中國(guó)醫(yī)科院血液研究所中美合作實(shí)驗(yàn)室 趙春華

1月23日，由566位中國(guó)科學(xué)院和工程院院士參加投票評(píng)選的2001年中國(guó)十大科技進(jìn)展新聞揭曉,，其中與生命科學(xué)相關(guān)的研究占有重要地位,。去年12月在美國(guó)召開(kāi)的血液學(xué)年會(huì)上，干細(xì)胞研究是科學(xué)家們的重點(diǎn)課題。其研究近年來(lái)在生命科學(xué)領(lǐng)域取得了突破性進(jìn)展，從1970年Martin Evans首次從小鼠胚囊中分離出小鼠胚胎干細(xì)胞，到原被誤認(rèn)為功能單一的干細(xì)胞后被證實(shí)具有自我復(fù)制能力,，且可分化為人體206種組織器官的原始細(xì)胞；從1998年在人胚囊內(nèi)層細(xì)胞分離出人的胚胎干細(xì)胞到目前通過(guò)核移植技術(shù)獲得的第1例人胚胎干細(xì)胞及美國(guó)國(guó)會(huì)就此技術(shù)發(fā)展前景與生命倫理問(wèn)題的爭(zhēng)議,，人們充分認(rèn)識(shí)到,，21世紀(jì)將是生命再生醫(yī)學(xué)年代，干細(xì)胞研究將在此領(lǐng)域內(nèi)起到重大推動(dòng)作用,。在此,，我想談些有關(guān)胚胎干細(xì)胞和成體干細(xì)胞的比較研究。

體內(nèi)和體外的研究都表明,，人胚胎干細(xì)胞能分化成人體的絕大多數(shù)細(xì)胞類群,，諸如神經(jīng)細(xì)胞、心肌,、骨骼肌,、內(nèi)皮細(xì)胞、胃腸組織,、肝細(xì)胞,、β－胰島細(xì)胞、骨,、軟骨,、造血細(xì)胞等。干細(xì)胞具有的能夠穩(wěn)定生存增殖并保持多向分化潛能的特性使其在遺傳性疾病和組織器官移植領(lǐng)域有著巨大的應(yīng)用前景,。

根據(jù)個(gè)體發(fā)育過(guò)程中出現(xiàn)的先后次序不同,，干細(xì)胞又可分為胚胎干細(xì)胞和成體干細(xì)胞。胚胎干細(xì)胞出現(xiàn)在胚胎發(fā)育的胚囊內(nèi)層,，高水平表達(dá)端粒酶,。因?yàn)楂@取胚胎干細(xì)胞,、建立胚胎干細(xì)胞系必須破壞胚囊,，生命的定義目前尚無(wú)統(tǒng)一的認(rèn)識(shí),，體外培養(yǎng)產(chǎn)生的胚囊是否具有生命還存在著廣泛的爭(zhēng)議，所以胚胎干細(xì)胞的分離,、研究乃至用于臨床治療是否符合倫理道德的問(wèn)題引起了全世界的廣泛爭(zhēng)論,。一種觀點(diǎn)認(rèn)為受精卵產(chǎn)生就意味著新生命的誕生，破壞胚囊就意味著扼殺了一個(gè)新的生命,。因此,，胚胎干細(xì)胞的分離、研究及應(yīng)用都是違反倫理道德的,。也有觀點(diǎn)認(rèn)為盡管胚胎干細(xì)胞的分離不符合傳統(tǒng)的道德觀念,，但出于研究目的而分離胚胎干細(xì)胞可以被接受。另有一些觀點(diǎn)認(rèn)為,，受精卵如果未在母體子宮內(nèi)生長(zhǎng),，就不會(huì)發(fā)育成為完整的個(gè)體，因而不能稱其為生命,。利用這種體外受精產(chǎn)生的胚胎干細(xì)胞進(jìn)行研究和臨床治療,，并不違反倫理道德。

胚胎干細(xì)胞繼續(xù)進(jìn)行分化,，形成具有特定功能的干細(xì)胞,，如血液干細(xì)胞可分化成白細(xì)胞、紅細(xì)胞和血小板,，皮膚干細(xì)胞可形成各種不同類型的皮膚細(xì)胞,。這些專門(mén)化的干細(xì)胞統(tǒng)稱多能干細(xì)胞。在胎兒,、兒童和成人組織中存在的多能干細(xì)胞統(tǒng)稱“成體干細(xì)胞（Adult stem cell）”,。最近幾年的研究表明，這些干細(xì)胞的分化能力遠(yuǎn)超過(guò)傳統(tǒng)觀點(diǎn)局限的范圍,。例如骨髓成體干細(xì)胞在合適的體內(nèi)外環(huán)境中可長(zhǎng)期生長(zhǎng),，也可分化為成骨細(xì)胞 、軟骨細(xì)胞,、脂肪細(xì)胞 ,、平滑肌細(xì)胞 、成纖維細(xì)胞,、骨髓基質(zhì)細(xì)胞及多種血管內(nèi)皮細(xì)胞,。還可形成一種肝臟前體細(xì)胞－肝卵園細(xì)胞，神經(jīng),、膠質(zhì)細(xì)胞和心肌細(xì)胞,。高度純化的造血干細(xì)胞可分化形成肝細(xì)胞、內(nèi)皮細(xì)胞和心肌細(xì)胞。骨骼肌細(xì)胞能分化出造血細(xì)胞,，中樞神經(jīng)系統(tǒng)干細(xì)胞可形成血液細(xì)胞,、肌肉和許多其它體細(xì)胞。我室也首次報(bào)道了來(lái)源于骨髓的間充質(zhì)干細(xì)胞分化成造血細(xì)胞,，重建了造血系統(tǒng),。成體干細(xì)胞這種跨系統(tǒng)分化特性稱為“可塑性（Plasticity）”。

　與胚胎干細(xì)胞相比,，成體干細(xì)胞具有許多優(yōu)勢(shì)：

1,、 胚胎干細(xì)胞具有全能性和可以建系傳代等優(yōu)點(diǎn)，因此理論上應(yīng)用前景廣闊,。但實(shí)際上由于每個(gè)個(gè)體的主要組織相容性復(fù)合體（MHC）不同,，同種異體胚胎干細(xì)胞及其分化組織細(xì)胞用于臨床會(huì)引起免疫排斥，因此基于胚胎干細(xì)胞的治療方案要求對(duì)患者進(jìn)行長(zhǎng)期免疫抑制劑治療或?qū)⒒颊叩脑煅到y(tǒng)和外來(lái)細(xì)胞形成嵌合體,。盡管最近有研究證實(shí),，人胚胎干細(xì)胞能誘導(dǎo)分化成為造血細(xì)胞，但小鼠胚胎干細(xì)胞的實(shí)驗(yàn)表明,，來(lái)源于胚胎干細(xì)胞的造血細(xì)胞在體內(nèi)無(wú)法重建造血機(jī)制,，因而限制了臨床應(yīng)用。為了解決免疫排斥的問(wèn)題,，研究人員探索將患者的體細(xì)胞核移植到去核的健康供體卵細(xì)胞中,，在體外克隆并隨后發(fā)育分化產(chǎn)生攜帶患者自己MHC的胚胎干細(xì)胞。這些胚胎干細(xì)胞及其衍生組織移植后不會(huì)產(chǎn)生免疫排斥,，因此可以用于患者病變組織及其功能的重建,，這就是治療性克隆。但一些研究觀察到,，胚胎干細(xì)胞發(fā)育分化過(guò)程中具有極高的非整倍體發(fā)生率,，美國(guó)馬薩諸塞州耶尼德研究組的最新研究發(fā)現(xiàn)，克隆動(dòng)物的基因在構(gòu)成沒(méi)有缺陷的情況下,，也不能像正常動(dòng)物基因一樣準(zhǔn)確表達(dá)出來(lái),，也就是說(shuō)，克隆動(dòng)物存在無(wú)法正確生長(zhǎng)發(fā)育的危險(xiǎn),。正是這個(gè)原因,，造成現(xiàn)在98％的動(dòng)物克隆實(shí)驗(yàn)失敗，而順利降生的克隆動(dòng)物也經(jīng)常出現(xiàn)體重超重等異常,。研究還發(fā)現(xiàn),，利用目前的克隆技術(shù)取患者體細(xì)胞核的細(xì)胞克隆培育出來(lái)的新組織一樣會(huì)存在缺陷，這項(xiàng)技術(shù)還有待完善,、成熟,。體細(xì)胞克隆所需的卵細(xì)胞難以獲得,，成體干細(xì)胞則可從患者自身獲得，而不存在組織相容性的問(wèn)題,，治療時(shí)可避免長(zhǎng)期應(yīng)用免疫抑制劑對(duì)患者的傷害,。此外，少量的骨髓切除治療有助于形成部分造血嵌合,，可使異體成體干細(xì)胞的治療成為可能,。

2,、 雖然胚胎干細(xì)胞能分化成各種細(xì)胞類型,，但這種分化是“非定位性”的。目前尚不能控制胚胎干細(xì)胞在特定的部位分化成相應(yīng)的細(xì)胞,，當(dāng)前的做法容易導(dǎo)致畸胎瘤,。在應(yīng)用胚胎干細(xì)胞治療前，必須先進(jìn)行初步的細(xì)胞誘導(dǎo)分化,，以防止畸胎瘤的發(fā)生,。應(yīng)用胚胎干細(xì)胞時(shí)，也必須確認(rèn)胚胎干細(xì)胞供者沒(méi)有諸如（?。I(yíng)養(yǎng)失調(diào)癥之類的遺傳性疾病,。相對(duì)而言，成體干細(xì)胞不存在上述問(wèn)題,，例如骨髓移植實(shí)驗(yàn)并不引發(fā)畸胎瘤,。

3、 成體干細(xì)胞也具有類胚胎干細(xì)胞的高度分化能力,。我室在國(guó)內(nèi)率先提出了成體干細(xì)胞可塑性及中胚層來(lái)源成體干細(xì)胞分化機(jī)制研究,，已在國(guó)家衛(wèi)生部立項(xiàng)，并獲得國(guó)家科技攀登計(jì)劃,、國(guó)家自然科學(xué)基金,、紐約CMB基金、衛(wèi)生部專項(xiàng)基金,、天津市科委重大科技攻關(guān)“干細(xì)胞組織工程”項(xiàng)目和中美合作項(xiàng)目等大力支持?，F(xiàn)已建立了干細(xì)胞平臺(tái)技術(shù)，從肌肉,、肝臟,、骨髓中成功地發(fā)現(xiàn)和分離了成體干細(xì)胞群，完成了干細(xì)胞定向誘導(dǎo)分化成骨,、軟骨,、神經(jīng)細(xì)胞、心肌細(xì)胞和血管內(nèi)皮細(xì)胞的研究,；最近又研究發(fā)現(xiàn),，從胰腺等組織可分離出間充質(zhì)表型的成體干細(xì)胞群,，具有多系分化潛能?chē)?guó)內(nèi)外尚未見(jiàn)相關(guān)報(bào)道。另外,，我室率先在體內(nèi)和體外實(shí)驗(yàn)證實(shí),，間充質(zhì)表型干細(xì)胞群可在干細(xì)胞調(diào)控因子誘導(dǎo)下轉(zhuǎn)化成造血干細(xì)胞，在本次大會(huì)上多家著名實(shí)驗(yàn)室也重復(fù)出同樣結(jié)果,。在上述研究工作的基礎(chǔ)上,，我們又提出了成體干細(xì)胞研究的新假說(shuō)，即在人體發(fā)育的過(guò)程中,，成體干細(xì)胞是存留在多種組織中,、具有多系分化能力的亞全能干細(xì)胞群體，這些細(xì)胞都具有相同或相似的細(xì)胞表型,，在適合的微環(huán)境下可分化成多種組織細(xì)胞,。成體干細(xì)胞移植是治療血液系統(tǒng)疾病、先天性遺傳疾病以及多發(fā)性和轉(zhuǎn)移性惡性腫瘤疾病的最有效方法,。

但胚胎干細(xì)胞也存在自身的優(yōu)勢(shì)：

1,、 胚胎干細(xì)胞能永生化，可以傳代建系,，且增殖能力強(qiáng),，來(lái)源充沛。

2,、 雖然成體干細(xì)胞具有向多系分化的能力,，但這種分化的“效率”尚不理想。通過(guò)體外的擴(kuò)增培養(yǎng)能提高轉(zhuǎn)化效率,，但是體外的轉(zhuǎn)化是否會(huì)引起成體干細(xì)胞遺傳變化還有待證實(shí),，而且這種分化是否是成體干細(xì)胞多系分化的結(jié)果尚無(wú)法肯定。即使是成體干細(xì)胞多系分化的結(jié)果,，我們也不明了是何種信號(hào)誘導(dǎo)了整個(gè)過(guò)程的發(fā)生,。而胚胎干細(xì)胞的研究已經(jīng)有三十多年的歷史。鼠胚胎干細(xì)胞的研究已經(jīng)證明了胚胎干細(xì)胞的全能性,。相應(yīng)的信號(hào)誘導(dǎo)機(jī)制的研究也取得了長(zhǎng)足的進(jìn)展,。目前鼠胚胎干細(xì)胞的研究成果給正在進(jìn)行的人體胚胎干細(xì)胞研究很大的助力。

成體干細(xì)胞和胚胎干細(xì)胞各有自身的優(yōu)勢(shì)和缺陷,。對(duì)于一個(gè)實(shí)驗(yàn)室而言,，同時(shí)開(kāi)展對(duì)兩者的研究，不僅是可能的,，而且能互為裨益,，相得益彰。兩者的研究對(duì)干細(xì)胞領(lǐng)域而言都是必要的,。

今年3月在紐約即將召開(kāi)基礎(chǔ)科學(xué)研討大會(huì),，“組織細(xì)胞工程”有四大主題,，其中三個(gè)是圍繞干細(xì)胞資源、細(xì)胞間相互作用,、細(xì)胞生長(zhǎng)微環(huán)境展開(kāi)的,。2003年胚胎干細(xì)胞和成體干細(xì)胞在美國(guó)醫(yī)學(xué)生物研究領(lǐng)域都將單獨(dú)立項(xiàng)。由此看出,，隨著干細(xì)胞研究的不斷深入和發(fā)展,，目前一些疑難病癥將可能得到治愈。