細胞融合，可重編程為多能狀態(tài)。體細胞核移植在動物中成功賦予核基因組發(fā)育潛能，如 “多莉” 羊。雖生成人類胚胎干細胞不太成功，但有助于保存體細胞核，為瀕危動物再生帶來希望，且相比IVF，用于研究時破壞早期胚胎的倫理問題較少。

胚胎干細胞實驗室培養(yǎng)

為了解體外胚胎干細胞，需回顧胚胎組織形態(tài)。受精卵具全能性，經(jīng)特定卵裂分裂形成胚胎，從最初2個細胞逐步分裂，16-32個細胞時為桑葚胚，后發(fā)育為早、中、晚期囊胚，晚期囊胚后見胚層。應在早期囊胚階段小心分離內(nèi)細胞團，用無菌方法培養(yǎng)，胚胎各階段及胚胎干細胞分離階段列于表1。

建立小鼠和人類胚胎干細胞系均過程繁瑣：

小鼠胚胎干細胞系建立： 

• 來源與培養(yǎng)：源于IVF時，從囊胚內(nèi)細胞團分離細胞，在經(jīng)絲裂霉素C處理的胚胎成纖維細胞飼養(yǎng)層及特定培養(yǎng)基中培養(yǎng)超40代；源于核移植時，將卵丘細胞核轉(zhuǎn)移至小鼠卵母細胞后按相同方案培養(yǎng)。?
• 移植準備：用于小鼠移植的細胞，需在明膠包被培養(yǎng)皿培養(yǎng)至少兩代以除飼養(yǎng)層。
• 分析篩選：對細胞進行細胞遺傳學分析，用吉姆薩染色篩查染色體異常并核型分析。
• 維持繁殖：小鼠胚胎干細胞依賴LIF，可在有絲分裂失活的小鼠胚胎成纖維細胞層或含LIF培養(yǎng)基中維持繁殖。

人類胚胎干細胞培養(yǎng)：  

• 初始培養(yǎng)：將植入前胚胎細胞轉(zhuǎn)移至含營養(yǎng)培養(yǎng)基的無菌培養(yǎng)皿，在特定溫度、pH和二氧化碳濃度下，借助飼養(yǎng)層（如小鼠胚胎成纖維細胞或含特定成分的基底膜提取物）附著生長。?
• 避免污染：現(xiàn)開發(fā)無飼養(yǎng)層培養(yǎng)法防污染和不良突變。
• 細胞系形成：細胞鋪滿培養(yǎng)皿后傳代培養(yǎng)，保持多能狀態(tài)至少6個月形成細胞系，批次細胞可冷凍運輸。

圖4顯示了實驗室環(huán)境中hESC的生長情況。

該過程涉及在無菌條件下從囊胚中分離內(nèi)質(zhì)細胞，并與小鼠成纖維細胞飼養(yǎng)細胞一起培養(yǎng)。經(jīng)過幾次傳代后，建立了新的胚胎干細胞培養(yǎng)物。

鑒定胚胎干細胞的實驗室檢測

胚胎干細胞系的建立需對這些細胞系的基本特性進行驗證，此過程稱為特性鑒定，可通過以下方法進行：

• 長期培養(yǎng)與觀察：在實驗室無菌條件下將細胞培養(yǎng)數(shù)月。每次傳代時，通過顯微鏡觀察細胞形態(tài)，并使用標準技術(shù)確定核型。即便經(jīng)過多次傳代，細胞也必須保持健康且未分化狀態(tài)。
• 基因表達研究：分析細胞中Sox2、Nanog和Oct4等特定于未分化狀態(tài)的轉(zhuǎn)錄因子的表達。這些轉(zhuǎn)錄因子參與細胞分化和胚胎發(fā)育過程，能提供有關(guān)培養(yǎng)細胞狀態(tài)的詳細信息。要知道，Oct4、Sox2和Nanog是胚胎干細胞表達的一些轉(zhuǎn)錄因子，對維持細胞的多能狀態(tài)至關(guān)重要。
• 染色體核型分析與表面標記檢測：利用顯微鏡對染色體進行核型分析，并檢查干細胞特有的特定細胞表面標記的存在情況。該過程還有助于確定后續(xù)步驟，如重新生長、傳代培養(yǎng)等。

在細胞經(jīng)過多次傳代仍保持分化狀態(tài)后，可通過以下方法監(jiān)測其分化為特定細胞的潛力： 

• 自然分化觀察：讓細胞在培養(yǎng)過程中自然生長并分化。
• 改變培養(yǎng)基誘導分化：改變培養(yǎng)基，促使細胞分化并經(jīng)歷原腸胚形成，以形成胚胎的三個胚層。?
• 添加生長因子誘導分化：引入特定生長因子，并補充合適的培養(yǎng)基，分析分化細胞譜系的標記物。?
• 畸胎瘤形成實驗：將細胞注入具有形成良性腫瘤（畸胎瘤，一種細胞團）傾向的免疫缺陷小鼠體內(nèi)。由于實驗使用的小鼠免疫系統(tǒng)受到抑制，不會出現(xiàn)受體的移植物排斥情況。這些畸胎瘤包含多種分化細胞的混合群體，展示了干細胞的多能性。此方法可用于創(chuàng)建無動物模型的罕見病模型系統(tǒng)，以及各種細胞譜系的藥物篩選實驗。

除傳統(tǒng)檢測方法外，還有一些基于新型生物標志物和蛋白質(zhì)組學的方法來鑒定誘導多能干細胞?；诘鞍踪|(zhì)組學方法的質(zhì)譜分析可識別干細胞標記物，與耗時費力的基因組分析相比，它是一種經(jīng)濟高效且可靠的工具。圖5展示了一種使用質(zhì)譜分析胚胎干細胞的新型基于蛋白質(zhì)組學的篩選方法。

識別和篩選誘導性多能干細胞的新方法之一是使用質(zhì)譜法對其進行蛋白質(zhì)組分析。質(zhì)譜法獲得的蛋白質(zhì)組用于篩選任何特定于該干細胞譜系的生物標志物。

胚胎干細胞的分化

胚胎干細胞分化有特定特征與階段，具體如下：

• 分化階段：分為感受態(tài)（細胞能響應特定信號）、特化（去除信號不改變細胞命運）、決定（細胞不受信號影響），信號由周圍物理或化學環(huán)境因素提供。
• 多能性特點：注入宿主囊胚可促成包括生殖系的成體組織，傳代能保持正常核型，多能性在體外培養(yǎng)分 “原始態(tài)”（類似植入前囊胚的胚胎外胚層）與 “啟動態(tài)”（植入后原腸胚形成前外胚層），人類胚胎干細胞系多處于啟動態(tài)，常聚集成類胚體自發(fā)分化。
• 培養(yǎng)與調(diào)控：為獲特定分化細胞純培養(yǎng)物需調(diào)控分化。小鼠胚胎干細胞生長依賴含 LIF 和胎牛血清的培養(yǎng)基，人類胚胎干細胞則不依賴 LIF 或 STAT3，可在飼養(yǎng)層或用特定包被板及轉(zhuǎn)錄因子獨立培養(yǎng)。
• 現(xiàn)有方案利弊：已開發(fā)多種維持生存因子的方案，培養(yǎng)基成分決定胚胎干細胞發(fā)育方向，可形成類胚體或胚層。類胚體在基質(zhì)細胞等上分化能滋養(yǎng)細胞，但會分泌干擾實驗的細胞因子；基質(zhì)細胞雖支持干細胞生長，卻可能分泌干擾細胞譜系定向分化的不良因子。

成體干細胞核心特性與功能

成體干細胞的基本特征

• 靜止狀態(tài)（Quiescence）：多數(shù)ASC處于可逆的生長停滯狀態(tài)（如骨骼肌衛(wèi)星細胞），受微環(huán)境（niche）調(diào)控，遇外界信號可激活增殖。??
• 自我更新與分化：終身保持自我復制能力，分化為特定祖細胞→成熟功能細胞（如血細胞、神經(jīng)元等），維持組織穩(wěn)態(tài)。

成體干細胞的分類與來源

• 造血干細胞（HSCs）：位于骨髓，生成所有血細胞（紅細胞、白細胞、血小板）。??
• 非造血干細胞（如間充質(zhì)干細胞, MSCs）：源于脂肪、軟骨、骨等組織，分化為支持性細胞（軟骨、纖維結(jié)締組織等）。??
• 分布：遍布全身，包括大腦（如少突膠質(zhì)細胞、星形膠質(zhì)細胞）等終末分化器官。

成體干細胞的可塑性（Plasticity）

• 轉(zhuǎn)分化（Trans-differentiation）：ASC可跨譜系分化為其他組織細胞（如血細胞→神經(jīng)元、骨髓干細胞→肝細胞），為損傷修復提供新途徑。??
• 局限性：分化方向受微環(huán)境因子（如生存信號、培養(yǎng)基成分）嚴格調(diào)控（如HSCs無法生成神經(jīng)元）。

成體干細胞的生理與臨床意義

• 組織修復：通過補充損傷/病變細胞維持器官功能（如骨髓HSCs持續(xù)更新血液）。??
• 臨床應用
• 細胞治療：分離自骨髓、脂肪等組織，用于再生醫(yī)學（如修復神經(jīng)、心臟組織）。??
• 研究模型：體外培養(yǎng)探究分化機制（見圖6分離流程）。

將成體干細胞從源組織中無菌取出，用適當?shù)木彌_液沖洗，然后切碎成小塊或在消化前進行輕度均質(zhì)化。在合適的緩沖液中對組織塊進行輕度酶消化，然后在適當?shù)呐囵B(yǎng)基或培養(yǎng)皿中培養(yǎng)這些組織塊。

總結(jié)：成體干細胞是組織穩(wěn)態(tài)的關(guān)鍵調(diào)節(jié)者，兼具自我更新與轉(zhuǎn)分化潛能，其功能受微環(huán)境精確調(diào)控，在再生醫(yī)學中具有廣闊應用前景。

成體干細胞的細胞定位

確定成體干細胞的細胞定位并對其進行識別，對于研究它們的特性至關(guān)重要。同時，在闡明維持其增殖和分化等基本特性的調(diào)控通路方面開展研究，為再生醫(yī)學治療領(lǐng)域開辟了新的前景。

如前所述，成體干細胞（ASCs）常存在于干細胞龕中，干細胞龕在調(diào)節(jié)過程中發(fā)揮著重要作用，決定了干細胞的位置、黏附、遷移、靜止或激活、細胞分裂、分化以及其他多種特性。

人們通過干細胞及其干細胞龕中表達的蛋白質(zhì)標記，或者使用氚標記的胸腺嘧啶核苷或溴脫氧尿苷等標記技術(shù)來識別這些干細胞龕。由于干細胞的（細胞）周期時間緩慢，它們能夠保留這些標記。干細胞的另一個特性也有助于這種標記保留。

干細胞存在一種被稱為“選擇性DNA分離”的策略性現(xiàn)象（圖7以示意圖形式進行了解釋），這使得它們能夠在較長時間內(nèi)保持干性。凱恩斯及其同事將這一過程解釋為 “不朽鏈假說”，即干細胞總是將（每條染色體中的）一條DNA鏈指定為模板鏈。在復制過程中，只有模板鏈及其拷貝會進入仍作為干細胞的子代細胞中。

在細胞分裂過程中，干細胞始終為子細胞保留模板鏈，子細胞也繼續(xù)繼承母體干細胞的永生性。這種DNA選擇性分離可以合理地解釋干細胞在其微環(huán)境內(nèi)識別時循環(huán)時間緩慢和標記保留的原因。

• 過渡放大細胞：在微環(huán)境的細胞中，有一些細胞被稱為“過渡擴增細胞”或定向祖細胞。這些細胞增殖速度快，但自我更新能力有限，主要作用是增加分化細胞的數(shù)量。它們的存在依賴于干細胞龕中特定標記的表達，如c-kit、Sca-1等。
• 成體干細胞的來源與特性：成體干細胞存在于多種組織中，如骨髓、大腦、肝臟等。它們保留了多能性或未分化狀態(tài)，并涉及多種信號通路，如Wnt、Notch和Hedgehog。
• 間充質(zhì)干細胞（MSCs）：MSCs是成體干細胞的典型代表，最初在骨髓中發(fā)現(xiàn)，后來也在其他組織如臍帶血、胎盤等中分離得到。它們具有強黏附能力，并表達多種細胞表面標記（如CD44、CD29等），但不表達造血干細胞標記（如CD45、CD34等）。
• MSCs的免疫特性：MSCs表面表達低水平的HLA和MHC I類抗原，不表達MHC II類抗原，這使它們在免疫調(diào)節(jié)中具有潛在應用價值。

總結(jié)來說，成體干細胞，尤其是MSCs，具有多能性和特定的表面標記，廣泛存在于多種組織中，并在再生醫(yī)學和免疫調(diào)節(jié)中具有重要應用潛力。

成體干細胞鑒定實驗室檢測

了解ASC的性質(zhì)將有助于我們更好地識別、分離和培養(yǎng)它們體外在沒有實際細胞發(fā)揮功能的情況下，ASC在再生能力方面發(fā)揮著非常重要的作用。

• ASCs的重要性：ASCs 主要存在于骨髓，具單能或多能性，在組織再生中起關(guān)鍵作用。因其數(shù)量少，分離需精細方案。

• MSCs與HSCs的比較：

• 造血干細胞（HSCs）：增殖能力強，能再生整個造血細胞群體。
• 間充質(zhì)干細胞（MSCs）：數(shù)量更少（比HSCs少10 倍），可分化為骨、軟骨和脂肪細胞。

• 鑒定與分離：運用熒光標記和流式細胞術(shù)等先進分子方法，對 ASCs 進行標記與鑒定，以追蹤其分化和組織來源。分離出的細胞可培養(yǎng)、標記后回植動物體內(nèi)，研究其再生潛力。
• 富集與分選：干細胞富集有助于分化和譜系定向。利用HSCs能通過膜轉(zhuǎn)運蛋白（ATP 結(jié)合盒蛋白）外排染料的特性，采用染料排除法（如Hoechst 33342）分離HSCs。在熒光激活細胞分選（FACS）分析中，靜止干細胞表現(xiàn)為 “旁群細胞”。有關(guān)詳細圖示，請參閱（圖8）。

染料排除法和側(cè)群分析是一種識別干細胞群的通用技術(shù)。ABC膜轉(zhuǎn)運蛋白的固有性質(zhì)可作為染料（如Hoechst）的藥物流出機制，在FACS機器中，側(cè)群出現(xiàn)在面板的左側(cè)末端。

總之，ASCs的鑒定、分離和富集依賴先進分子與熒光技術(shù)，助力研究人員探索其再生能力及醫(yī)學應用潛力。該流程旨在從動物獲取并鑒定成體干細胞（ASC）：

• 獲取與處理：無菌條件下取ASC組織，經(jīng)無菌生理鹽水或冰冰冷PBS清洗，用培養(yǎng)基勻漿并以膠原酶處理去纖維組織，再經(jīng)100和40微米無菌濾器過濾貼壁細胞。
• 分選與培養(yǎng)：輕柔離心后，用熒光激活細胞分選儀區(qū)分死活細胞，將活細胞以50,000 – 100,000個/孔接種于含血清、抗生素的六孔培養(yǎng)板，在二氧化碳培養(yǎng)箱培養(yǎng)，幾代后擴增為原代細胞系。
• 鑒定方法：傳代三次使細胞達80-90%匯合度，染色檢測干細胞表面 CD標記物，用流式細胞術(shù)分選，需全面了解細胞表面抗原。也可將表達綠色或紅色熒光蛋白的報告基因插入干細胞，由特定標記物啟動子驅(qū)動熒光蛋白表達，借助熒光激活細胞分選儀識別分選。

下表（表2）列出了用于識別干細胞的干細胞標記物的完整列表。

WBC—白細胞；HSC—造血干細胞；MSC—間充質(zhì)干細胞；NSC—神經(jīng)干細胞。

成體干細胞的分化

分化概述：成體干細胞憑借其多能性的固有特性，發(fā)育為多種細胞譜系的過程稱為分化。該過程復雜，遵循細胞正常分子通路。若用于組織修復或治療，其分化特性在生物學和生理學上意義重大。當出現(xiàn)如組織損傷修復等生理觸發(fā)時，成體干細胞開始分化為具有特定細胞形狀和結(jié)構(gòu)特征的成熟細胞。

骨髓成體干細胞分化路徑：骨髓中的成體干細胞包含造血干細胞和基質(zhì)干細胞。造血干細胞可產(chǎn)生淋巴樣和髓樣祖（前體）細胞。淋巴樣祖細胞可分化為T細胞、B細胞和自然殺傷細胞，髓樣祖細胞則分化為紅細胞、白細胞和血小板。同樣，基質(zhì)（間充質(zhì)）干細胞可產(chǎn)生成骨前體細胞、破骨前體細胞，進而形成構(gòu)成骨骼的主要細胞 —— 成骨細胞和破骨細胞，也可分化為脂肪細胞和軟骨細胞等其他細胞。

分化誘導因素：可通過多種技術(shù)，利用生物或藥理試劑（如激素）誘導分化。分化還受機械信號調(diào)控，如改變細胞形態(tài)和基質(zhì)彈性。環(huán)境因素如氧張力也會促使干細胞分化。此外，低強度超聲等外部電和機械力也可用于調(diào)節(jié)其分化。似乎多種物理化學分化因子共同控制成體干細胞向特定細胞類型的轉(zhuǎn)分化，為促進這些干細胞在組織工程或再生醫(yī)學中的應用，需優(yōu)化相關(guān)方案。

分化的信號機制：外部因素通常在這些細胞中引發(fā)信號級聯(lián)反應，促使它們定向分化。例如，血管內(nèi)皮生長因子（VEGF）和剪切應力協(xié)同誘導內(nèi)皮祖細胞分化為內(nèi)皮細胞，而液壓協(xié)同誘導間充質(zhì)干細胞向軟骨分化。多種分子通路，如絲裂原活化蛋白激酶（MAP）激酶信號通路、鈣信號通路、G蛋白偶聯(lián)受體（GPCR）通路等，參與干細胞向特定細胞類型的分化。

胚胎干細胞與成體干細胞的相同點和不同點

相同點

• 發(fā)育潛能：胚胎干細胞（ESCs）和成體干細胞（ASCs）都具備發(fā)育潛能，這是干細胞特性的重要體現(xiàn)，決定了它們能夠分化形成不同類型的細胞 。

• 體外培養(yǎng)：二者都能夠從組織中分離出來，并在體外以未分化的純細胞群體形式培養(yǎng)多代，在此過程中都需要精心準備培養(yǎng)基和相關(guān)試劑。

• 靜止與分化：ESCs和ASCs均可長時間處于靜止狀態(tài)，當受到特定刺激后，會表現(xiàn)出分化或特化的特性，朝著特定的細胞譜系進行分化 。?

• 致瘤性：兩種細胞都具有一定的致瘤性，都有可能形成畸胎瘤，不過這種情況在胚胎干細胞中更為常見。

• 治療價值：在基于細胞的治療領(lǐng)域，胚胎干細胞和成體干細胞都因其獨特的性質(zhì)而具有重要價值，是細胞治療研究的重要對象。

不同點 

• 來源：胚胎干細胞來源于胚胎，通常是從早期胚胎的囊胚內(nèi)細胞團中分離得到；而成體干細胞存在于成體組織中，如骨髓、大腦、肝臟等多種組織 。
• 分化能力：胚胎干細胞具有多能性，能分化為生物體中除胎盤滋養(yǎng)層細胞以外的任何類型的細胞；成體干細胞一般具有單能性或多能性，多能性的成體干細胞其分化方向相對胚胎干細胞更為局限，例如造血干細胞主要分化為各類血細胞，間充質(zhì)干細胞可分化為骨、軟骨和脂肪細胞等。?
• 倫理爭議：胚胎干細胞的獲取涉及對胚胎的破壞，因此引發(fā)了諸多倫理爭議；成體干細胞的獲取則不涉及此類倫理問題，相對而言倫理爭議較小。

04干細胞在心血管疾病中的潛在應用

心血管疾病是全球發(fā)病和死亡的主要原因，心肌細胞再生能力極低，心臟難以應對心肌梗死等疾病導致的心肌組織嚴重損失，心臟移植昂貴且成功率不高，干細胞移植有望成為治療心力衰竭的替代策略。

用于心臟再生的干細胞類型

• 胚胎干細胞：存在固有致瘤性、易形成畸胎瘤、有免疫細胞排斥風險及向所需心肌細胞分化效率低等問題，不太適合用于心臟再生治療。
• 骨髓源性干細胞：尚未被證明能獨立分化為有功能的心肌細胞。
• 骨骼肌成肌細胞：雖已取得一定進展，能在體內(nèi)形成肌管，但存在與現(xiàn)有心肌電整合的挑戰(zhàn)，功能受限。
• 心臟干細胞和心臟祖細胞：是治療心力衰竭的細胞治療的有希望的候選細胞類型。干細胞在心臟細胞替代治療中的多功能性如圖9所示。

心臟干細胞是治療心臟病的有希望的候選細胞，因為它們可以發(fā)育成不同類型的心臟細胞，如心肌細胞、平滑肌細胞和內(nèi)皮細胞。

人類干細胞在心血管疾病中的潛在用途

心血管疾病治療現(xiàn)狀及干細胞應用的必要性：心血管疾病是全球發(fā)病和死亡的主要原因，心肌細胞再生能力極低，心臟無法在心肌梗死后彌補心肌組織損失，心臟移植昂貴且成功率不高，干細胞移植有望成為治療心力衰竭的替代策略。

各類干細胞在心臟再生中的研究情況

• 胚胎干細胞（ESCs）：ESCs具有多能性，可分化為心肌細胞、內(nèi)皮細胞和平滑肌細胞等多種細胞類型，對受損心肌再生有用。但存在固有致瘤性、形成畸胎瘤風險、免疫細胞排斥問題及向所需心肌細胞分化效率低等問題，臨床應用受限。
• 骨髓源性干細胞：未被證明能獨立分化為有功能的心肌細胞。
• 骨骼肌成肌細胞：可在體內(nèi)形成肌管，但存在與現(xiàn)有心肌電整合的挑戰(zhàn)，功能受限。
• 心臟干細胞和心臟祖細胞：是心力衰竭細胞治療的有希望的候選細胞類型，可從心臟分離，在體外培養(yǎng)后用于體內(nèi)心臟細胞替代，能分化為平滑肌細胞、心肌細胞和內(nèi)皮細胞，部分試驗顯示出良好的補充和功能能力。
• 間充質(zhì)干細胞（MSCs）：可分化為多種心臟細胞，在臨床試驗中，同種異體和自體MSCs治療缺血性心臟病安全有效，同種異體MSCs不引發(fā)特異性免疫反應。細胞注射途徑影響其行為和命運，心肌內(nèi)注射是最常用且最成功的途徑，其免疫調(diào)節(jié)和分化潛能高，有助于心肌細胞對抗損傷和啟動組織修復，但在動物模型有效，在臨床試驗中的效果未達預期。
• 多能干細胞：多能干細胞衍生的心肌細胞在豬、豚鼠和靈長類動物中顯示出作為生物起搏器的潛力，可用于梗死心肌組織移植，但在臨床應用中存在致瘤性、遺傳不穩(wěn)定、倫理問題及細胞純度等限制，目前正在開發(fā)可靠方案以解決干細胞衍生心肌細胞的物理和功能成熟問題。

干細胞在神經(jīng)退行性疾病中的應用

干細胞在腦損傷和神經(jīng)退行性疾病治療中的作用：干細胞的多能性使其在腦損傷再生和恢復中通過調(diào)節(jié)局部組織環(huán)境和與周圍細胞相互作用發(fā)揮關(guān)鍵作用，涉及干細胞移植的療法已被探索和評估。

相關(guān)臨床研究情況：過去十年，各國超15項臨床試驗研究了源自骨髓、臍帶血、外周血和脂肪組織的自體干細胞治療腦損傷和神經(jīng)退行性疾病的有效性，其中間充質(zhì)干細胞（MSC）療法在減輕過度炎癥和減輕腦損傷方面有希望。

此外，MSC和MSC衍生的外泌體對早產(chǎn)兒腦健康有潛在益處，但建立標準化通用方案仍是重大挑戰(zhàn)，細胞類型、遞送方法、給藥方案和患者耐受性等關(guān)鍵因素需仔細考慮，需繼續(xù)進行臨床前和臨床研究以確定干細胞療法對其他復雜疾病的有效性。

05人類干細胞在神經(jīng)退行性疾?。∟DD）中的潛在應用

神經(jīng)退行性疾病是干細胞治療的一個潛在領(lǐng)域。許多研究都探索了ESC在治療某些生理疾病方面的效用。研究人員已經(jīng)探索了替換大腦受影響區(qū)域受損神經(jīng)元的可能性。

• 胚胎干細胞（ESCs）：眾多研究探索了ESCs在治療神經(jīng)退行性疾病生理狀況方面的作用，其有分化為特定神經(jīng)元亞群的潛力，分別適用于治療帕金森?。≒D）中的多巴胺能異常和阿爾茨海默?。ˋD）中的膽堿能異常。
• 間充質(zhì)干細胞（MSCs）：在帕金森病、肌萎縮側(cè)索硬化癥（ALS）和AD的臨床前研究中，MSCs已被證明具有重要作用，其作用機制可能是促進神經(jīng)元存活、激活小膠質(zhì)細胞和釋放神經(jīng)營養(yǎng)因子。MSC移植成功改善了ALS患者的運動神經(jīng)元功能并減少了泛素。
• 誘導多能干細胞（iPSCs）：iPSCs是神經(jīng)退行性疾病疾病建模的重要工具，通過CRISPR/Cas9進行基因編輯以產(chǎn)生同基因移植物或類器官是NDD領(lǐng)域的持續(xù)研究方向。由于自體移植免疫排斥和倫理問題較小，iPSCs在NDD治療中是較理想的選擇，但臨床療效仍有待驗證。
• 神經(jīng)干細胞（NSCs）：神經(jīng)干細胞移植是治療中風、精神疾病的有力手段，研究發(fā)現(xiàn)NSCs具有再生潛力，涉及免疫調(diào)節(jié)、神經(jīng)保護、釋放神經(jīng)營養(yǎng)因子和減輕神經(jīng)炎癥等機制。臨床評估顯示，接受NSC脊髓內(nèi)注射的患者疾病進展減緩，在PD的臨床試驗中也觀察到臨床癥狀改善且無明顯副作用。
• 聯(lián)合移植策略：過去嘗試了聯(lián)合移植策略，如將MSCs和NSCs在可控培養(yǎng)條件下聯(lián)合，可使其分化為多巴胺能神經(jīng)元，改善PD患者的空間學習能力。

寫在最后：綜上所述，胚胎干細胞與成體干細胞的基礎(chǔ)知識搭建起了一座通往醫(yī)學新時代的橋梁。它們在復雜疾病治療中展現(xiàn)出的潛力，猶如破曉的曙光，為眾多深受病痛折磨的患者帶來了希望。

隨著科技的飛速發(fā)展，我們有理由相信，未來干細胞療法將取得更多突破性進展?；蛟S在不久的將來，心血管疾病不再是健康的 “頭號殺手”，神經(jīng)退行性疾病也能得到有效控制。干細胞技術(shù)有望重塑醫(yī)學格局，為人類健康事業(yè)鑄就新的輝煌，讓我們拭目以待這一充滿希望的未來。

參考資料：Verma G, Ravichandran S. Fundamentals of Stem Cells and Application in Complex Disorders [Internet]. Stem Cell Transplantation [Working Title]. IntechOpen; 2025. Available from: http://dx.doi.org/10.5772/intechopen.1008567

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