人胚胎干细胞研究的临床意义

吕广秀   201314上海市解放军第85医院儿科
 
   　1998年11月，美国James和John Gearhart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（ES ce
lls）和胚胎生殖细胞系（EG cells） ［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（extraembryonic tissues）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
    
　　James Thomson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
5～9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
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f
orskolin ［6］  。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。Shamblott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α-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（embry
oid bodies）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ES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。

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