动物生物学结课论文
成体干细胞研究进展与应用
姓名：殷晓杰 学号：2009013452 班级：生物技术093 学院：生命科学学院
成体干细胞研究进展与应用
作者：殷晓杰
摘要：干细胞是能够不断分化和自我更新的一类细胞，全能性是其最大的特点。在个体生长发育过程中，有两类干细胞：胚胎干细胞和成体干细胞。成体干细胞是指存在于较成熟的分化组织中，能自我更新和特异分化的一类细胞。近年来，成体干细胞的多分化潜能及其应用的报道层出不穷。本文主要叙述了什么是成体干细胞，成体干细胞与胚胎干细胞的区别于比较，成体干细胞的应用这几个方面。 关键字：成体干细胞 研究进展 应用
Adult stem cell research and application
Author：Yin xiaojie
Abstract：
Stem cells are able to continually divide and self-renewal of a class of cells,pluripotency is its greatest feature. Growth and development of the individual, there are two types of stem cells: embryonic stem cells and adult stem cells. Adult stem cells is present in more mature differentiated tissues in specific self-renewal and differentiation of a class of cells. In recent years, adult stem cell differentiation potential and application of multi endless reports. This paper describes what is adult stem cells, adult stem cells and embryonic stem cells different from the comparison, the application of adult stem cells in these areas. Key word：Adult stem cell application Advances 对干细胞的研究是起始于对造血干细胞的研究的。干细胞的研究公认为是开始于1960年代，在加拿大科学家J.E.Til和E.A.McCulloch的研究之后，二者发现并命名了造血干细胞。虽然后来发现其找到的只是一种较为成熟的早起造血祖细胞而已，但对于干细胞的研究历史而言，依然有巨大意义。二人初步定义了干细胞，并开创了寻找和分离造血干细胞的方法。此次以后，干细胞的研究历史不断飞速前进，取得了巨大的成果。我国对于干细胞的研究，被认为是1965年从细胞分子学开始。 一、 什么是干细胞
从1961年J.E.Till和E.A.McCulloch“发现”并命名干细胞以来，人们对干细胞的认识是不断的加深的，目前已基本取得共识。
1. 什么是干细胞？
干细胞是一类能形成和维持多种功能、构筑组织器官或生物个体的原始细胞。干细胞是尚未分化的细胞，始终保留有分化的潜能，多向分化。同时，干细胞也能够进行自我更新，自我稳定。干细胞没有明显的形态或生化特征，1996年由Reynolds等提出的成体组织内干细胞的判定标准巳被多数科学家认同,它们包括: (1.) 具有无限增殖的能力；
(2.) 长期保持自我稳定的能力； (3.) 长期保持分化的潜能；
(4.) 能产生大量的带有组织主要表现型的子代细胞； (5.) 新细胞的产生是对损伤的回应。
以上五点，是对干细胞特征的精要概括。笔者认为，干细胞是在生命个体发育过程中，由于基因选择性表达而特异保存下来的，未分化或部分分化的一群细胞，以使得生命有机体能应对在发育过程中出现的不可避免的细胞消耗和生命物质的损失。一些细胞在胚胎发育或后继的初步发育时就被生命体选择出来，来行使特异的功能（不断补充其它组织的损伤、不断增殖等），如造血干细胞、神经干细胞等。这些干细胞都属于成体干细胞，并且也从生命体成熟组织中得到了分离和鉴定，而胚胎干细胞只能从胚胎期获得。
2. 干细胞的研究历史
1961年，J.E.Till和E.A.McCulloch对干细胞存在处所及其功能作了研究，并取得了一定进展。他们用致死剂量的辐射照射小鼠以破坏其造血系统和免疫系统，然后给注射遗传上相容的健康的小鼠骨髓。12天后，取出受辐射小鼠的脾，并计数脾里生长的造血细胞的集落数。结果发现，小鼠脾里的集落数和原先注入的干细胞数是相对应的。这可以认为是干细胞研究的发轫。此后，干细胞的研究飞速的发展。从干细胞的发现到现在，对干细胞的研究一直未间断。2010年，干细胞研究和microRNA调控等被认为是生命科学十大研究热点方向。
总的来说，过去的几十年的研究是注重在胚胎干细胞上的，最近几年，由于受到社会伦理的压力，各国不得不出台法令明文限制胚胎干细胞的研究。同时，各种分离技术的发展，成体干细胞的获得使得成体干细胞的研究变得火热。在过去20年的研究中，有关胚胎干细胞的大多数工作集中于建立转基因动物。直到1998年末，人的胚胎干细胞成功建系，们才把工作重心逐渐转移到诱导分化上。但目前，成体干细胞的研究异军突起，突飞猛进。近年来关于各种组织成体干细胞的发现越来越多，关于成体干细胞的多分化潜能也有很多报道。由于没有伦理的限制，在医学上成体干细胞已经吸引了众多的目光。
以下，可以看出干细胞研究的一些历史：
年份 20世纪60年代 1981 1989 1998 2003 2004 最近几年 研究成果 确立了胚胎癌细胞是一种干细胞 Evan, Kaufman 和Martin分离出小鼠ES细胞 Pera 等分离了一个人EC细胞系 证明了人ES细胞的多能性 建立了人类皮肤细胞与兔子卵细胞种间融合的方法 克隆干细胞在活体动物体内修复受损组织 成体干细胞被发现分离，分化性能的研究 3. 干细胞的分类
干细胞，从不同的角度对其进行划分，可以分为不同的几类。在不同的发育过程中，干细胞有：胚胎干细胞和成体干细胞。干细胞按其分化能力的差异分为 3型：全能干细胞、多能干细胞和专能干细胞。胚胎干细胞是全能干细胞，成体干细胞为多能干细胞或专能干细胞。
二、 成体干细胞和胚胎干细胞的比较
成体干细胞是21世纪初生物学的伟大发现，它改变了干细胞的传统理念。20世纪末，有关报道表示，在许多成体组织中有一些细胞可以在体外被某些细胞因子诱导分化，变为和原组织不同的组织细胞，例如肌肉匀浆中诱导发生的造血细胞、脂肪组织中诱导发生的神经元细胞等。此后，越来越多的实验证明成体组织中还存在胚胎发育过程中遗留的各个胚层的干细胞和各类组织干细胞。当胚胎不断发育成长，而那些不参与胚胎发育的处于静止状态的各类成体干细胞，却依然遗留在机体的各种组织中。在一定的诱导因子的作用下，这类细胞能从G0期转入细胞周期而增殖。
⑴什么是成体干细胞？
可以知道，成体干细胞的发现到现在不过几十年的时间。对于什么是成体干细胞，也是不断地在重新认识当中。传统的理念认为成体干细胞是存在于成体组织中，具有不断增殖、自我更新和组织特异性定向分化潜能的一群细胞。2001年斯坦福大学的Blau提出了一个全新的成体干细胞概念：成体干细胞是一种细胞状态，它可以来自许多不同类型的细胞，包括已分化的，它不仅存在于特定的组织中，还可以通过血液循环到达躯体各处，参与组织的修复与再生。成体干细胞
的这一概念和传统的细胞发育理论是有很大背离的，这也是成体干细胞对细胞发育理论的一个补充。
⑵成体干细胞的特点
成体干细胞作为干细胞的一种，具有干细胞的基本特征。但也有不同的地方。
①自我更新 自我更新是成体干细胞的基本特征之一。组织器官的结构和功能就是靠成体干细胞维持的。功能组织和器官中必须要有一定的成体干细胞，才能不断补充在功能的行使过程中损失的细胞。同时，组织中也会细胞受到损伤或者凋亡，也需要成体干细胞不断分化来维持结构确保功能的正常行使。这样，干细胞分裂的时候，一部分子细胞停留在未分化的程度上，使得干细胞本身的量维持很定；另一部分细胞分化为功能细胞，构建组织。
②多能分化 成体干细胞属于多能干细胞，其全能性没有胚胎干细胞强，分化程度比胚胎干细胞高。多能分化也是成体干细胞的另一基本特征。多能分化指的是成体干细胞能过分化为多种细胞组织。例如，造血干细胞能够分化最终能形成T（B）淋巴细胞、自然杀伤细胞、粒细胞、单核巨噬细胞、红细胞等血液中的细胞。近年来，关于成体干细胞的定向诱导的报道可见诸于文献。通过对干细胞进行标记，在体内追踪器分化方向和命运变化，从而推断出影响分化命运的因子。在通过分子生物学和生物化学的方法，确定影响因子，对成体干细胞进行定向诱导。这一点，在生物临床医学上有无穷的价值。
（引自：黄海霞，汤雪明.成体干细胞多能性研究进展）图一
干细胞概念与分化程度 图二
（引自：黄海霞，汤雪明.成体干细胞多能性研究进展）
在多能分化的基础上，一些科学家提出成体干细胞的“可塑性”和“跨谱分化”。可塑性也称为横向分化，是指一些成体干细胞能够跨胚层分化，一种组织中的成体干细胞能够在一定的诱导条件下分化为其它完全不相同的组织。如骨髓来源的干细胞具有向肝脏组织分化的能力。从图表一可以看出成体干细胞跨谱分化的实例。但这种观点遭到了几年来许多生物学家的质疑。其主要的观点是至今尚没有一种可能进行的实验，用绝对纯化的正常组织干细胞克隆来证明组织定向干细胞可以向非自身组织的方向进行分化。也就是说在现在的技术手段下对成体干细胞的分离和纯化依然不成熟。一个重要的实验就是Murff和Balsam证明了的CD34+造血干细胞到达损伤的心肌部位却仍然分化为CD45+造血细胞，而没有变为心肌细胞。至于跨谱分化究竟存不存在，笔者认为还不能完全下定论，还有待实验技术的提高。
③成体干细胞的老化
虽然成体干细胞有着很强自我更新的能力，但毕竟不同于胚胎干细胞能无限分化增殖下去。有关文献报道，在体外对成体干细胞进行培养时，在60代以后有明显的成瘤趋势。成体干细胞的老化也是最先在造血干细胞中发现。在早期的动物骨髓干细胞的移植实验中发现，经过一定代数的移植后，在被移植的年老动物体内造血能力会缺失。对成体干细胞的机制研究是源于对Arm缺失小鼠的分析。目前，对成体干细胞老化的研究正在兴起中，也是一个研究热点。 ㈢成体干细胞比较胚胎干细胞的优势
比较成体干细胞和胚胎干细胞，两者之间有相同点也有相异点。
之所以目前成体干细胞的研究更加火热，是因为成体干细胞有以下的优点：①没有伦理压力 胚胎干细胞的研究最主要的研制因素是道德伦理问题。对于什么是生命，不同的人会给出不同的答案。宗教和伦理的压力使得胚胎干细胞的研究困难重重；②分化多能性 而成体干细胞具有分化的多能性，而相对而言，对成体干细胞的定向诱导比胚胎干细胞更容易。这使得胚胎干细胞的优势丧失了；③取材方便 显而易见，成体干细胞的获得比胚胎干细胞更容易。骨髓就是各种成体干细胞的天然培养基地；④定向分化与诱导 相面已经说过，成体干细胞可以更容易的定向诱导和分化。在一个可控的情形下分化，是可喜的状况；⑤没有自身免疫 由于成体干细胞是取自是实验者本身的体内，故可以忽略组织抗原的排外作用。 三、 成体干细胞的研究进展与应用
随着成体干细胞的发现到现在，成体干细胞的发展是巨大的，目前成体干细胞的研究热点主要集中在以下几方面：1.取材 要对成体干细胞进行研究就必须要有实验材料。目前如何更高纯度的分离到成体干细胞是研究的一个方向。这主要是偏向于技术层面的。骨髓是首选的材料来源。骨髓是人体重要器官之一，含大量成体干细胞，而且取材方便，已然成为成体干细胞研究焦点。而且骨髓中的一些干细胞的研究也比较透彻。2.成体干细胞的跨谱分化 对于成体干细胞到底是否能够进行跨胚层分化这一问题，还没有得到很好的解决。所以，这也是研究的方向。3.干细胞的老化 前面提过，成体干细胞会有老化的现象。其具体的机制还不明白。4.诱导分化 如果能够完全的对成体干细胞的分化进行定向诱导，那么其意义是巨大的。诱导分化分为体内诱导和体外诱导，主要是通过遗传标记的手段寻找到可能的诱导因子，再逐个验证。体外诱导的方法是向培养液中加入诱导因子，如O2、血清、维生素等。5.细胞发育的理论研究 可以说，成体干细胞的发现时对传统细胞发育理论的一大突破和挑战。对于到底成体干细胞的来源还在研究。目前，对于成体干细胞多能分化的机制有这样几种假说：①成体组织中存在有胚胎发育早期残留下来的多潜能干细胞，可以定向分化为2种以上的组织特异性干细胞。②细胞融合使成体干细胞获得新的细胞表型及功能。③直接或间接跨系分化：成体干细胞可以在不发生细胞融合的情况下直接改变其基因表达模式而跨系分化形成另一类型的细胞，或者先去分化进入一种更为原始的状态．然后再分化形成另一类型的细胞。至于真的得分化机制是什么，还在研究中。
一直以来，干细胞的研究之所以受到诸多的关注，是因为其巨大的实用。对成体干细胞的的应用主要是集中在干细胞疾病和人造器官上。成体干细胞包括造血和非造血的干细胞，非造血的干细胞又包括
了各种非造血组织干细胞有包括各种间质干细胞。间质干细胞属于结缔组织，是各种组织修复必不可少的。干细胞疾病可以分为干细胞功能异常疾病和干细胞功能缺乏疾病。干细胞的自我更新、分化与老化发生紊乱均会引起疾病。常见的干细胞疾病有肿瘤干细胞、老年痴呆、白血病等。这些疾病可以通过移植成体干细胞而得到解决。对于人造器官，是成体干细胞的又一大应用。通过成体干细胞的多能性分化，制造出没有免疫排斥的器官，将会为很多器官损伤病人带来福音。另外，值得补充的一点，利用成体干细胞分化得到的子细胞而研究一些疾病的发病机制也是很可行的。这里，成体干细胞就被用来作为实验材料的供应者了。 四、 展望
从成体干细胞的发现代现在，可以说发展是很大的。虽然目前还有很多的问题没有被解决，像成体干细胞的来源、成体干细胞的老化、成体干细胞的分化机制等。但我们有理由相信，随着社会的关注度的提高，政府的投入加大，越来越多的学者投入到成体干细胞的研究，那些曾经的“拦路虎”终将不复存在！干细胞的时代已经带来，更多的成果会应用到人类社会，更多的人受到成体干细胞的“祝福之光”！ 参考文献： 【1】 王芳.干细胞研究进展[j].现代妇产科进展，2002,11（2）:133-135 【2】 陈强，杨在亮，孙士锦.成体干细胞研究进展[j].重庆医学，
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