个方面：①胚状体形成实验。胚状体(embryoid body,EB)是在一定条件下胚胎干细胞自发形成的具有 胚层结构的小体，其三个胚层的形成与分化基本模拟了体内胚胎早期发育时组织细胞分化的过程。将 S细胞培养在缺乏白血病抑制因子的条件下，一部分细胞能分化形成胚状体，表明ES细胞具有多能干 细胞的特性。将ES细胞诱导形成胚状体，然后再从胚状体中分离所需要的目标细胞，进而扩大培养和 利用，是ES细胞体外分化研究的一种策略。②畸胎瘤实验。将ES细胞移植到免疫缺陷小鼠的皮下 移植细胞能形成胚胎组织瘤。在南组织中能观察到内环层来源的胃上皮组织，中胚层来源的骨、软骨组 织、平滑肌和横纹肌，以及外胚层来源的神经表皮、神经节及复层麟状上皮组织等，表明S细跑具有形 成外、中、内三个胚层组织细胞的潜能。③嵌合体实验。将体外培养的S细胞注射到囊胚腔中，使其参 与内细胞团的继续发育，进而通过对发育小鼠各个组织的分析，观察植入细胞是否可以分化为各种组织 细胞。1984年，Bradley和Na首次证明了小鼠ES细胞的多能性，当ES细胞被导入囊胚后可以分化为 包括生殖细胞在内的各种组织细胞。后来，在猪、牛、绵羊、仓鼠、鸡、斑马鱼及恒河猴等脊椎动物的S 细胞研究中也得到了相似的结论。然而，由于伦理道德等方面的原因，这种方法不能用于人胚胎干细胞 的多能性潜能评价（图24-3）。 细胞 够尿系好 胚胎干细胞 动系站 神经系统 真皮细胞 皮肤附属器 图243人类胚胎干细胞的分化潜能 四、胚胎千细胞研究的意义及伦理道德争议 胚胎干细胞在哺乳动物早期胚胎发生、细胞分化、基因表达调控等发育生物学问题研究方面具有重 要的生物学意义。在医学科学方面，胚胎干细胞为人类疾病的发生机制及其防治手段的研究开辟了 一个全新的领域。然而，干细胞研究引发的伦理学问题始终伴随干细胞研究的发展。关于干细胞研 究的伦理道德争议，主要涉及到人类胚胎干细胞领域。支持者认为开展胚胎干细胞的研究有助于治 539
第五篇细胞分裂增殖与生长发育 疗那些目前无法实行常规治疗的疑难杂症，干细胞研究被认为是找到阿尔茨海默病、帕金森症等神 经和大脑疾病新疗法的希望，是晚数生命的积极行为：而反对者认为依照目前的技术，获取胚胎干细 胞需要在胚泡阶段破坏胚胎来提取内细胞团细胞，这是对生命的破坏。然而其他干细胞类型的研 究，例如成体干细胞以及新近发展的诱导多能干细胞的研究，不会产生伦理道德的争议，因而具有重 要的应用前景。 五、诱导多能千细胞 诱导多能干细胞(induced pluripotent stem cells,PS):20O6年日本京都大学山中伸弥(Shinya Ya- manaka)在世界苦名学术杂志Cel上率先报首了诱导多能干细胞的研究。他们把O3/4,Sox2、c-Mv 和K4这四种转录因子基因克隆入病毒载体，然后引入小鼠成纤维细胞，发现可诱导其发生转化，产生 的S细胞在形态，基因和蛋白表达、表观贵传修饰状态、细胞倍增能力、类胚体和畸形瘤生成能力、分 化能力等方面都与胚胎干细胞相似。2007年11月20日，美国威斯康星大学詹姆斯·汤姆森的研究小 组在Science杂志发表体细胞转变成“诱导性多能干细胞”(iPS细胞)的成果。PS细胞是由一些多能遗 传基因导入皮肤等细胞中制造而成。在制造过程中，研究人员使用了4种遗传基因，同时加入了7种包 括可阻碍特定蛋白质合成的物质和酶在内的化合物，以研究其各自的制造效率。用诱导性多能干细胞 治疗人类疾病仍然需要克服许多关键障碍。比如，添加4个“重新编程”基因或取代疾病细胞中有缺陷 基因的方法都可能有导致癌症的副作用。在诱导性多能干细胞能被考虑用于人类疗法之前，研究人员 需要发展出安全的方法来解决这些以及其他可能的问题。 所谓细胞核重编程即将成年体细胞重新诱导回早期干细胞状态，以用于形成各种类型的细胞，应用 于临床医学。约输·格登任职于英国剑桥格登研究所。他于1962年诵时实验把单鲜的分化细胞的细 胞核移植进入卵母细胞质中，并培有出成体青蛙。这一实验首次证实分化了的细胞基因组是可以逆转 变化的，具有划时代的意义。这种细胞又称PS细胞，是动物特定成熟细胞（以体细胞为主）经过诱导因 子“编程”处理后转化而成的干细胞。它具有和胚胎干细胞等其他干细胞类似的功能，可以发育成组织 和器官，同时规避了胚胎干细胞研究面临的伦理和法律障碍，创造了生命科学研究的一大潮流，是有望 应用于再生医疗和制药的划时代成果。近年来，S成为干细胞研究的热点领域，小鼠和人类PS细胞 的相继成功获得。PS细胞不但在形态结构、基因表达、表观遗传修饰和细胞功能等方面与胚胎干细胞 十分相似，同时也具有向内、中、外等三个胚层组织细胞分化的多能性。PS技术诞生以来在干细胞研究 领域、表观遗传学研究领域以及生物医学研究领域引起了强烈的反响，帮助我们解答了许多悬而未决的 基础科学问题。英国科学家约翰·格登和日本科学家山中伸弥因在诱导多功能干细胞领域的贡献共同 分享这2012年诺贝尔生理学或医学奖。 第三节成体干细胞 成体干细胞存在于机体的各种组织器官中，是存在于分化组织中的未分化细胞。成体干细胞在正 常情况下大多处于休眠状态，在病理状态或外因诱导下可表现出不同程度的自我更新和增殖分化的能 力，能分化为所在组织的组成细胞类型。造血干细胞是最早被认识的成体干细胞。近年来，随着细胞生 物学和分子生物学的发展，除造血干细胞之外已有多种其他成体组织的干细胞被成功分离或鉴定，如皮 肤干细胞、毛囊干细胞、肠干细胞、神经干细胞等。关于成体干细胞，有一点是非常重要的：在组织内只 含有极少量的干细胞，干细胞存在于组织的特定区域内，从而在数年内都维持静止休眠状态，也就是保 持不分裂的状态，直到组织受到损伤或发生疾病时被激活，才开始分裂。已经报道的含有干细胞的成体 组织包括：脑、骨髓、外周血液、血管、骨骼肌、皮肤和肝脏（图244）。 50