干细胞及生殖医学的关联与应用

生殖医学与干细胞的应用谌兵来2011-11-122一、干细胞的概念

干细胞是一类具有自我更新和分化潜能的细胞。3干细胞有几个主要特征干细胞能自我复制及诱导分化；干细胞能无限增殖分裂；干细胞可连续分裂几代，也可在较长时间内处于静止状态；干细胞分裂产生的子细胞只能有两种命运——保持为干细胞或分化为特定细胞。4二、干细胞的分类按分化潜能大小来分类:全能干细胞（Totipotentstemcell

）：它具有形成完整个体的分化潜能。如受精卵，胚胎干细胞。多能干细胞（pluripotentstemcell

），具有分化出多种组织细胞的潜能，但却失去了发育成完整个体的能力，发育潜能受到一定的限制。如骨髓多能造血干细胞是典型的例子，它可分化出至少十二种血细胞。专能干细胞（multipotentstemcell

），这类干细胞只能向一种类型或密切相关的两种类型的细胞分化，如上皮组织基底层干细胞、肌肉中的成肌细胞等。5根据来源来分:来源于胚胎---胚胎干细胞ESC（EmbryonicStemCell）胚胎性生殖细胞EGC（EmbryonicGermCell）来源于成体---成体组织来源的干细胞ASC

（Adult-derivedStemCell）来源于成体细胞再反向编程---诱导多能干细iPS

（inducedPluripotentStemCell）6根据干细胞组织发生的名称进行分类:胚胎干细胞造血干细胞骨髓间质干细胞肌肉干细胞成骨干细胞视网膜干细胞胰腺干细胞等等7三、胚胎干细胞81981年Evans等首次由小鼠囊胚分离得到鼠胚胎干细胞。

胚胎干细胞的历史MartinJ.Evans

至今已分离得到的动物胚胎干细胞物种有：金黄地鼠（1988）、猪（1994，1997）、鸡（1996）、恒河猴（1995）、绒猴（1996）等。但真正通过嵌合鼠实验及生殖能力检测的胚胎干细胞只有小鼠胚胎干细胞和大鼠胚胎干细胞（2008年）91998年美国有两个小组分别培养出了人胚胎干细胞：JamesA.Thomson在Wisconsin大学领导一个研究小组建立人囊胚来源的胚胎干细胞株。JohnD.Gearhart在JohnsHopkins大学领导另一个研究小组也从流产胚胎中建立了生殖干细胞株。

JamesA.Thomson10借助体外受精技术建立hESC系11Onecellisremovedfromaneight-cellembryoinpreparationforpreimplantationgeneticdiagnosis.借助PGD技术建立hESC系借助核移植技术建立hESC系？13ES细胞的应用前景（1）制造疾病动物模型（基因敲除与敲入）（2）制造药物发生器（生物制药）（3）制造人类的各种细胞和组织（dream？）干细胞技术的应用前景

研究干细胞增殖和分化机制的最终目的是应用干细胞治疗疾病。理论上讲，干细胞可以用于各种疾病的治疗，但其最适合的疾病主要是组织坏死性疾病如缺血引起的心肌坏死，退行性病变如帕金森综合征，自体免疫性疾病如胰岛素依赖型糖尿病等。体外制造人体器官通过形成嵌合体，在严格的控制下，使动物的某些器官来源于人体干细胞。这些来自人体干细胞的器官可应用于临床移植治疗。

长生不老的希望目前科学家已能在体外以干细胞为种子培育成功一些组织器官，希望能替代病变或衰老的组织器官，但应用于病人还是有很多的问题没有解决。造血干细胞移植是目前治愈白血病和某些遗传性血液病的唯一希望，在肿瘤和难治性免疫疾病的治疗中也有其独特的作用。

18ES研究面临的难题（1）体外培养ES细胞应当是既能快速无限增殖，又呈未分化状态。如何平衡这一对矛盾,必须筛选适宜的培养条件。目前在ES细胞研究中存在着建系成功率不高等问题,只在小鼠中建立了稳定的ES细胞系，家畜、人类细胞系建立的最佳条件仍无定论。19（2）ES细胞高度未分化,具有形成畸胎瘤的可能性,因此在使用ES细胞进行治疗前必须首先体外诱导ES细胞分化产生某种特异的组织细胞或设计自杀基因,当移植的细胞向肿瘤发展时,自杀基因能启动自毁机制使其凋亡。但如何诱导ES细胞定向分化成单一类型的分化细胞,是至今仍未解决的难题。因此，必须寻找各种细胞定向诱导分化的条件和方法，以及不同干细胞的表面标志和分选技术，从而得到所需要的细胞或组织。20（3）ES细胞真正用于器官克隆与移植仍需要技术上的突破，因为器官的形成是一个非常复杂的三维过程,很多器官是两个不同胚层的组织相互作用而形成的。即便是发育完整的来自自然机体的器官,要离体培养并维持其正常的生理功能目前还无法做到,器官的体外保存和维持仍是器官移植中的难题。21（4）最大的障碍来自于伦理学问题，特别是ES细胞应用受到伦理、法律、宗教以及社会因素的强烈反对，有些国家甚至明令禁止进行人类ES细胞研究。无论从基础研究角度来讲还是从临床应用方面来看，人类ES细胞带给人类的益处远远大于在伦理方面可能造成的负面影响，但随着观念的改变，人们会逐渐认识到ES细胞对临床医学及生物学理论研究的重要作用。2006年，日本科学家山中伸弥（ShinyaYamanaka)将四个转录因子导入已分化的小鼠皮肤成纤维细胞，进而获得了类似于胚胎干细胞的多能性干细胞，称之为“诱导产生的多功能性干细胞”（inducedpluripotentstemcells,iPS细胞）。四、诱导多能干细胞2008年11月20日，日本京都大学的山中伸弥（ShinyaYamanaka)和美国威斯康星大学的詹姆斯·汤姆森（JamesThomson）分别在《细胞》和《科学》杂志上发表论文，宣布他们用基因改造的手段，将人类体细胞改造成了类胚胎干细胞，在功能上几乎可以和胚胎干细胞相媲美。五、生殖医学与干细胞技术在

转基因动物中的应用2007年的诺贝尔奖：“2007年度诺贝尔生理及医学奖”授予因使用胚胎干细胞及基因敲除技术的三位科学家1，MartinJEvens:1981年建立小鼠胚胎干细胞系2，OliverSmithies采用基因敲入的方法及MarioR.Capecchi采用基因敲除的方法分别建立了基因敲除（入）的胚胎干细胞3，1989年，Capecchi(卡佩基)将小鼠体内的真正基因进行了敲除，标志着小鼠基因敲除技术的真正开始。基因敲除（入）动物的作用1，用于研究基因结构与功能关系以及胚胎发育调控、肿瘤、神经发育等重要生命过程；2，用于建立多种人类疾病的动物模型，成为研究人类重大疾病发病机理的“人类替难者”；3，成为主要的药效研究、药理研究和新药筛选的“试管”；4，制备医用或食用蛋白的生物反应器，通过家畜乳腺分泌大量安全、高效、廉价的人体药用生物制品；5，用于制造优良品种的食用动物如猪等。大鼠基因敲除技术路线图打靶载体构建DA大鼠ES细胞分离传代

↓

↓电转染打靶载体进DA大鼠ES细胞

↓药物筛选，挑选阳性克隆及扩增↓PCR，southern杂交、测序及核型分析证实阳性ES克隆↓阳性ES细胞注入假孕大鼠，嵌合鼠的产生↓1、嵌合大鼠与白色大鼠交配产生杂合大鼠F12、大鼠F1互相交配产生F2（纯合子、杂合子及野生型）

3、待研究大鼠的表型及功能分析基因敲除大