胚胎干细胞综述

胚胎干细胞的研究进展摘要：干细胞是在生命的生长和发育中起 “主干” 作用的原始细胞，它具有自我更新、 高度增值和多向分化的潜能.近年来胚胎干细胞的应用几乎涉及到所有生命科学和生物医学领域.综述了目前胚胎干细胞在基础研究及临床上应用的研究进展.关键词：胚胎；干细胞；应用胚胎干细胞(embryonic stem cell , ES)是从早期胚胎内细胞团分离出来的可在体外连续传代培养而不分化 ,并具有全能性的细胞。胚胎干细胞的研究取得了显著的成绩 ,一些胚胎干细胞技术与近年来发展起来的基因打靶技术(Gene Targeting)相结合 ,使人们定向改造哺乳动物成为可能 ,成为世界各国竞相发展的哺乳动物基因改造的最佳途径 ,通过 ES细胞途径获得转基因动物是目前生命科学领域中研究的热点之一。1胚胎干细胞的生物学特性1. 1 胚胎干细胞的生物学特性 胚胎干细胞在适合的条件下可分化为胎儿或成体内的各种类型的组织细胞 ,人和动物体内的多种组织或器官中均存在有不同类型的干细胞 , 它们具有向有限的细胞类型分化的潜能。ES细胞与成体组织中的干细胞不同 ,具有以下特点: (1)具有多向分化潜能和受精卵的某些特性 ,可以分化为胎儿和成体内各种类型的组织细胞; (2)可在体外培养条件下建立稳定的细胞系 ,可长期增殖培养并保持高度未分化状态和发育潜能性; (3)将 ES细胞与 816 细胞阶段的胚胎共培养后 ,植入假孕母体子宫 ,可发育成嵌合动物 ,其遗传特性可进入胚系 ,遗传给下一代。体外 ES细胞具有培养细胞的特征 ,最大特色是可对它进行遗传改造、 核转移和冻存等而不失去潜能性。1.2 胚胎干细胞的增值胚胎干细胞能够自我更新而不分化，即经过不断地细胞分裂，增加干细胞的数量却始终保持着未分化状态。胚胎干细胞的分裂方式有两种：对称性细胞分裂与不对称性细胞分裂.所谓对称性细胞分裂是指干细胞每经过一次细胞分裂周期后，产生与母细胞相同的两个子代干细胞；而不对称性细胞分裂是指干细胞每经过一次细胞分裂周期后的两个子代细胞，其中一个仍然维持干细胞状态。胚胎干细胞究竟采取那种分裂方式，与它所处的微环境有关，在自我更新的组织中干细胞即可分化成两个干细胞，又可形成两个分化细胞；当组织处于稳定状态时，往往进行不对称分裂.目前，科学家们正致力于明确在什么样的培养环境中，使胚胎干细胞可以成百倍的分裂而不分化。1.3 胚胎干细胞的定向分化当前，胚胎干细胞研究的一个主要目的就是按照人的意愿来控制人的干细胞株向特定的细胞转化，并将这些转化的细胞应用于临床治疗。目前，研究人员在胚胎干细胞定向分化中已取得了很大进展，如现在已经可以使人的胚胎干细胞定向分化为神经元 心肌细胞 血管内皮细胞 类胰岛细胞等。很显然，人们一旦掌握了胚胎干细胞定向分化的规律，必然引起生物医学领域的一场重大革命。 2.ES细胞目前的研究现状2.1国外胚胎干细胞的研究状况 目前国际干细胞研究有 4 大热点：胚胎干细胞建系及定向诱导成组织细胞的分子机制；成体干细胞横向分化的条件；各种组织的成体干细胞库的建立及临治疗试验以及细胞移植的免疫排斥问题。 国外已取成功建立胚胎干细胞体外培养系统，并发现人的血液干细胞可以横向分化为肝脏 神经等组织的细胞。在各种干细胞的研究与应用中， ES细胞最引人注目最新的研究表明，利用胚胎干细胞自我更新 高度增殖和多向分化的能力，结合现代生物医学及工程技术，有可能使人类组织或器官的修复和替代的美梦成真.这个领域的研究几乎涉及人体所有的重要组织和器官，也涉及人类面临的大多数医学难题，如成分输血 意外损伤患者的植皮 关节置换，糖尿病患者的胰腺植入 心脏病患者的瓣膜置换癌症患者的手术切除后组织或器官的替代，大剂量放化疗后的造血与免疫功能重建，肝 肾等重要器官损伤或功能衰竭后的置换，部分遗传缺陷性疾病的治疗等。由于研究对象来源的匮乏（主要取自人工流产的极早期胚胎，或是施行试管婴儿术时所剩余的胚胎）以及伦理道德的约束，人胚胎干细胞的体外研究一直是空。这种状况在 1998年末被打破.美国Wisconsin 大学科学家 Thomson 借助G1 2 和 G2 2培养基，解决了早期胚胎对输卵管环境的依赖性问题，从而将新鲜或冰冻的人体外受精卵由 4 8 细胞阶段培养至胚泡期，经分离内细胞团后逐渐传代建立了人胚胎干细胞系。 美国科学家 John 从人原始生殖细胞中建立了与人胚胎干细胞功能个似的多能干细胞系 胚胎生殖细胞系。这两个小组的研究结果在 科学 和 美国科学院院报 上一经刊出，立即在科学界引起极大的震撼，不仅掀起了新一轮的胚胎干细胞研究热潮，而且由于科学家利用人类干细胞系诱导胚胎干细胞分化为神经干细胞和心肌干细胞获得成功，使得胚胎干细胞应用于临床的研究产生了突破性进展。2008 年 1 月美国加利福尼亚州从事干细胞研究的 Stemagen 公司采用克隆多利的技术来建立人体晶胚首次宣布由人体细胞成功克隆人体胚胎，虽然这些比针头还要小的晶胚细胞只存活了 5 天时间，它们却被视为治疗阿尔茨海默症 帕金森氏症等疾病的一个里程碑。目前，科学家对胚胎干细胞定向诱导分化的机制尚不清楚，即还不明白胚胎干细胞接受谁的 命令 ，此时分化为造血干细胞，而彼时又分化为神经干细胞或别的什么干细胞。这是干细胞工程进一步研究与应用面临的最大困扰。在胚胎干细胞向各种细胞分化的研究模型中，向造血细胞的定向诱导分化是最佳模型之一。2.2国内胚胎干细胞的研究状况 2002年重庆妇幼保健院生殖与遗传研究所完成了中国首例囊胚胎培养技术。该技术不仅大提高了试管婴儿的妊娠成功率，还有效地降低多胞胎发生率。美国哈佛大学医学院正与重庆妇幼保健院生殖与遗传研究所合作，人工共同研究干细胞的分化，为克隆人体器官创造条件。我国在治疗性克隆研究领域获得重大突破，治疗性克隆课题被列为国家级重点基础研究项目。此课题分为上 中 下游三块，上海市转基因研究中心成国祥博士负责上游研究，上海第二医科大学盛惠珍教授和曹谊林教授分别主持中 下游的研究工作。其整体目标是，用病人的体细胞移植到去核的卵母细胞内，经过一定的处理使其发育到囊胚，再利用囊胚建立胚胎干细胞，在体外进行诱导分化成特定的组织或器官，如皮肤 软骨 心脏 肝脏 肾脏 膀胱等，再将这些组织或器官移植到病人身上.利用这种方法，将从根本上解决同种异体器官移植过程中最难的免疫排斥反应，同时还使得组织或器官有了良好的充分的来源。目前，由上海市转基因研究中心负责的上游研究工作即把病人的体细胞移到去核的卵母细胞并经一系列的处理发育至囊胚取得成功.这个中心创建的三种技术路线方法，即体细胞克隆哺乳动物的制备方法 获得治疗性克隆植入前的制备方法 以及 用于治疗性克隆的人体细胞组织器官保存方法 均已收到国家知识产权局同意专利申请的受理通知。 2009年 2月2 日山东省干细胞工程技术研究中心宣布首次成功克隆人类囊胚，此研究选择了健康卵细胞志愿捐献者 12 人，经过促排卵共获得 135 枚卵细胞，其中 77 枚卵细胞进行了预实验， 58 枚卵细胞用于实验，最终成功获取囊胚 5 枚。其中4枚囊胚的供体细胞来源于正常人皮肤纤维细胞， 1 枚来源于帕金森患者外周血淋巴细胞。因而，揭示了在构建胚胎发育过程中的部分科学和技术问题，这使治疗性克隆研究向前迈进了一大步。国内科学家普遍认为，我国的干细胞研究目前与国外先进水平非常接近，因此在国际上挤占 一席之地是很有希望的。如果看准时机，通过政府出面调控企业适时介入，无论是学科进步是产业化发展的前景都十分可观。我国政府已经将干细胞研究列入 973 项目 国家自然科学基金重点项目中。参考文献：1 燕卫东，吴春华. 胚胎干细胞的研究进展.J.2010，22郑瑞珍.胚胎干细胞研究进展J.1994,103柯丽白.胚胎干细胞的研究进展与前景J.2004,94刘鸿禧.胚胎干细胞的研究及其在临床上的应用J.2003,1 5Bradley,A.et al,Nature,309;225-256,20096黄雅杰,张凯,齐莎日娜. 胚胎干细胞的生物学特性与研究进展J. 2009,01.