[科普中國(guó)]-胚胎干細(xì)胞

胚胎干細(xì)胞（embryonic stem cell，ESCs，簡(jiǎn)稱ES、EK或ESC細(xì)胞。）是早期胚胎（原腸胚期之前）或原始性腺中分離出來的一類細(xì)胞，它具有體外培養(yǎng)無限增殖、自我更新和多向分化的特性。無論在體外還是體內(nèi)環(huán)境，ES細(xì)胞都能被誘導(dǎo)分化為機(jī)體幾乎所有的細(xì)胞類型。胚胎干細(xì)胞研究在美國(guó)一直是一個(gè)頗具爭(zhēng)議的領(lǐng)域，支持者認(rèn)為這項(xiàng)研究有助于根治很多疑難雜癥，因?yàn)榕咛ジ杉?xì)胞可以分化成多種功能的APSC多能細(xì)胞，被認(rèn)為是一種挽救生命的慈善行為，是科學(xué)進(jìn)步的表現(xiàn)。而反對(duì)者則認(rèn)為，進(jìn)行胚胎干細(xì)胞研究就必須破壞胚胎，而胚胎是人尚未成形時(shí)在子宮的生命形式，這有反生命倫理。

簡(jiǎn)介自1981年Evans和Kaufman首次成功分離小鼠ES細(xì)胞，國(guó)內(nèi)外研究人員已在倉鼠、大鼠、兔、豬、牛、綿羊、山羊、水貂、恒河猴、美洲長(zhǎng)尾猴以及人類都分離獲得了ES細(xì)胞，而且已經(jīng)證明小鼠ES細(xì)胞可以分化為心肌細(xì)胞、造血細(xì)胞、卵黃囊細(xì)胞、骨髓細(xì)胞、平滑肌細(xì)胞、脂肪細(xì)胞、軟骨細(xì)胞、成骨細(xì)胞、內(nèi)皮細(xì)胞、黑色素細(xì)胞、神經(jīng)細(xì)胞、神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞、少突膠質(zhì)細(xì)胞、淋巴細(xì)胞、胰島細(xì)胞、滋養(yǎng)層細(xì)胞等。人類ES細(xì)胞也可以分化為滋養(yǎng)層細(xì)胞、神經(jīng)細(xì)胞、神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞、造血細(xì)胞、心肌細(xì)胞等。ES細(xì)胞不僅可以作為體外研究細(xì)胞分化和發(fā)育調(diào)控機(jī)制的模型，而且還可以作為一種載體，將通過同源重組產(chǎn)生的基因組的定點(diǎn)突變導(dǎo)入個(gè)體，更重要的是，ES細(xì)胞將會(huì)給人類移植醫(yī)學(xué)帶來一場(chǎng)革命。

進(jìn)一步說，胚胎干細(xì)胞（ES細(xì)胞）是一種高度未分化細(xì)胞。它具有發(fā)育的全能性，能分化出成體動(dòng)物的所有組織和器官，包括生殖細(xì)胞。研究和利用ES細(xì)胞是當(dāng)前生物工程領(lǐng)域的核心問題之一。ES細(xì)胞的研究可追溯到上世紀(jì)五十年代，由于畸胎瘤干細(xì)胞（EC細(xì)胞）的發(fā)現(xiàn)開始了ES細(xì)胞的生物學(xué)研究歷程。

目前許多研究工作都是以小鼠ES細(xì)胞為研究對(duì)象展開的，如：德美醫(yī)學(xué)小組在去年成功的向試驗(yàn)鼠體內(nèi)移植了由ES細(xì)胞培養(yǎng)出的神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞。此后，密蘇里的研究人員通過鼠胚細(xì)胞移植技術(shù)，使癱瘓的貓恢復(fù)了部分肢體活動(dòng)能力。隨著ES細(xì)胞的研究日益深入，生命科學(xué)家對(duì)人類ES細(xì)胞的了解邁入了一個(gè)新的階段。在98年末，兩個(gè)研究小組成功的培養(yǎng)出人類ES細(xì)胞，保持了ES細(xì)胞分化為各種體細(xì)胞的全能性。這樣就使科學(xué)家利用人類ES細(xì)胞治療各種疾病成為可能。然而，人類ES 細(xì)胞的研究工作引起了全世界范圍內(nèi)的很大爭(zhēng)議，出于社會(huì)倫理學(xué)方面的原因，有些國(guó)家甚至明令禁止進(jìn)行人類ES細(xì)胞研究。無論從基礎(chǔ)研究角度來講還是從臨床應(yīng)用方面來看，人類ES細(xì)胞帶給人類的益處遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于在倫理方面可能造成的負(fù)面影響，因此要求展開人類ES細(xì)胞研究的呼聲也一浪高過一浪。1

生物學(xué)特性形態(tài)學(xué)特征ES細(xì)胞具有與早期胚胎細(xì)胞相似的形態(tài)結(jié)構(gòu)，細(xì)胞核大，有一個(gè)或幾個(gè)核仁，胞核中多為常染色質(zhì)，胞質(zhì)胞漿少，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。體外培養(yǎng)時(shí)，細(xì)胞排列緊密，呈集落狀生長(zhǎng)。用堿性磷酸酶染色，ES細(xì)胞呈棕紅色，而周圍的成纖維細(xì)胞呈淡黃色。細(xì)胞克隆和周圍存在明顯界限，形成的克隆細(xì)胞彼此界限不清，細(xì)胞表面有折光較強(qiáng)的脂狀小滴。細(xì)胞克隆形態(tài)多樣，多數(shù)呈島狀或巢狀。小鼠ES細(xì)胞的直徑7 μm～18 μm，豬、牛、羊ES細(xì)胞的顏色較深，直徑12 μm～18 μm。

分化

ES細(xì)胞的全能性指ES細(xì)胞在解除分化抑制的條件下能參與包括生殖腺在內(nèi)的各種組織的發(fā)育潛力，即ES細(xì)胞具有發(fā)育成完整動(dòng)物體的能力，可以為細(xì)胞的遺傳操作和細(xì)胞分化研究提供豐富的試驗(yàn)材料。ES細(xì)胞發(fā)育全能性的標(biāo)志是ES細(xì)胞表面表達(dá)時(shí)相專一性胚胎抗原（Stage specific embryonicant，SSEA），而且可以檢查到Oct4基因的表達(dá)，這兩種蛋白是發(fā)育全能性的標(biāo)志。ES細(xì)胞中AKP及端粒酶活性較高，可用于ES細(xì)胞分化與否的鑒定。ES細(xì)胞的多能性是指ES細(xì)胞具有發(fā)育成多種組織的能力，參與部分組織的形成。將ES細(xì)胞培養(yǎng)在不含分化抑制物的培養(yǎng)基上，可以形成類胚體。將ES細(xì)胞在特定培養(yǎng)基進(jìn)行培養(yǎng)，可以定向分化成特定組織，如ES細(xì)胞在含有白血病抑制因子（LIF）和維生素A酸（RA）的培養(yǎng)基上，可以分化形成全壁內(nèi)胚層，將ES細(xì)胞與胚胎細(xì)胞共培養(yǎng)或?qū)S細(xì)胞注入囊胚腔中，ES細(xì)胞就會(huì)參與多種組織的發(fā)育。2

功能胚胎干細(xì)胞具有多能性（Pluripotency），特點(diǎn)是可以通過細(xì)胞分化(Cellular differentiation)成多種組織（所有組織，包括生殖系細(xì)胞）的能力，但無法獨(dú)自發(fā)育成一個(gè)個(gè)體（利用四倍體融合技術(shù)可以得到完全由所用ES細(xì)胞發(fā)育而來的個(gè)體）。它可以發(fā)育成為外胚層、中胚層及內(nèi)胚層三種胚層的細(xì)胞組織。這里我們所說的多能性與我們平常所理解的多種分化潛能的細(xì)胞存在著不同，英文單詞中很好區(qū)分，一個(gè)是pluripotency；一個(gè)是multipotency。我們這里理解的多能性是可分化成三胚層的任意細(xì)胞，而多種潛能細(xì)胞則只能分化成為有限的幾種細(xì)胞，例如：造血干細(xì)胞。在無外界提供分化的刺激之下(即可在實(shí)驗(yàn)環(huán)境下生長(zhǎng))，胚胎干細(xì)胞在經(jīng)過多重細(xì)胞分裂之后，仍然能保有萬能分化性（但有實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明在培養(yǎng)過程中ES細(xì)胞也會(huì)發(fā)生變化）。成人干細(xì)胞能否保有萬能分化性，直到現(xiàn)在仍然有爭(zhēng)議（目前一般不采用體外傳代來擴(kuò)增成體干細(xì)胞）。不過，有研究已示范了多能干細(xì)胞可以從成纖維細(xì)胞等很多細(xì)胞中產(chǎn)生出來，這也就是目前很熱的誘導(dǎo)性多能干細(xì)胞（induced pluripotentstem cells，iPS cells），目前越來越多的數(shù)據(jù)顯示這種多能干細(xì)胞和胚胎干細(xì)胞還是存在很大差異的。

天然胚胎里的干細(xì)胞是一種“全能”細(xì)胞，可以分化成所有類型的細(xì)胞。瑞士科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，胚胎細(xì)胞全能特性的秘密在于一種蛋白質(zhì)。

瑞士蘇黎世大學(xué)發(fā)布的新聞公報(bào)說，這種蛋白質(zhì)稱為Pramel7，它存在于早期胚胎細(xì)胞里，可以阻止基因組里的DNA（脫氧核糖核酸）代碼被掛上“封存”的化學(xué)標(biāo)簽，保持基因組的開放性。

所有細(xì)胞都攜帶生物體的全套遺傳信息，但已分化的細(xì)胞，比如血液、骨骼和神經(jīng)細(xì)胞等都只調(diào)用與自身功能相關(guān)的那部分DNA代碼，其余代碼會(huì)掛上甲基團(tuán)，基因表達(dá)被抑制。甲基化程度越低，基因組就越開放，細(xì)胞分化潛力越大。

受精卵處于囊胚階段時(shí)，里面有一團(tuán)被稱為“內(nèi)細(xì)胞群”的細(xì)胞，它們具有真正的全能特性。提取這些細(xì)胞，在實(shí)驗(yàn)室培養(yǎng)皿中讓它們無限繁殖但不分化，得到的胚胎干細(xì)胞分化潛力也很強(qiáng)，但比內(nèi)細(xì)胞群還是有所不如。

研究人員在《自然·細(xì)胞生物學(xué)》雜志上報(bào)告說，控制Pramel7蛋白質(zhì)合成的基因在內(nèi)細(xì)胞群里非常活躍，但在人工培養(yǎng)的胚胎干細(xì)胞里活躍程度較低。加強(qiáng)該基因在人工胚胎干細(xì)胞里的表達(dá)，可以降低整個(gè)基因組的甲基化水平。

Pramel7蛋白質(zhì)僅在胚胎發(fā)育的最初幾天發(fā)揮作用，但對(duì)維持正常發(fā)育至關(guān)重要。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，如果關(guān)閉相關(guān)基因，基因組甲基化水平會(huì)急劇升高，干細(xì)胞停止發(fā)育，導(dǎo)致胚胎死亡。

這一發(fā)現(xiàn)可能有助提高人工胚胎干細(xì)胞的分化潛力，用于醫(yī)學(xué)研究和器官修復(fù)。研究小組希望在此基礎(chǔ)上開發(fā)出用干細(xì)胞治療嚴(yán)重骨骼損傷的方法。3

類別小鼠ES細(xì)胞小鼠ES細(xì)胞的分離方法基本成熟，且已廣泛應(yīng)用于生命科學(xué)研究的各個(gè)領(lǐng)域。1981年Evans首次分離得到小鼠ES細(xì)胞，他以手術(shù)切除受精后2.5 d小鼠卵巢并結(jié)合激素注射干擾子宮環(huán)境，從而使胚胎延遲著床，再回收胚胎，將其體外培養(yǎng)于STO細(xì)胞飼養(yǎng)層上，結(jié)果得到了小鼠ES細(xì)胞系。Martin G R以免疫外科法剝離小鼠囊胚滋養(yǎng)層細(xì)胞，得到內(nèi)細(xì)胞團(tuán)(ICM)并將其置于STO細(xì)胞飼養(yǎng)層上，培養(yǎng)基為小鼠PSA-1 ES細(xì)胞條件培養(yǎng)基，結(jié)果也得到小鼠ES細(xì)胞。此后，Axelord等用微滴法得到小鼠ES細(xì)胞系；Kaufman等用單倍體延遲著床小鼠囊胚建立同源二倍體ES細(xì)胞系；Wobus等首次用原代小鼠成纖維細(xì)胞作飼養(yǎng)層建立了小鼠ES細(xì)胞系；Smith等首次使用大鼠肝細(xì)胞條件培養(yǎng)基作為分化抑制物建立了小鼠ES細(xì)胞系。Brook F A等進(jìn)一步完善了小鼠ES細(xì)胞的分離方法，以致從許多品系小鼠包括近交系和突變系，都可獲得ES細(xì)胞。分離小鼠ES細(xì)胞并非只能從囊胚，也并非必須依賴飼養(yǎng)層細(xì)胞。Dhhaise等將52枚8-細(xì)胞小鼠胚胎消化成單個(gè)分裂球并培養(yǎng)于小鼠原代成纖維細(xì)胞飼養(yǎng)層上，所用培養(yǎng)基為DMEM/F12，并添加100 mL/L的胎牛血清、100 mL/L的新生犢牛血清和0.1 mmol/L的2-巰基乙醇，5天后，出現(xiàn)多個(gè)干細(xì)胞集落，消化傳代后建立了一個(gè)ES細(xì)胞系MSB1。將MSB1注入SCID(severe combined immunodeficient mice)小鼠，能產(chǎn)生包含三胚層分化物的畸胎瘤，注入52枚囊胚產(chǎn)生了2個(gè)活的個(gè)體(1雄，1雌)，但雄性個(gè)體無生殖能力。Tojo等用同樣方法從雜交小鼠(C57BL/6×DBA/2)8-細(xì)胞胚也得到了ES細(xì)胞。小鼠ES細(xì)胞具有無限增殖的自我更新能力。Suda Y等將小鼠ES細(xì)胞傳250代以上沒有出現(xiàn)轉(zhuǎn)化的跡象，它們?nèi)跃哂姓５亩扼w核型；在生殖系嵌合體中能產(chǎn)生正常的配子；作為核供體能重組克隆胚胎。上述結(jié)果表明小鼠ES細(xì)胞是永生性的。

大鼠ES細(xì)胞Iannaccone P M等從大鼠PVG近交系分離克隆大鼠ES細(xì)胞系-RESC-01，該細(xì)胞系對(duì)SSEA-1和AKP呈陽性，在大鼠胎兒成纖維細(xì)胞飼養(yǎng)層上能很好的增殖，在體內(nèi)環(huán)境能分化形成多種細(xì)胞類型。RESC-01細(xì)胞系在體外懸浮培養(yǎng)時(shí)形成的胚體出現(xiàn)有節(jié)律的收縮運(yùn)動(dòng)，將其注入囊胚并移植假孕母鼠能生成嵌合體。Kawase等也利用大鼠胎兒成纖維細(xì)胞做飼養(yǎng)層，從DA大鼠品系分離建立了RES-DA1ES細(xì)胞系，它與小鼠ES細(xì)胞形態(tài)相似，表達(dá)AKP和4C9抗原。Brenin等也用不同的方法分離得到了ES細(xì)胞。Sun等以大鼠ES細(xì)胞為核供體，得到了核移植后代。Vassilieva等發(fā)現(xiàn)大鼠ES細(xì)胞表達(dá)SSEA-1、Oct-4和IL-6等細(xì)胞標(biāo)記。2

豬ES細(xì)胞Piedrahita J A等采用STO、豬成纖維細(xì)胞和豬子宮上皮細(xì)胞作為飼養(yǎng)層，以DMEM為基礎(chǔ)培養(yǎng)液，從豬囊胚ICM分離ES細(xì)胞，發(fā)現(xiàn)豬囊胚ICM在STO或PMEF飼養(yǎng)層上可以附著增殖，而在豬胎兒成纖維細(xì)胞飼養(yǎng)層上雖可附著但增殖甚微，傳不過4代即發(fā)生死亡。Evans等將6天～7天豬囊胚直接培養(yǎng)于STO飼養(yǎng)層上，挑出ICM細(xì)胞經(jīng)增殖傳代培養(yǎng)建立了豬ES細(xì)胞系。Strojek R M等認(rèn)為分離豬ES細(xì)胞的最適胚胎為第10天囊胚。研究表明，6日齡～7日齡胚胎在培養(yǎng)過程中極易發(fā)生死亡，ICM克隆獲得率極低，而第10天的胚胎容易培養(yǎng)，ICM克隆獲得率較高，但細(xì)胞易于分化。Vasil’ev I M等研究了胚胎發(fā)育階段、培養(yǎng)基種類、飼養(yǎng)層細(xì)胞等影響豬ES細(xì)胞分離的因素，結(jié)果表明不同發(fā)育階段的附植前囊胚是影響豬ES細(xì)胞分離的限制性因素。Wheeler M B等報(bào)道豬ES細(xì)胞能形成正常的嵌合體和包含三胚層分化物的囊狀胚體，在維甲酸和DMSO的作用下，豬ES細(xì)胞能分化形成上皮細(xì)胞、肌肉細(xì)胞、脂肪細(xì)胞、成纖維細(xì)胞等，Miyoshi等從體外授精囊胚分離得到豬ES細(xì)胞，并以類ES細(xì)胞為核供體，獲得了核移植囊胚。國(guó)內(nèi)關(guān)于豬ES細(xì)胞分離克隆的研究相對(duì)較少，李松等分離得到豬ES細(xì)胞并傳至第2代，在此基礎(chǔ)上，徐軍等將豬ES細(xì)胞傳至3代，馮秀亮等將豬ES細(xì)胞傳至5代，馮書堂等也分離得到豬ES細(xì)胞，同時(shí)對(duì)所分離的細(xì)胞進(jìn)行了初步檢測(cè)和鑒定，證明其具有多能性。

牛ES細(xì)胞Saito等在加有LIF的培養(yǎng)基中對(duì)牛ICM進(jìn)行培養(yǎng)，分離得到牛ES細(xì)胞并進(jìn)行傳代。Sims等使用與一般ES細(xì)胞分離完全不同的低密度培養(yǎng)法，使用BRL(buffalo rat liver)條件培養(yǎng)基并添加亞硒酸鈉、胰島素、運(yùn)鐵蛋白和50 mL/L胎牛血清，培養(yǎng)6 d～10 d，得到15個(gè)ES細(xì)胞系，將其作為核供體進(jìn)行核移植得到659枚重構(gòu)胚，卵裂率70%，囊胚率24%，將其中34枚胚胎移植27頭假孕母體，13頭妊娠，最后生出4頭犢牛。而Stice S L等報(bào)道，以牛ES細(xì)胞為核供體建立的重組胚在移植受體后雖然會(huì)出現(xiàn)妊娠現(xiàn)象，但妊娠時(shí)間不超過60天，主要是因?yàn)樘ケP畸形發(fā)育，包括缺乏子葉以及子宮阜出血反應(yīng)。若將重組胚與正常8-細(xì)胞胚嵌合，則該嵌合胚可發(fā)育至85天，胎兒同樣缺乏子葉，DNA分析證實(shí)50%的嵌合體胎兒組織來源于ES細(xì)胞。Ito等分析比較了牛體內(nèi)和體外培養(yǎng)的桑椹胚分裂球和囊胚ICM分離ES細(xì)胞的效果，結(jié)果僅在囊胚組獲得了類ES細(xì)胞。Cibelli等由49枚7日齡牛胚胎ICM分離到27個(gè)ES細(xì)胞系，用注射法將β-半乳糖苷酶基因?qū)隕S細(xì)胞，選擇轉(zhuǎn)染的ES細(xì)胞注入8-細(xì)胞～16-細(xì)胞牛胚，其中18枚胚胎移植7頭受體，妊娠5周后，得到12個(gè)胎兒。對(duì)胎兒進(jìn)行檢測(cè)，6個(gè)胎兒分別在生殖腺或原始生殖細(xì)胞(PGCs)中檢測(cè)到標(biāo)記基因，表明ES細(xì)胞參與生殖系嵌合。Cibelli等建立應(yīng)用牛胎兒成纖維細(xì)胞核移植生產(chǎn)轉(zhuǎn)基因牛類ES細(xì)胞的方法，得到6頭嵌合體。Mitalipova等自致密桑椹胚分離牛ES細(xì)胞，最高一株ES細(xì)胞傳至150代，且表達(dá)SSEA-1、SSEA-3、SSEA-4和c-kit受體。

羊ES細(xì)胞Handyside等以綿羊皮膚成纖維細(xì)胞和胎兒成纖維細(xì)胞作飼養(yǎng)層，從7日齡～8日齡綿羊囊胚分離類ES細(xì)胞，結(jié)果得到內(nèi)胚層樣細(xì)胞而無ES細(xì)胞出現(xiàn)。Tsuchiya用免疫外科法分離8 d～9 d綿羊囊胚ICM，培養(yǎng)于STO細(xì)胞飼養(yǎng)層上，得到2個(gè)類ES細(xì)胞系，傳至4代。Tillmann等用胎牛肝成纖維細(xì)胞作飼養(yǎng)層分離得到傳至20代的綿羊類ES細(xì)胞和40代的山羊類ES細(xì)胞。Modinski等將綿羊ES細(xì)胞與囊胚嵌合得到2只嵌合體綿羊。Campbell等用第1代～第3代的類ES細(xì)胞作核供體進(jìn)行核移植，得到了4只綿羊。2

兔ES細(xì)胞Graves K H等從兔子附植前囊胚分離得到ES細(xì)胞，并進(jìn)行了初步鑒定，證明它們具有在飼養(yǎng)層上保持未分化狀態(tài)的增殖能力，體外傳代培養(yǎng)1年以上，仍具有正常的核型，且能形成包含三胚層分化物的胚體。之后，Niemann等以PMEF為飼養(yǎng)層，建立了9個(gè)兔ES細(xì)胞系。Schoonjans L等將兔ES細(xì)胞注入囊胚獲得了包括生殖系在內(nèi)的嵌合體兔子。陳穎等以PMEF為飼養(yǎng)層培養(yǎng)兔分割囊胚，結(jié)果得到傳至7代的兔ES細(xì)胞，將第2代的兔ES細(xì)胞與囊胚進(jìn)行嵌合，得到1只皮毛嵌合體仔兔，但未證實(shí)ES細(xì)胞是否參與了生殖系嵌合。

應(yīng)用及前景生產(chǎn)克隆動(dòng)物ES細(xì)胞從理論上講可以無限傳代和增殖而不失去其正常的二倍體基因型和表現(xiàn)型，以其作為核供體進(jìn)行核移植后，在短期內(nèi)可獲得大量基因型和表現(xiàn)型完全相同的個(gè)體，ES細(xì)胞與胚胎進(jìn)行嵌合克隆動(dòng)物，可解決哺乳動(dòng)物遠(yuǎn)緣雜交的困難問題，生產(chǎn)珍貴的動(dòng)物新種。亦可使用該項(xiàng)技術(shù)進(jìn)行異種動(dòng)物克隆，對(duì)于保護(hù)珍稀野生動(dòng)物有著重要意義。1

轉(zhuǎn)基因動(dòng)物用ES細(xì)胞生產(chǎn)轉(zhuǎn)基因動(dòng)物，可打破物種的界限，突破親緣關(guān)系的限制，加快動(dòng)物群體遺傳變異程度，可以進(jìn)行定向變異和育種。利用同源重組技術(shù)對(duì)ES細(xì)胞進(jìn)行遺傳操作，通過細(xì)胞核移植生產(chǎn)遺傳修飾性動(dòng)物，有可能創(chuàng)造新的物種；利用ES細(xì)胞技術(shù)，可在細(xì)胞水平上對(duì)胚胎進(jìn)行早期選擇，這樣可以提高選樣的準(zhǔn)確性，縮短育種時(shí)間。

器官組織移植作為一種被稱之為“種子細(xì)胞”的ES細(xì)胞，為臨床的組織器官移植提供大量材料。人ES細(xì)胞經(jīng)過免疫排斥基因剔除后，再定向誘導(dǎo)終末器官以避免不同個(gè)體間的移植排斥。這樣就可能解決一直困擾著免疫學(xué)界及醫(yī)學(xué)界的同種異型個(gè)體間的移植排斥難題。

用于細(xì)胞治療細(xì)胞治療是指用遺傳工程改造過的人體細(xì)胞直接移植或輸入病人體內(nèi)，達(dá)到治愈和控制疾病的目的。ES細(xì)胞經(jīng)遺傳操作后仍能穩(wěn)定地在體外增殖傳代。以ES細(xì)胞為載體，經(jīng)體外定向改造，使基因的整合數(shù)目、位點(diǎn)、表達(dá)程度和插入基因的穩(wěn)定性及篩選工作等都在細(xì)胞水平上進(jìn)行，容易獲得穩(wěn)定、滿意的轉(zhuǎn)基因ES細(xì)胞系，為克服目前基因治療中導(dǎo)入基因的整合和表達(dá)難以控制，以及用作基因操作的細(xì)胞在體外不易穩(wěn)定地被轉(zhuǎn)染和增殖傳代開辟了新的途徑。

細(xì)胞替代治療和基因治療的載體

胚胎干細(xì)胞最誘人的前景和用途是生產(chǎn)組織和細(xì)胞，用于“細(xì)胞療法”，為細(xì)胞移植提供無免疫原性的材料。任何涉及喪失正常細(xì)胞的疾病，都可以通過移植由胚胎干細(xì)胞分化而來的特異組織細(xì)胞來治療。如用神經(jīng)細(xì)胞治療神經(jīng)退行性疾病(帕金森病、亨廷頓舞蹈癥、阿爾茨海默病等)，用胰島細(xì)胞治療糖尿病，用心肌細(xì)胞修復(fù)壞死的心肌等。

胚胎干細(xì)胞還是基因治療最理想的靶細(xì)胞。這里的基因治療是指用遺傳改造過的人體細(xì)胞直接移植或輸入病人體內(nèi)，達(dá)到控制和治愈疾病的目的。這種遺傳改造包括糾正病人體內(nèi)存在的基因突變，或使所需基因信息傳遞到某些特定類型細(xì)胞。

成體干細(xì)胞還是不如胚胎干細(xì)胞

美國(guó)有關(guān)科學(xué)家13日指出，一些從成年動(dòng)物體中提取的干細(xì)胞，并不如預(yù)想的那樣能轉(zhuǎn)化成各種器官組織。這表明，在干細(xì)胞醫(yī)療研究方面，成體干細(xì)胞還不能取代胚胎干細(xì)胞。有關(guān)研究報(bào)告將發(fā)表在近期出版的《自然》雜志上。

美國(guó)科學(xué)家這番言論的根據(jù)是美國(guó)佛羅里達(dá)州與英國(guó)蘇格蘭兩個(gè)獨(dú)立研究小組的實(shí)驗(yàn)結(jié)論。佛州小組進(jìn)行了有關(guān)老鼠干細(xì)胞研究的比較實(shí)驗(yàn)，一組試驗(yàn)利用從成年老鼠骨髓中提取的干細(xì)胞；另一組利用從老鼠胚胎中提取的干細(xì)胞。科研人員本來希望，從骨髓中提取的干細(xì)胞能夠分化成原始細(xì)胞，如骨髓組織細(xì)胞，直至生長(zhǎng)成所需要的其他組織或器官。結(jié)果是，骨髓干細(xì)胞起初分化順利，但最終并沒有分化成原始細(xì)胞，卻產(chǎn)生了奇怪的類似人體腫瘤內(nèi)的細(xì)胞。同樣，蘇格蘭愛汀堡大學(xué)的科研小組，利用從腦細(xì)胞中提取的干細(xì)胞與胚胎干細(xì)胞進(jìn)行分組比較實(shí)驗(yàn)，也發(fā)現(xiàn)了類似的問題。

科研人員認(rèn)為，如果有關(guān)人體干細(xì)胞試驗(yàn)出現(xiàn)這樣的情況，從成年人體的骨髓、大腦等提取的干細(xì)胞，分化形成的新細(xì)胞或轉(zhuǎn)化的組織將不適用于治療疾病，而胚胎干細(xì)胞的研究則顯示出較好的醫(yī)療前景。

近年來，生物界認(rèn)為，從成年動(dòng)物體的骨髓、血液、體細(xì)胞等中所提取的干細(xì)胞，加以適當(dāng)處理的話，就可以轉(zhuǎn)變成為動(dòng)物體其他部分的組織或器官。諸如，從血液中提出的干細(xì)胞，可以分化并轉(zhuǎn)變成心臟、腎、肝臟等組織或器官。

有關(guān)專家評(píng)論說，即將在《自然》雜志上發(fā)表的報(bào)告，不僅將影響從事干細(xì)胞研究專家的研究思路，而且在美國(guó)也會(huì)再次引起有關(guān)干細(xì)胞研究的爭(zhēng)論。美國(guó)從事干細(xì)胞研究的專家一直以來希望更多的從事人類胚胎干細(xì)胞的研究，但美國(guó)政府卻希望科研人員更多的從事除胚胎以外其他來源的干細(xì)胞研究。

干細(xì)胞移植讓患者重新站立成為可能

據(jù)統(tǒng)計(jì)，顱腦損傷占全身外傷的20%，僅次于四肢傷殘居第二位，但其致死致殘率遠(yuǎn)高于其他損傷居第一位；而脊髓損傷我國(guó)每年也有1．4萬～3．8萬人發(fā)病。更重要的是，這些疾病往往因?yàn)榘橛袊?yán)重的后遺癥而成為家庭和社會(huì)的負(fù)擔(dān)，我國(guó)每年僅僅由于腦和脊髓的功能障礙所需要的醫(yī)療護(hù)理費(fèi)用就高達(dá)數(shù)十億元。

修復(fù)神經(jīng)干細(xì)胞步步為營(yíng)

干細(xì)胞是人體內(nèi)一類具有自我更新功能，并能分化成特殊種類細(xì)胞的細(xì)胞，在合適的環(huán)境下或給予適當(dāng)?shù)男盘?hào)誘導(dǎo)，干細(xì)胞可以分化成構(gòu)建人體的不同細(xì)胞。干細(xì)胞分兩類：胚胎干細(xì)胞和組織干細(xì)胞，胚胎干細(xì)胞是指受精卵分裂到32個(gè)細(xì)胞前，每一個(gè)胚胎干細(xì)胞在一定的條件下都可以發(fā)育成一個(gè)完整的個(gè)體；組織干細(xì)胞在一定條件下則可以分化成相應(yīng)的組織細(xì)胞。

據(jù)步星耀博士介紹，人體的許多組織都存在干細(xì)胞，但多數(shù)組織中的干細(xì)胞數(shù)量較少，而骨髓中的干細(xì)胞數(shù)目較多，提取方便。制備自體干細(xì)胞只需進(jìn)行骨髓穿刺即可。將干細(xì)胞從骨髓血液中分離出來，經(jīng)過培養(yǎng)擴(kuò)增即可得到大量的自體干細(xì)胞。

自體干細(xì)胞移植技術(shù)對(duì)治療中樞神經(jīng)損傷和腦損傷疾病有較好效果，其機(jī)理主要包括四個(gè)環(huán)節(jié)。第一步，移植到體內(nèi)的部分干細(xì)胞，可定向分化為巨噬細(xì)胞，起到清道夫的作用，“吃掉”局部壞死的組織細(xì)胞；第二步是在受創(chuàng)組織所處的環(huán)境改善后，局部血流量增加，并且局部血管系統(tǒng)可得以修復(fù)，可促使患者改善癥狀；第三步就是把移植的干細(xì)胞定向分化為神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞（神經(jīng)細(xì)胞的“幼稚”狀態(tài)）；第四步才是神經(jīng)細(xì)胞的再生，包括受損神經(jīng)的存活和再生以及移植的干細(xì)胞定向分化為神經(jīng)細(xì)胞，新的神經(jīng)環(huán)路就此重生。

據(jù)步星耀說，目前干細(xì)胞移植技術(shù)主要有兩種方式：一是將部分干細(xì)胞直接移植到體內(nèi)，由體內(nèi)的信號(hào)來引導(dǎo)這部分干細(xì)胞分化為成熟的合適的細(xì)胞；二是他們?cè)谶M(jìn)行上面的移植手術(shù)的同時(shí)，也可以在病人的病灶部位安裝一個(gè)干細(xì)胞移植泵，將部分干細(xì)胞在體外進(jìn)行培養(yǎng)擴(kuò)增，使之在體外向所需的方向分化，而后分批用移植泵移植到病人體內(nèi)。這兩種技術(shù)結(jié)合起來使用對(duì)病人的療效最佳。1

研究與爭(zhēng)議胚胎干細(xì)胞研究在美國(guó)一直是一個(gè)頗具爭(zhēng)議的領(lǐng)域，支持者認(rèn)為這項(xiàng)研究有助于根治很多疑難雜癥，是一種挽救生命的慈善行為，是科學(xué)進(jìn)步的表現(xiàn)。而反對(duì)者則認(rèn)為，進(jìn)行胚胎干細(xì)胞研究就必須破壞胚胎，而胚胎是人尚未成形時(shí)在子宮的生命形式。

因此，如果支持進(jìn)行胚胎干細(xì)胞研究就等于是慫恿他人“扼殺生命”，是不道德的，違反倫理的。

布什堅(jiān)決反對(duì)美國(guó)參議院在2006年7月17日就增加政府對(duì)胚胎干細(xì)胞研究經(jīng)費(fèi)撥款的議案進(jìn)行了辯論。新法案要求，增加聯(lián)邦政府用于干細(xì)胞研究的經(jīng)費(fèi)，用于對(duì)那些將被遺棄的、處于冷凍狀態(tài)的臨床胚胎進(jìn)行胚胎干細(xì)胞研究。當(dāng)天進(jìn)行的辯論可謂相當(dāng)激烈，正反雙方都帶著強(qiáng)烈的感情色彩討論這一議案的利弊。不過，從現(xiàn)在的情形看來，參議院通過此項(xiàng)法案的難度不大。

但讓很多人頭痛的是總統(tǒng)布什的態(tài)度。布什此前已經(jīng)表示，如果這項(xiàng)議案在參議院獲得通過，他將不惜動(dòng)用總統(tǒng)否決權(quán)來阻撓議案付諸實(shí)施。17日，白宮再次發(fā)表了類似聲明，稱“他（總統(tǒng)）將對(duì)議案行使否決權(quán)”。

科學(xué)家過去研究胚胎干細(xì)胞，都必須在胚胎上“大動(dòng)手腳”，有人認(rèn)為這樣做就犧牲了胚胎，即間接犧牲了一個(gè)未來的小生命，所以惹來了很多倫理上的反對(duì)和斥責(zé)。白宮的聲明說：“這項(xiàng)議案將強(qiáng)迫美國(guó)的納稅人為人類胚胎干細(xì)胞研究提供經(jīng)濟(jì)支持，而我們不應(yīng)使用公眾的錢來支持摧毀生命的行為。”

當(dāng)然，布什也有很多同盟軍，他們也都認(rèn)為，胚胎是一個(gè)未來的生命，不能因?yàn)檫M(jìn)行科學(xué)研究而扼殺生命。再者說，對(duì)胚胎干細(xì)胞的研究現(xiàn)在還只是停留在最初階段，距離臨床試驗(yàn)還有很長(zhǎng)一段路要走，更不用說用于治療疾病了?！拔覀儾荒軆H僅因?yàn)橛械呐咛ゲ荒馨l(fā)育成生命就殘忍地在它們上面做試驗(yàn)?！惫埠忘h參議員吉姆·伯恩寧說。“有誰知道在這一研究領(lǐng)域取得實(shí)質(zhì)性進(jìn)展之前需要破壞多少胚胎呢？”

據(jù)理力爭(zhēng)支持者，特別是一些溫和派的共和黨人認(rèn)為，美國(guó)人民需要擴(kuò)大干細(xì)胞研究。他們指出，根據(jù)自愿的原則，利用一些廢棄的胚胎擴(kuò)大干細(xì)胞研究是為美國(guó)人所做的正確的事情。干細(xì)胞研究被認(rèn)為是找到老年性癡呆癥、帕金森癥等神經(jīng)和大腦疾病新療法的希望。

前美國(guó)第一夫人南希·里根就是一位積極推動(dòng)此議案形成的熱心人士。她的丈夫、前總統(tǒng)里根2004年死于阿爾茨海默氏癡呆癥，而如果干細(xì)胞研究取得突破，這種疾病以后就有望治愈?！八廊辉跒榇耸露教幈疾ā！泵裰鼽h參議員埃德華德·肯尼迪說。“我們都知道，正是由于她的努力，這項(xiàng)議案才有今天，也才有可能取得一個(gè)理想的結(jié)果。”

參議院司法委員會(huì)主席斯佩克特本人是一位癌癥患者，而癌癥也是一種可以依賴干細(xì)胞研究獲得治療的疾病，因此，他也是此議案的擁躉之一。他還把這項(xiàng)議案的反對(duì)者比喻作阻撓科學(xué)車輪前進(jìn)的阻力，稱他們是“愚蠢的，不理智的，絕對(duì)荒謬的?！?/p>

而參議院多數(shù)黨領(lǐng)袖弗里斯特也持有這種觀點(diǎn)。他說：“我們將團(tuán)結(jié)起來，使得科學(xué)在倫理道德的界限之內(nèi)繼續(xù)前進(jìn)。”

2006年7月19日，美國(guó)總統(tǒng)布什上任5年來首次動(dòng)用總統(tǒng)否決權(quán)，否決了參議院一項(xiàng)旨在資助胚胎干細(xì)胞研究的提案，此舉引起了社會(huì)各界的廣泛爭(zhēng)論和關(guān)注。與此相對(duì)的是，7月24日，歐盟25國(guó)負(fù)責(zé)科研的部長(zhǎng)在布魯塞爾開會(huì)決定，將繼續(xù)資助歐盟科研人員有限度地開展人類干細(xì)胞研究。道德層面的爭(zhēng)議已經(jīng)成為制約干細(xì)胞研究的瓶頸，科學(xué)與倫理再次成為對(duì)立的兩方。

獲法律支持美國(guó)一家聯(lián)邦上訴法院2011年4月29日作出裁決，允許美國(guó)聯(lián)邦政府繼續(xù)資助人類胚胎干細(xì)胞研究。這是美國(guó)人類胚胎干細(xì)胞研究支持者取得的一個(gè)重要階段性勝利。

哥倫比亞特區(qū)巡回上訴法院當(dāng)天在裁決書中宣布，撤銷美國(guó)一地方法院法官去年發(fā)布的人類胚胎干細(xì)胞研究臨時(shí)禁令。判決書還認(rèn)為，聯(lián)邦資金資助人類胚胎干細(xì)胞研究似乎并不違反美國(guó)相關(guān)法律。

去年8月23日，哥倫比亞特區(qū)地方法院法官羅伊斯·蘭伯思針對(duì)兩位美國(guó)干細(xì)胞研究人員提起的訴訟發(fā)布臨時(shí)禁令，以違反法律等為由禁止聯(lián)邦資金資助人類胚胎干細(xì)胞研究。蘭伯思認(rèn)為，國(guó)會(huì)曾經(jīng)通過的一份修正案 “明確禁止”用聯(lián)邦資金資助所有需要破壞人類胚胎的研究，而所有人類胚胎干細(xì)胞研究都會(huì)包含破壞胚胎的步驟，因此美國(guó)國(guó)家衛(wèi)生研究院頒布的人類胚胎干細(xì)胞研究規(guī)范違反了該修正案。

但哥倫比亞特區(qū)巡回上訴法院在最新裁決中指出，上述修正案存在“模糊”之處，美國(guó)國(guó)家衛(wèi)生研究院有理由認(rèn)為，該修正案雖然禁止從胚胎中提取干細(xì)胞的破壞性行為，但并未禁止聯(lián)邦資金資助那些僅使用人類胚胎干細(xì)胞的研究項(xiàng)目。上訴法院據(jù)此宣布蘭伯思去年發(fā)布的臨時(shí)禁令無效。

美國(guó)白宮一名發(fā)言人當(dāng)天表示，上訴法院的裁決對(duì)美國(guó)科學(xué)家和全世界的患者來說是一個(gè)“勝利”，患者們將會(huì)從干細(xì)胞研究所帶來的醫(yī)學(xué)突破中受益。

人類胚胎干細(xì)胞研究在美國(guó)頗受爭(zhēng)議。2001年，美國(guó)前任總統(tǒng)布什規(guī)定聯(lián)邦資金僅準(zhǔn)許用于資助已經(jīng)存在的胚胎干細(xì)胞研究?，F(xiàn)任總統(tǒng)奧巴馬2009年通過行政命令解除了上述限制，美國(guó)國(guó)家衛(wèi)生研究院隨之于當(dāng)年出臺(tái)胚胎干細(xì)胞研究規(guī)范。4

爭(zhēng)議正式結(jié)束美國(guó)聯(lián)邦最高法院今天駁回了要求禁止美國(guó)政府資助人類胚胎干細(xì)胞（human embryonic stem cells，簡(jiǎn)稱hESCs）相關(guān)研究的訴訟。這一決定結(jié)束了一場(chǎng)長(zhǎng)期圍繞人類胚胎干細(xì)胞研究的法律斗爭(zhēng)。三年多來，該斗爭(zhēng)已經(jīng)使得人類胚胎干細(xì)胞研究蒙上了一層陰影。胚胎干細(xì)胞領(lǐng)域的研究者這次理應(yīng)歡呼了。

研究新方向由于胚胎干細(xì)胞在醫(yī)學(xué)應(yīng)用上存在著免疫排斥以及倫理窘境等壁壘，科學(xué)家正在嘗試其他途徑代替胚胎干細(xì)胞?？茖W(xué)家試圖通過細(xì)胞重編程的方法讓病人的體細(xì)胞轉(zhuǎn)化為干細(xì)胞供自身使用，主要的幾個(gè)分支包括細(xì)胞核移植，患者體細(xì)胞與供體胚胎干細(xì)胞的細(xì)胞融合，以及誘導(dǎo)多能干細(xì)胞。其中誘導(dǎo)多能干細(xì)胞在近五年內(nèi)新興并迅速得到學(xué)術(shù)界的高度關(guān)注。

本詞條內(nèi)容貢獻(xiàn)者為:

江松敏 - 副教授 - 復(fù)旦大學(xué)