細(xì)胞上的“超能戰(zhàn)士”

于事

人體干細(xì)胞自我更新和產(chǎn)生新組織的潛能幾乎是無窮的，這些特性使得干細(xì)胞成為實驗室，乃至醫(yī)學(xué)應(yīng)用上的重要工具。在生物學(xué)或醫(yī)學(xué)研究領(lǐng)域，干細(xì)胞作為一種有效的治療手段，其潛能令人難以置信。那么，干細(xì)胞是什么？它從何而來？在醫(yī)學(xué)上又有哪些驚人的潛能呢？

干細(xì)胞從哪里來

人體大約由60萬億個細(xì)胞組成，這些細(xì)胞分屬220種細(xì)胞類型，各自具有不同的功能。人體機(jī)能龐大復(fù)雜，卻雜而不亂，原因就在于支撐人體的幾百種細(xì)胞都源于精子和卵子的結(jié)合體——受精卵，由它再分化出人體內(nèi)所有類型的細(xì)胞。從這個意義上來說，受精卵是超能的。受精卵發(fā)育成胚胎，進(jìn)而發(fā)育成胎兒。而早期未分化的胚胎細(xì)胞也是干細(xì)胞家族的一員，即“胚胎干細(xì)胞”。所謂“干細(xì)胞”，就是始終存在于人體中，并不斷更新人體各種組織的細(xì)胞。它們始終處于未分化或低分化狀態(tài)，能夠根據(jù)每種組織的需要分化成所需替換的細(xì)胞。

從微小的蠕蟲到老鼠再到人類，干細(xì)胞幾乎分布在所有種類的生物體內(nèi)。干細(xì)胞分為胚胎干細(xì)胞、成體干細(xì)胞和誘導(dǎo)性多能干細(xì)胞（iPS細(xì)胞）三類，它們都有其各自的能力和局限性。胚胎干細(xì)胞源自生物體發(fā)育的最初階段——受精卵。由于胚胎可以發(fā)育成一個完整的人體，因此科學(xué)家認(rèn)為，從胚胎中提取干細(xì)胞的可能性最大。目前，人體胚胎干細(xì)胞的主要來源是在人工受精中產(chǎn)生但未使用的胚胎。由于這個過程需破壞本可發(fā)育成人的胚胎，因此在倫理學(xué)和宗教信仰方面引起了巨大的非議，甚至被認(rèn)為是謀害生命而遭到多國的禁止。

胚胎一旦發(fā)育為成熟的個體后，大部分細(xì)胞都會分化，但有一部分細(xì)胞保持了增殖和形成其他類型細(xì)胞的能力，這就是成體干細(xì)胞。這些干細(xì)胞存在于某些組織特異的微環(huán)境中，等待著生物體發(fā)出替換或修復(fù)組織的指令。研究人員通?？梢栽谛枰掷m(xù)更新的組織中找到這類干細(xì)胞，如血液、皮膚和腸道等。成體干細(xì)胞具有多方面的潛能，但與多能干細(xì)胞相比，它們不能任意轉(zhuǎn)化成人體所有的220種細(xì)胞類型。例如，大腦中的神經(jīng)干細(xì)胞能分化成幾種腦細(xì)胞，但不能發(fā)育成肝臟細(xì)胞。

近20年來，科學(xué)家還掌握了讓成熟分化的細(xì)胞恢復(fù)到多能性狀態(tài)的技術(shù)。如果從外界引入幾個“轉(zhuǎn)錄因子”（就是控制基因開關(guān)的蛋白質(zhì)，如Oct3/4、Sox2、Klf4和c-Myc等），這些細(xì)胞就能“反分化”，退回到未分化狀態(tài)，并且可以重新分化為多種類型的細(xì)胞，這就是誘導(dǎo)性多能干細(xì)胞（iPS細(xì)胞）。這種方法最大的優(yōu)點，是可以從體細(xì)胞中制造出患者自身的干細(xì)胞來治療患者自己的疾病。同時，還可以把病變細(xì)胞變成干細(xì)胞，在體外培養(yǎng)出病變細(xì)胞，用于研究該疾病的特點、治療方法以及篩選最佳治療藥物。

此外，干細(xì)胞還能從胎兒、羊水、臍帶血等處獲得，并且各具優(yōu)勢。比如，從流產(chǎn)的發(fā)育10周以上的胎兒中可以獲取到含有大量組織特異性的干細(xì)胞；又比如，羊水中含有大量高活性的干細(xì)胞，可以分化成脂肪細(xì)胞、成骨細(xì)胞、肌肉細(xì)胞、肝細(xì)胞、神經(jīng)細(xì)胞，甚至心臟瓣膜細(xì)胞，且癌變風(fēng)險低，整個孕期都可以獲取，被認(rèn)為是很有應(yīng)用前景的干細(xì)胞；再比如，新生兒出生時臍帶里殘留的胎兒血液中含有大量的造血干細(xì)胞，這些干細(xì)胞是在人體發(fā)育早期形成的，組織特異性抗原（引起另一個個體組織排斥的細(xì)胞表面物質(zhì)）的表達(dá)程度比較低，易于在他人身上應(yīng)用，并且這些造血干細(xì)胞在誘導(dǎo)后還可以發(fā)育成其他系統(tǒng)的細(xì)胞，實用性很強(qiáng)。但這些干細(xì)胞的來源，無一不與女性的懷孕周期密切相關(guān)，獲取的時間窗和獲取方式都受到嚴(yán)格限制，并伴隨著巨大的風(fēng)險，因而未能廣泛推廣。

干細(xì)胞有什么用

能夠操縱細(xì)胞的命運(yùn)，制造出潛力無窮的細(xì)胞，這一愿景始終令科學(xué)家著迷。但干細(xì)胞研究是一個新興的領(lǐng)域，仍有大量問題有待破解。例如，這三類干細(xì)胞有何異同？人類能否利用它們來治療疾??？又能否利用它們重建受損的組織和器官？

其實，干細(xì)胞研究最誘人的應(yīng)用前景是生產(chǎn)細(xì)胞和組織，用于“細(xì)胞療法”，為細(xì)胞移植提供無免疫原性的材料。正是由于干細(xì)胞廣闊的應(yīng)用前景，目前包括中國在內(nèi)的許多國家都投入了大量的科研力量，希望改善有關(guān)人體細(xì)胞衰亡、喪失正常功能以及癌變的狀況。

一旦掌握激活人體內(nèi)干細(xì)胞的方法，或者解決如何從體外引入活性干細(xì)胞到所需治療組織的途徑問題，即可從根本上改變目前自身干細(xì)胞無法有效替補(bǔ)衰亡細(xì)胞的現(xiàn)狀。如替補(bǔ)腦部與記憶及思維有關(guān)的神經(jīng)細(xì)胞，就有可能逆轉(zhuǎn)或治愈老年癡呆癥；或替補(bǔ)腦部分泌多巴胺的運(yùn)動神經(jīng)細(xì)胞，來減輕或治愈帕金森氏癥。又如，使胰腺細(xì)胞再生，或可治愈糖尿病；讓耳蝸里的聽覺毛細(xì)胞再生，有望恢復(fù)聽力……類似的例子不勝枚舉。

從理論上來說，干細(xì)胞有生成人體內(nèi)所有類型細(xì)胞的能力，科學(xué)家希望用人體自身的干細(xì)胞長出新的組織或器官。如制造出成片的皮膚用于治愈大面積燒傷患者，培育出新的角膜使失明患者重獲光明，造出新的血管來代替已損壞或堵塞的血管，甚至在體外長出整個器官，如心臟、肝臟、腎臟等。這樣不僅能解決器官移植中器官來源的問題，也避免了異體器官移植所導(dǎo)致的排斥反應(yīng)。如果這些理論可以成真，那么每個人都可以儲存自身干細(xì)胞，以便在必需時制造出自身所需要替換的細(xì)胞、組織和器官。屆時，科學(xué)家也許不能克隆一個完整的個人，卻有可能復(fù)制人體的部分器官用以取代病變器官。事實上，“類大腦器官”、“迷你腎”、“迷你心”等已經(jīng)成為了現(xiàn)實，并成為科學(xué)家研究再生醫(yī)學(xué)、器官移植和疾病治療，以及藥物試驗和篩選的良好載體。

當(dāng)今，眾多醫(yī)學(xué)專家一致認(rèn)同“20世紀(jì)是藥物治療的時代，21世紀(jì)將是細(xì)胞治療的時代”這一觀點。干細(xì)胞的定向分化研究是一項意義重大的課題，至今仍有很多問題亟待解決，干細(xì)胞最終應(yīng)用于臨床的路途還很遙遠(yuǎn)。但是，隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展和人類社會的不斷進(jìn)步，在全球科學(xué)家的不懈努力下，相信干細(xì)胞研究的難題最終能夠被攻克，干細(xì)胞一定能在臨床上得到廣泛應(yīng)用。