1、人胚胎干细胞研究的临床意义详细内容关键词人胚胎干1998 年 11月，美国 James和 JohnGearhart领导的 2个科学小组分别发表论文阐述如何利用囊胚和原始的胚胎生殖细胞培养出可能的人全能型胚胎干细胞（EScells）和胚胎生殖细胞系（EGcells） 1，2 。ES 细胞最引人关注的 2条特征是:ES 细胞能在体外条件下生长，在原始的去分化条件下能够无限地分裂;同时在体外培养的所有时间内都能保持胚胎来源细胞的一个关键性特征全能性，即发育成成体中各种细胞的能力。ES 细胞的应用前景十分令人鼓舞。胚胎干细胞可以作为研究人类胚胎发育、出生缺陷及胚胎瘤等疾病的新的手段;可以用于至今为止尚
2、未进行的关于的方法;制造人类疾病模型以利用于基础研究、药物开发和毒理学研究，如果克隆技术可以从患者自体组织中获得干细胞，则它们可解决用于治疗退行性疾病的组织短缺以及结束在移植治疗中使用免疫抑制剂;另外干细胞还可以用来作为基因治疗的一种新的基因运载系统。总之，其前景十分广泛。1 胚胎干细胞的一般定义特征考虑到 ES或 EG细胞的特性，可以认为有一些表型是所有的 ES细胞都应该具有的，其他一些特点可能是属于从不同种属或不同组织中分离出来的某种特定全能性细胞所特有，或表现出在胚胎发育过程中某个特定阶段所具有的特征。一般认为全能性干细胞所应具有的特征如下:（1）来源于一个全能性的细胞群体;（2）具有正
3、常的细胞核型;（3）具永生性，在胚胎状态下能无限制的分裂;（4）培养的细胞株在体外或在畸胎瘤中能自发分化成胚胎外组织（extraembryonictissues）和分属所有 3种胚层的体细胞。但到目前为止，所有已培养成功的哺乳动物细胞中，除小鼠外，灵长类动物 ES细胞只满足上述 4条标准的前 3条。一些研究人员将ES细胞的定义限定为那些能分化成包括生殖细胞在内的所有的细胞。但出于伦理上的原因，来源于人的 ES细胞不可能进行试验以验证是否满足这一标准。因此，如果来源于人的细胞能满足其他 3条关于 ES细胞的一般定义，我们就认为它属于 ES细胞。需要指出的是，要从体外培养或畸胎瘤试验验证一个 ES
4、细胞能否分化成所有组织类型的细胞是十分困难的，因为不论在体外培养条件下或畸胎瘤中，一些组织都是十分罕见的。2 胚胎干细胞的最新研究JamesThomson 和同事于 1998年报道利用治疗不孕症所遗弃的囊胚分离出 ES细胞。他们所使用的技术与分离小鼠 ES细胞相似:将可能抑制 ES细胞培养的滋养外胚层去除，内层细胞团移植到小鼠胚胎来源的成纤维细胞饲细胞层上，经过短暂的粘附和展开的过程，将细胞重新分散（disaggregated）并转移到另外的饲细胞层，在培养基和培养系统与方面，培养人 ES细胞与小鼠 ES细胞并没有太大的不同，而且人 ES细胞的成功率相对还要高一些。Thomson 等人培养猴
5、ES细胞的工作无疑对他们首先成功培养人 ES细胞是有很大帮助的。灵长类的全能性干细胞在很多方面与小鼠ES细胞是不同的，特别是在外形上，且灵长类全能性干细胞不容易分散成单个的细胞。因此，要正确辨认出所需的 ES细胞并在传代过程中做到正确处理是十分重要的。但还有一个重要的条件，即人胚胎培养过程的改进，其包括不同发育阶段使用不同的培养基的两步培养系统，这使得能高效地得到高质量的人囊胚4 。Shamblott 和同事2在美国科学院论文集上发表论文，报道从受精59 周的胚胎和胎儿性腺中分离出全能性细胞。尽管人们对人体中原始生殖细胞的成熟过程的小细节知之甚少，但科学家们确实知道这个过程包括生殖母细胞迁移至
6、性腺并开始扩增，随后性腺出现明显的性别分化。在这个阶段的胚胎和胎儿性腺中已经可以发现有表达生殖母细胞标志性分子的细胞5 。Shamblott 小组所使用的培养系统利用了已知能支持小鼠生殖母细胞在体外存活和有丝分裂的一些因子，即 STO成纤维细胞饲细胞层、成纤维细胞生长因子、白血病抑制因子（LIF）和 forskolin6 。由以上 2种方法培养出的细胞在多大程度上能符合 ES或EG细胞的一般标准?2 种培养物都来源于全能性的细胞群，都能在体外培养过程中保持有正常的细胞核型。Thomson 小组培养出的细胞株已经传代许多次，且细胞含有端粒酶活性，这 2点都提示这个细胞株是永生的。Shamblot
7、t 的 EG细胞虽没有培养那么久，但也没有迹象显示这些细胞将会死亡。从囊胚中分离出的细胞能形成包含所有 3个胚层组织的畸胎瘤，且个别组织表现为高级的组织结构性（例如可以形成神经管）。但是在体外情况下，细胞分化的证据只能限定于能表达一些滋养层和内皮层形成的某些标志性分子（如人绒毛膜促性腺激素和 -甲胎蛋白）;从生殖细胞来源的细胞株中没有能在体内形成畸胎瘤的证据，但是作者确实观察到了在胚状体（embryoidbodies）中存在细胞进行分化的情况。胚状体是一种在不适宜干细胞生长的条件下，由全能性干细胞在三维方向上生长所形成的一种结构。小鼠中胚状体包括两层，一层是胚胎外的内皮层，一层是外胚层。两种细
8、胞之间的联接可能使外胚层细胞分化成多种细胞类型，这种现象类似于体内情况下胚胎培植早期的状况2。Shamblott 将培养出来的胚状体切片，用免疫化学方法研究，发现不同细胞类型表达分别代表中胚层、内胚层和外胚层的单个标志分子。人的干细胞的表型，即外形、抗原表达及培养条件等方面与其他种类的全能型细胞如小鼠的 ES细胞或 EC细胞相比有自己的特点。人 EC细胞，猴和人的 ES细胞在表型上十分相似，与小鼠细胞或人 EG细胞极易区分开来。灵长类动物细胞在单层培养条件下呈扁平的克隆，细胞边界较清显;而小鼠 ES细胞成堆生长，细胞更圆，细胞边界不清。灵长类动物全能型干细胞表达一系列特异性的表面抗原。小鼠 E
9、S细胞的自我更新可以被白血病抑制因子（LIF）或相关的细胞因子促进7但对人的ES细胞却没有这种作用1，2 。在 Thomson和 Shamblott这 2个小组的成功带动下，目前对人 ES细胞的研究出现一股热潮。如果成功，将给人类带来福音。倘若科学家最终能够成功诱导和调控体外培养的胚胎干细胞正常地分化，这将对基础研究和临床应用产生巨大的影响。有可能在以下领域发挥作用:体外研究人胚胎的正常发生发育，非正常发育（通过改变细胞系的靶基因） ，新的人类基因的发现，药物筛选和致畸实验，以及作为组织移植、细胞治疗和基因治疗的细胞源等。3 胚胎干细胞应用前景探讨人胚胎干细胞提供了在细胞和分子水平上研究人体发
10、育过程中的及早期时期的良好条件，这种研究不会引起与胚胎实验相关的伦理问题。采用基因芯片等技术，比较人胚胎干细胞以及不同发育阶段的干细胞和分化细胞的基因转录和表达，可以确定胚胎发育及细胞分化的分子机制，发现新的人类基因。结合基因打靶技术，可发现不同基因在生命活动中的功能等。该应用有利于新药的发现及筛选，人胚胎干细胞使新药的药理、药效、毒理及药代等研究达到了细胞水平，极大减少了药物实验所需的动物数量。目前药物实验使用的细胞系基本上来自其他的种属，其结果常不能真正代表正常的人体细胞对药物的反应。人胚胎干细胞还可用来研究人类疾病的发病机制和进展结果，从而可找到特效和永久的治疗方法。人胚胎干细胞最有价值
11、的应用是用来修复甚至替换已丧失功能的组织和器官，因为它具有发育分化成所有类型组织细胞的能力。任何导致丧失正常细胞的疾病都可以通过移植由胚胎干细胞分化而来的特异组织细胞来治疗，如用神经细胞治疗神经变性疾病（帕金森综合征、亨廷顿舞蹈症、阿尔茨海默病等） ，用造血干细胞重建造血功能，用胰岛细胞治疗糖尿病，用心肌细胞修复已坏死的心肌等。尤其是对于后 2项，胚胎干细胞可能会有特别疗效，至今认为成年人的心脏和胰岛几乎没有干细胞，自身无法得到修复。用于基因治疗和防止免疫排异反应，还可以对胚胎干细胞的基因做适当的修改。干细胞是基因治疗较理想的靶细胞，因为它可以自我复制更新，治疗基因通过它带入人体中，能够持久地
12、发挥作用，而不象分化的细胞那样，在细胞更新中可能丢失治疗基因的结果。通过胚胎干细胞和基因治疗技术，可以矫正缺陷基因。例如，如果发现早期胚胎有某种基因缺陷而会患基因病如囊性纤维化一种 30岁以前便会致人死亡的疾病，可以收集部分或全部胚胎干细胞，通过基因工程技术将正常的基因替代干细胞中的缺陷基因，再将修复后的胚胎干细胞嵌入胚胎中，将会出生一个健康的婴儿。由于伦理和某些技术问题，现在还未开展此类实验。改变胚胎干细胞的某些基因的另一目的是创建“万能供者细胞” ，即破坏细胞中表达组织相容性复合物的基因，躲避受者免疫系统的监视，从而达到防止免疫排异反应的发生。但这种方法需要破坏和改变细胞中许多基因，而且这
13、种细胞发育成的组织和器官是否有生理缺陷?如免疫能力状况还不得而知。另一种克服移植免疫排异的途径就是结合克隆技术创建患者特异性的胚胎干细胞。为避免患者自身对外源细胞的免疫排异反应，ES 细胞的获得还有另一种方法，即从患者自身成熟细胞中取出细胞核，移植入去核的卵细胞中（即体细胞核转移技术 SCNT） ，经过一系列的培养在体外分化成患者所需要的细胞或组织类型。这种包含与患者完全相同的遗传物质的杂合卵细胞在体外培养发育成囊胚，若将囊胚植入假孕妇女的子宫中，将会克隆出与提供体细胞的人基因相同的个体，即所谓的“克隆人” 。但是如果从获得的囊胚中分离并扩增所谓的“人胚胎干细胞（ES） ”，并体外诱导它们分化成胰岛细胞、神经元、心肌细胞等，将这些细胞移植至发病部位，则能够修复患者的组织或器官，从而使患者得到康复。用这种胚胎干细胞培养获得的细胞、组织或器官，其基因和细胞膜表面的主要组织相容性复合体与提供体细胞的患者完全一致，不会导致任何免疫排异反应。如果能成为现实，这将是人类医学史上一项划时代的成就，它将使器官培养专业化，全面解决供体器官来源不足的问题;并达到器官供应专一化，提供给患者相应性器官。人体中的任何
