细胞上的“超能战士”

于事

人体干细胞自我更新和产生新组织的潜能几乎是无穷的，这些特性使得干细胞成为实验室，乃至医学应用上的重要工具。在生物学或医学研究领域，干细胞作为一种有效的治疗手段，其潜能令人难以置信。那么，干细胞是什么？它从何而来？在医学上又有哪些惊人的潜能呢？

干细胞从哪里来

人体大约由60万亿个细胞组成，这些细胞分属220种细胞类型，各自具有不同的功能。人体机能庞大复杂，却杂而不乱，原因就在于支撑人体的几百种细胞都源于精子和卵子的结合体——受精卵，由它再分化出人体内所有类型的细胞。从这个意义上来说，受精卵是超能的。受精卵发育成胚胎，进而发育成胎儿。而早期未分化的胚胎细胞也是干细胞家族的一员，即“胚胎干细胞”。所谓“干细胞”，就是始终存在于人体中，并不断更新人体各种组织的细胞。它们始终处于未分化或低分化状态，能够根据每种组织的需要分化成所需替换的细胞。

从微小的蠕虫到老鼠再到人类，干细胞几乎分布在所有种类的生物体内。干细胞分为胚胎干细胞、成体干细胞和诱导性多能干细胞（iPS细胞）三类，它们都有其各自的能力和局限性。胚胎干细胞源自生物体发育的最初阶段——受精卵。由于胚胎可以发育成一个完整的人体，因此科学家认为，从胚胎中提取干细胞的可能性最大。目前，人体胚胎干细胞的主要来源是在人工受精中产生但未使用的胚胎。由于这个过程需破坏本可发育成人的胚胎，因此在伦理学和宗教信仰方面引起了巨大的非议，甚至被认为是谋害生命而遭到多国的禁止。

胚胎一旦发育为成熟的个体后，大部分细胞都会分化，但有一部分细胞保持了增殖和形成其他类型细胞的能力，这就是成体干细胞。这些干细胞存在于某些组织特异的微环境中，等待着生物体发出替换或修复组织的指令。研究人员通常可以在需要持续更新的组织中找到这类干细胞，如血液、皮肤和肠道等。成体干细胞具有多方面的潜能，但与多能干细胞相比，它们不能任意转化成人体所有的220种细胞类型。例如，大脑中的神经干细胞能分化成几种脑细胞，但不能发育成肝脏细胞。

近20年来，科学家还掌握了让成熟分化的细胞恢复到多能性状态的技术。如果从外界引入几个“转录因子”（就是控制基因开关的蛋白质，如Oct3/4、Sox2、Klf4和c-Myc等），这些细胞就能“反分化”，退回到未分化状态，并且可以重新分化为多种类型的细胞，这就是诱导性多能干细胞（iPS细胞）。这种方法最大的优点，是可以从体细胞中制造出患者自身的干细胞来治疗患者自己的疾病。同时，还可以把病变细胞变成干细胞，在体外培养出病变细胞，用于研究该疾病的特点、治疗方法以及筛选最佳治疗药物。

此外，干细胞还能从胎儿、羊水、脐带血等处获得，并且各具优势。比如，从流产的发育10周以上的胎儿中可以获取到含有大量组织特异性的干细胞；又比如，羊水中含有大量高活性的干细胞，可以分化成脂肪细胞、成骨细胞、肌肉细胞、肝细胞、神经细胞，甚至心脏瓣膜细胞，且癌变风险低，整个孕期都可以获取，被认为是很有应用前景的干细胞；再比如，新生儿出生时脐带里残留的胎儿血液中含有大量的造血干细胞，这些干细胞是在人体发育早期形成的，组织特异性抗原（引起另一个个体组织排斥的细胞表面物质）的表达程度比较低，易于在他人身上应用，并且这些造血干细胞在诱导后还可以发育成其他系统的细胞，实用性很强。但这些干细胞的来源，无一不与女性的怀孕周期密切相关，获取的时间窗和获取方式都受到严格限制，并伴随着巨大的风险，因而未能广泛推广。

干细胞有什么用

能够操纵细胞的命运，制造出潜力无穷的细胞，这一愿景始终令科学家着迷。但干细胞研究是一个新兴的领域，仍有大量问题有待破解。例如，这三类干细胞有何异同？人类能否利用它们来治疗疾病？又能否利用它们重建受损的组织和器官？

其实，干细胞研究最诱人的应用前景是生产细胞和组织，用于“细胞疗法”，为细胞移植提供无免疫原性的材料。正是由于干细胞广阔的应用前景，目前包括中国在内的许多国家都投入了大量的科研力量，希望改善有关人体细胞衰亡、丧失正常功能以及癌变的状况。

一旦掌握激活人体内干细胞的方法，或者解决如何从体外引入活性干细胞到所需治疗组织的途径问题，即可从根本上改变目前自身干细胞无法有效替补衰亡细胞的现状。如替补脑部与记忆及思维有关的神经细胞，就有可能逆转或治愈老年痴呆症；或替补脑部分泌多巴胺的运动神经细胞，来减轻或治愈帕金森氏症。又如，使胰腺细胞再生，或可治愈糖尿病；让耳蜗里的听觉毛细胞再生，有望恢复听力……类似的例子不胜枚举。

从理论上来说，干细胞有生成人体内所有类型细胞的能力，科学家希望用人体自身的干细胞长出新的组织或器官。如制造出成片的皮肤用于治愈大面积烧伤患者，培育出新的角膜使失明患者重获光明，造出新的血管来代替已损坏或堵塞的血管，甚至在体外长出整个器官，如心脏、肝脏、肾脏等。这样不仅能解决器官移植中器官来源的问题，也避免了异体器官移植所导致的排斥反应。如果这些理论可以成真，那么每个人都可以储存自身干细胞，以便在必需时制造出自身所需要替换的细胞、组织和器官。届时，科学家也许不能克隆一个完整的个人，却有可能复制人体的部分器官用以取代病变器官。事实上，“类大脑器官”、“迷你肾”、“迷你心”等已经成为了现实，并成为科学家研究再生医学、器官移植和疾病治疗，以及药物试验和筛选的良好载体。

当今，众多医学专家一致认同“20世纪是药物治疗的时代，21世纪将是细胞治疗的时代”这一观点。干细胞的定向分化研究是一项意义重大的课题，至今仍有很多问题亟待解决，干细胞最终应用于临床的路途还很遥远。但是，随着科学技术的飞速发展和人类社会的不断进步，在全球科学家的不懈努力下，相信干细胞研究的难题最终能够被攻克，干细胞一定能在临床上得到广泛应用。