干细胞基本知识、技术发展史、产业介绍

1、PAGE PAGE 34干细胞基本知识1.什么是干细胞？干细胞是具有自我复制和多向分化潜能的原始细胞，是机体的起源细胞，是形成人体各种组织器官的原始细胞。在一定条件下，它可以分化成多种功能细胞或组织器官，医学界称其为“万用细胞”。2.干细胞是怎样维持其生物学特性的？干细胞具有两种不同的分裂方式，一是对称分裂，另一种是不对称分裂。它可以根据周围环境的变化分裂为两个相同的分裂末期的功能细胞或者两个相同的干细胞，还可以分裂为一个干细胞及一个末期的功能细胞，这是干细胞区分于肿瘤细胞的最大特点。所以说干细胞可以长时间处于休眠状态，也可以快速进行修复功能。举一个最容易理解的例子，肝移植供者切除3/4的肝脏

2、，可以在两周内完全恢复成原样，但是恢复后就不再继续生长，这就是干细胞的功能。3.干细胞的分类有哪些？细胞有两种分类方法，一是根据干细胞所处的发育阶段分为胚胎干细胞(embryonic stem cell，ES细胞)和成体干细胞(somatic stem cell)。第二种分类方法是根据干细胞的发育潜能分为三类：全能干细胞(totipotent stem cell,TSC)、多能干细胞（pluripotent stem cell）和单能干细胞（unipotent stem cell）。胚胎干细胞的发育等级较高，是全能干细胞，而成体干细胞的发育等级较低，是多能或单能干细胞。胚胎的分化形成和成年组织

3、的再生是干细胞进一步分化的结果。胚胎干细胞是全能的，具有分化为几乎全部组织和器官的能力。而成年组织或器官内的干细胞一般认为具有组织特异性，只能分化成特定的细胞或组织。然而，这个观点目前受到了挑战。最新的研究表明，组织特异性干细胞 （成体干细胞）同样具有横向分化成其它类型细胞或组织的潜能，这为干细胞的应用开创了更广泛的空间。4.什么是胚胎干细胞？胚胎干细胞是形成于受精卵发育大约5天后囊胚内细胞团中的细胞，它对所有细胞类型均表示出充分的分化潜能，并有能力形成一个完整的个体。5.关于胚胎干细胞的争论有哪些？胚胎干细胞虽然有众多优势，但是存在伦理学争议，尤其是西方国家，主要争论有以下方面：受精卵是具有

4、遗传差异性的孕育中的人类生命体，在道德上它存在生存权，破坏受精卵在某些人看来无异于“谋杀”。由于胚胎无法行驶出生权，所以父母不能同意就其研究目的而使用胚胎。与成年人不同，胚胎无法同意或拒绝任何事情，因此，许多社会团体认为我们必须保护其在道德上的存在权。6.什么是成体干细胞？是来源于成体组织，混杂在成体组织或器官的已分化细胞间的未分化细胞，它能够自我更新，能够分化产生组织或器官的主要细胞类型。7.成体干细胞分布于哪些部位？多种组织或器官的特异部位，主要包括：脐血、胎盘、羊水、骨、骨髓、脂肪、脑、外周血，还存在于肌肉、皮肤、血管、嗅粘膜、视网膜、肝脏等等。8.成体干细胞的类型有哪些？包括：神经干细

5、胞、间充质干细胞、造血干细胞、脐血干细胞、上皮干细胞、皮肤干细胞、脂肪干细胞、内皮干细胞、肝脏干细胞、牙髓干细胞、视网膜干细胞、角膜干细胞等9.成体干细胞有什么特点？成体干细胞本身不是处于分化途径的终端成体干细胞能无限的增殖分裂成体干细胞可以连续分裂几代，也可以长时间内处于静止状态成体干细胞通过两种方式生长：对称、不对称分裂10.成体干细胞是否具有多种修复功能？研究已经证实，成体干细胞具有多方向分化潜能，以间充质干细胞为例，可以在特定条件下分化为神经细胞、肝脏细胞、肾脏细胞、皮肤细胞、胰岛B细胞、脂肪细胞、心肌细胞、骨骼肌细胞等等，具有广阔的修复功能。11.成体干细胞有什么优势？无重大道德伦理

6、问题：取自成体组织样本，而非人体胚胎。无排异问题：可单独从患者体内提取，进行体外培养，然后重新植入同一患者。2009年之前，资助干细胞研究的大多数美国政府基金至今仍仅限于支持成体干细胞的研究。12.干细胞研究与应用的历史是怎样的？干细胞研究与临床应用最早起源于上个世纪60年代，主要是造血干细胞的研究，1998年以前干细胞的概念就是指造血干细胞。1998年11月，美国威斯康星大学的科学家在美国科学杂志报告说，他们已成功地使人类胚胎干细胞在体外生长和增殖。评述：这带动了世界范围内的干细胞研究热潮。此项进展使科学家们看到了干细胞生物工程的曙光：在体外培育所需的组织细胞，取代病人体内的坏损组织细胞。1

7、999年，Science将人类胚胎干细胞研究成果评为当年世界十大科技进展之首，2000年，Time周刊将其列为20世纪末世界十大科技成就之首，并认为胚胎干细胞和人类基因组将同时成为新世纪最具发展和应用前景的领域。近年来干细胞已称为生命科学界最活跃和最有前景的研究领域。运用现代科技，研究人员已在体外鉴定、分离、纯化、扩增和培养人体胚胎干细胞和各种组织成体干细胞，然后补充到人体内，修复和替代病变组织而延缓人体衰老，治愈各种疾病，并取得了重大突破。2009年初，美国奥巴马政府放开了政府资金对胚胎干细胞研究的限制，越来越多的科学家认为干细胞研究将会出现突飞猛跃的进展。应用干细胞治疗疾病具有很多传统治疗

8、方法无法比拟的优点：1)一次性介入，长久性受益；2)不需要完全了解疾病发病的确切机理；3)还能应用自身干细胞移植，避免产生免疫排斥反应。13.成体干细胞可以治疗的疾病有哪些？成体干细胞已成功治愈七十余种血液相关疾病其中一些此前被认为是致命的，包括白血病、镰刀形细胞贫血症、霍奇金淋巴瘤、范可尼贫血及重症联合免疫缺陷病。根据美国全国卫生研究所2134例成体干细胞临床观察统计，目前成体干细胞可以治疗的疾病包括血液系统疾病、神经系统疾病、糖尿病、肾脏疾病、骨关节疾病、肝脏疾病、下肢缺血性疾病、心脏病、皮肤疾病、自体免疫性疾病等等。14.干细胞作用的机理是什么？在细胞分化过程中，大部分细胞失去了自我分化

9、的功能，导致机体死亡。一类特殊的细胞能补偿机体内细胞的死亡，这类细胞就是干细胞。它们根据不同的发育途径产生不同的分化细胞。因此干细胞是一类能进行自我更新，并能进行增殖的细胞群。干细胞将从本质上弥补自身组织缺陷与修复病变组织。它可以被机体局部损失后释放的趋化因子及细胞因子所吸引并高浓度的聚集到损伤部位周围（干细胞归巢现象），根据需要分化为机体所需要的各种细胞，起到细胞替代、修复损伤的目的，同时干细胞还可以释放各种营养因子，促进细胞的生长并激活机体内源性的修复机制。15.干细胞应用过程中有什么副作用？迄今，干细胞移植治疗尚未导致重大的副作用或不良反应。但任何一种疗法都可能会有副作用，所以无法肯定副

10、作用不会发生，但是直到现在，都还未发现什么严重的副作用。16.干细胞临床应用的安全性如何？因为干细胞是一种未分化未成熟的细胞，其细胞表面的抗原表达很微弱，患者自身的免疫系统对这种未分化细胞的识别能力很低，无法判断它们的属性，从而避免了器官移植引起的免疫排斥反应及过敏反应等，使同种异体移植神经干细胞变得非常安全。目前，干细胞研究完成了干细胞的临床前全套安全性实验，包括急性毒性试验，长期毒性试验，致瘤性试验致畸性试验，局部刺激试验，发热试验和免疫毒性试验，结果表明，干细胞临床应用是安全，无毒的。在临床研究中，经过大量的临床病例研究表明，干细胞治疗除了极少数病人有轻微的发热、头痛外，无严重不良反应发

11、生，表明其临床应用是安全的。干细胞发展编年史毋庸置疑，当今的生物学研究是干细胞时代。无论从基础理论研究还是临床医学应用乃至商业服务，干细胞当之无愧是最热门的关键词。干细胞的时代始于1998年。美国威斯康辛大学（University of Wisconsin）科学家汤姆森（James A.Thomson）带领研究团队首次从人类胚胎组织中提取培养出 HYPERLINK /Search.asp?Field=Title&ClassID=&keyword=胚胎干细胞 胚胎干细胞（Embryonic Stem Cell，ES Cell）株，并且证实此株细胞具有全能干细胞特征，此项研究论文发表在1998-1

12、1-6出版的顶级学术期刊Science上面。（详情见：Thomson, J.A., J.Itskovitz-Eldor, S.S.Shapiro, M.A.Waknitz, J.J.Swiergiel, V.S.Marshall, and J.M.Jones.Embryonic stem cell lines derived from human blastocysts. Science 282 (1998): 1145-1147.）这篇论文标着着一个时代的到来，而汤姆森也被人称作干细胞研究之父。 HYPERLINK /biology/Special/stemcell/Index.shtml

13、o t _blank 干细胞研究2000年，科学家成功分离出人类胚胎干细胞并且使其在体外条件下分化。（Jose B.Cibelli, Ann A.Kiessling, Kerrianne Cunniff, Charlotte Richards, Robert P.Lanza, Michael D.West.Rapid Communication: Somatic Cell Nuclear Transfer in Humans: Pronuclear and Early Embryonic Development e-biomed: The Journal of Regenerative Med

14、icine.November 2001, 2(5): 25-31.doi:10.1089/152489001753262168.）2003年，美国卫生独立研究院（National Institutes of Health，NIH）华裔科学家施松涛等人首次发现牙齿间质存在干细胞。（Miura M, Gronthos S, Zhao M, Lu B, Fisher LW, Robey PG, Shi S.SHED: stem cells from human exfoliated deciduous teeth.Proc Natl Acad Sci U S A.2003 May 13;100(10

15、):5807-12.）2005年报出干细胞研究领域乃至全球学术界一大学术丑闻：2004及2005年韩国汉城大学教授 HYPERLINK /Search.asp?Field=Title&ClassID=&keyword=黄禹锡 黄禹锡有关干细胞研究的论文两次荣登Science杂志，结果经各方查证证实其论文数据存在造假现象，2006年Science杂志宣布撤回这两篇论文。2006年，日本科学家山中亚弥等成功诱导出鼠iPS细胞（induced Pluripotent Stem Cell），此项研究成功将干细胞研究扩充到一个新的领域：重编程！（Kazutoshi Takahashi,Shinya Ya

16、manaka Induction of Pluripotent Stem Cells from Mouse Embryonic and Adult Fibroblast Cultures by Defined Factors. Cell, Volume 126, Issue 4, 663-676）iPS研究好像是回拨的时针一样，巧妙避开了胚胎干细胞研究应用带来的伦理道德问题，此后很大一部分研究干细胞的科学家都将目光聚焦到iPS的研究上面，干细胞研究迅速繁荣及飞速发展起来。 HYPERLINK /biology/Special/ips/Index.shtml o t _blank iPS研究20

17、07年，iPS研究取得巨大进展：山中亚弥等人和汤姆森带领下的华裔科学家俞君英等人分别在Cell及Science发表论文宣布成功利用人类上皮细胞诱导出iPS细胞。（Takahashi K, Tanabe K, Ohnuki M, Narita M, Ichisaka T, Tomoda K, Yamanaka S (November 2007).Induction of pluripotent stem cells from adult human fibroblasts by defined factors. Cell 131 (5): 861-72.；Yu J, Vodyanik MA, S

18、muga-Otto K, Antosiewicz-Bourget J, Frane JL, Tian S, Nie J, Jonsdottir GA, Ruotti V, Stewart R, Slukvin II, Thomson JA (December 2007).Induced pluripotent stem cell lines derived from human somatic cells.Science 318 (5858): 1917-20.）2008年，美国科学家宣布在不伤害胚胎的前提下成功获取胚胎干细胞。（Chung et al.(2008).Human embryon

19、ic stem cell lines generated without embryo destruction.Cell Stem Cell 2: 113.）2008年，美国科学家解析了microRNAs在干细胞发育及分化中的调控作用，为干细胞日后的研究提供了非常重要的参考资料。（Richard A.Young,et al Connecting microRNA Genes to the Core Transcriptional Regulatory Circuitry of Embryonic Stem Cells Cell, Vol 134, 521-533）2009年1月，汤姆森小组再次

20、独辟奇径，利用重症神经疾病患者的皮肤 HYPERLINK /reagent/search.asp?txtitle=细胞培养 细胞培养出的iPS细胞重分化为神经细胞后，在试管内成功再现了神经细胞因疾病死亡的过程。（Allison D.Ebert, Junying Yu, Ferrill F.Rose, Jr, Virginia B.Mattis, Christian L.Lorson, James A.Thomson, Clive N.Svendsen Induced pluripotent stem cells from a spinal muscular atrophy patient. N

21、ature 457, 277-280）2009年2月，德国科学家首次利用单基因调控方法成功诱导iPS细胞。（Hans R.Schler,et al Oct4-Induced Pluripotency in Adult Neural Stem Cells. Cell, Volume 136, Issue 3, 411-419）2009年3月，美国白头研究所（Whitehead Institute）科学家在成功诱导iPS细胞后，巧妙的将诱导iPS时带入细胞的基因去除，大大降低了细胞癌变风险。（Rudolf Jaenisch,et al Parkinsons Disease Patient-Deri

22、ved Induced Pluripotent Stem Cells Free of Viral Reprogramming Factors Cell,6 March 2009）2009年3月，汤姆森和俞君英带领的研究小组在iPS研究方面又迈进一大步，他们利用质粒作为诱导iPS基因的 HYPERLINK /reagent/list.asp?sortid=8 载体进行诱导iPS细胞后，随着细胞分裂丢失质粒，可以得到纯净无外源DNA的iPS细胞，在iPS细胞应用安全性方面又进一步。（Junying Yu,James A.Thomson, et al Human Induced Pluripoten

23、t Stem Cells Free of Vector and Transgene Sequences Science March 26, 2009） HYPERLINK /master/talent/385800.shtml o t _blank 俞君英2009年4月，我国上海交大吴际教授等人在国际上首次分离出生殖干细胞，并培养得到能长期自我更新的生殖干 HYPERLINK /reagent/list.asp?sortid=25&typeid=297 t _blank 细胞株。（Ji Wu,et al Production of offspring from a germline stem

24、cell line derived from neonatal ovaries Nature Cell Biology 12 April 2009）美国新任总统奥巴马上台后解禁干细胞研究，这无疑是对干细胞发展的巨大推动，在国际上干细胞研究如盛夏一般火热之时，我国干细胞研究紧随其后，生机勃勃、蓄势待发。我国干细胞研究主要集中在中科院和几大高校，比如上海生科院的时玉舫研究员、金颖研究员、杨黄恬研究员、肖磊研究员，北京大学邓宏魁教授、李凌松教授，复旦大学朱剑虹教授等。我国卫生部部长陈竺院士看到了我国干细胞研究的潜力和广阔前景，特提辞组织了干细胞之春系列活动，为带动我国干细胞研究进步及产业发展，汇集各

25、位干细胞领域学术带头人讲授干细胞领域最新进展及研究方法，促进我国干细胞研究与世界接轨。干细胞之春生物谷盘点2009纵观当今生物医学研究，干细胞研究无疑是最热门的领域。1998年，来自威斯康辛大学的Thomson JA等人在science杂志上报道首次成功建立了人胚胎干细胞系。由于人胚胎干细胞系可以分化成人体任何一种细胞（包括神经、心肌、造血、肝脏、胰腺等细胞）并应用于移植，为多种困扰人类的疾病提供了全新疗法，因此，该研究立即引起科学界巨大轰动，开创了干细胞研究的全球浪潮。2006年，日本京都大学教授山中伸弥（Shinya Yamanaka）等人在Cell杂志上报道通过转染四种转录因子（Oct4

26、，Sox2，Klf4和C-Myc）将小鼠成纤维细胞重编程为诱导多能性干细胞（induced pluripotent stem cells， HYPERLINK /biology/Special/ips/Index.shtml o t _blank iPS cells）。由于该方法解决了传统方法建立病人特异多能干细胞的致命缺点（效率低，需要大量卵细胞；建立胚胎干细胞系需要破坏胚胎，引起道德伦理争议；目前尚无人核移植多能干细胞建系的成功报道），因此，该研究立即在全球掀起iPS研究的浪潮，使该领域称为热门中的热门。2009年，奥巴马上台后宣布废除对胚胎干细胞研究的禁令，该项措施极大推动了美国的干细胞

27、研究。总之，干细胞研究是当前最热门、进展最快、最振奋人心的领域。顺应国际形势，在政府大力支持和广大科研人员努力攻关下，我国的干细胞研究发展迅速。在过去的一年里，我国科学家在干细胞研究的多个领域取得重大突破，部分发现属国际首次。下面就各个领域展开点评。1 iPS，iPS and iPS和全球的趋势一样，iPS研究同样是我国干细胞研究最热门的领域。我国科学家在以下方面取得重大突破。1.1 模式动物iPS系的建立由于iPS几乎具有ES的所有特性，因此模式动物（尤其是ES建系难度大的物种）iPS系的建立可以极大促进相关领域的科研活动。继2008年12月北京大学邓宏魁教授的实验室在Cell Stem C

28、ell上报道首次建立恒河猴（rhesus monkey）iPS系，2009年1月中科院生化细胞所肖磊研究员的实验室在Cell Stem Cell上和美国scripps研究所丁盛的实验室同时报道首次建立大鼠iPS系。由于大鼠是一种重要的模式动物，应用于多种疾病模型，且在该项研究之前尚无大鼠胚胎干细胞成功建系的报道，因此该项研究在国际上引起巨大轰动，Cell Stem Cell对该发现做出专门评论。2009年4月，肖磊实验室完成了猪iPS细胞的建立，相关研究成果被J Mol Cell Biol杂志接受；随后，中科院广州生物医药与健康研究院的裴端卿教授的实验室也在J Biol Chem上报道建立西藏

29、小型猪（Tibetan miniature pig）的iPS系。由于猪的许多生理功能指标更接近人类，因此这两项研究具有极大的应用前景。1.2 iPS建系优化及病人特异iPS系的建立2009年8月，中科院健康科学研究所金颖研究员的实验室发现，利用人成纤维细胞作为滋养层细胞（feeder），在不添加 HYPERLINK /Search.asp?Field=Title&ClassID=&keyword=白血病 白血病抑制因子（leukemia inhibitory factor, lif）的情况下，可以诱导神经前体细胞重编程为iPS细胞。该项研究成果发表在PLoS One。11月，该课题组在Hum

30、Mol Genet上报道一种高效建立iPS系的方法：利用人羊水来源的细胞作为重编程的起始细胞，可以快速高效的建立人iPS系，为人iPS建系所需时间最短、效率最高的手段。2009年9月，中科院北京生命科学研究院研究员高绍荣的实验室在Cell Research上报道建立型地中海 HYPERLINK /health/anaemia/Index.shtml 贫血病人的iPS系，为该病发病机制的研究、治疗药物的筛选及细胞移植治疗提供了有力的工具。1.3 iPS发育潜能的研究及定向分化2009年8月，高绍荣的实验室在Cell Stem Cell上首次报道通过四倍体互补实验（tetraploid compl

31、ementation）得到完全由iPS细胞来源的成体小鼠。9月，中科院动物所周琪研究员的实验室和美国scripps研究所Baldwin KK的实验室在Nature上报道了同样的研究结果。四倍体互补试验是检测干细胞发育潜能最严格的标准，该研究表明iPS具备和ES同样的发育潜能，打消了某些人担心iPS不能完全替代ES的顾虑。iPS的应用首先要求将iPS高效的分化成功能细胞。2009年8月，邓宏魁的实验室在Cell Research上报道成功将人iPS细胞高效的分化成能分泌胰岛素的成熟胰岛细胞。11月，该研究组又成功的将人iPS细胞分化成肝细胞，该研究同样发表在Cell Research上。2009

32、年12月，裴端卿带领的研究小组发现，通过在培养过程中添加维生素C使iPS诱导效率提高了10倍。通过老鼠和人细胞实验发现，培养时添加维生素C可促进相关基因表达，推动体细胞进入重编程状态。该成果 Cell Stem Cell杂志。2 干细胞的分离、培养及分化2.1 干细胞的分离2009年2月，金颖的实验室在Cell Research上报道成功从大鼠囊胚建立多能干细胞系，将该细胞注射到免疫缺陷小鼠体内能形成具有三胚层组织的畸胎瘤。该研究在国际上首次建立能分化成三胚层细胞的大鼠多能干细胞系。由于技术限制，该研究没有检测该细胞系的胚胎发育潜能。如果能通过囊胚注射形成嵌合体和生殖腺传递，则该细胞系将是国际

33、上首株大鼠胚胎干细胞系。2009年2月，中科院昆明动物所研究员季维智的实验室在Cell Research上报道成功分离恒河猴（rhesus monkey）的肝脏表皮前体细胞。与胚胎干细胞相比， HYPERLINK /Search.asp?Field=Title&ClassID=&keyword=成体干细胞 成体干细胞具有成瘤概率低，容易分化成成熟的功能细胞的优点，更适合临床研究与应用。2009年2月，中科院动物所研究员段恩奎的实验室在Cell Prolif上报道成功的从小鼠皮肤分离出一类干细胞，并将其分化成产生胰岛素的细胞。该研究为人类 HYPERLINK /Search.asp?Field=

34、Title&ClassID=&keyword=糖尿病 糖尿病的自体移植治疗开辟了新的途经。2.2 干细胞的培养2009年2月，邓宏魁的实验室在Stem Cells上报道利用一种小分子（pluripotin）和lif的组合，可以从很难建系的小鼠品系高效的建立胚胎干细胞系。该研究发现，pluripotin和lif的组合可以提高内细胞团增殖时Oct4阳性细胞的比例，为国际首次从很难建系的品系（NOD-scid和SCID beige）高效建立胚胎干细胞系。2009年8月，周琪的实验室在Reproduction上报道首次开发出一种可以有效支持小鼠核移植胚胎发育的培养基。该研究为重编程机制的研究奠定了坚实

35、的基础。2.3 干细胞的分化2009年7月，周琪的实验室报道一种通过单层培养的方法，将恒河猴胚胎干细胞分化成神经前体细胞，该研究结果发表在Reprod Biomed Online上。2009年7月，邓宏魁的实验室在PLoS One上报道首次将人胚胎干细胞分化成肝脏前体细胞。11月，该课题组在J Mol Cell Biol上报道将人胚胎干细胞分化成均质的PDX1阳性的胰腺前体细胞。这些研究为干细胞的临床应用打下坚实的基础。3 干细胞自我更新及分化机制的研究3.1 胚胎干细胞自我更新及分化机制的研究Oct4是维持胚胎干细胞自我更新能力的关键转录因子，有两种亚型Oct4A和Oct4B。Oct4A对维

36、持胚胎干细胞的自我更新能力是必需的，而Oct4B的功能研究的不是很清楚。中科院遗传发育所研究员戴建武的实验室发现Oct4B有三种转录本，其中Oct4B-190的表达在应激状态下上升，抑制 HYPERLINK /Search.asp?Field=Title&ClassID=&keyword=细胞凋亡 细胞凋亡。该研究揭示了Oct4具有更为复杂的功能，发表在2009年6月的Stem Cells上。另外，金颖的实验室发现Wwp2在人和小鼠的胚胎干细胞中均可以促进Oct4的降解，揭示了一种重要的Oct4蛋白水平调节方式，该研究结果分别发表在2009年5月和12月的Cell Research上。和Oct

37、4一样，Nanog和Sox2也是维持胚胎干细胞自我更新能力的关键转录因子，它们和Oct4一起构成核心转录调控网络。2009年4月，金颖的实验室在J Biol Chem上报道Nanog的一种表达调控方式。该研究发现一种转录共激活因子p300可以结合到Nanog的转录调控区域并激活Nanog的表达。该研究组还发现PARP1可以给Sox2加上PAR修饰并引起Sox2的降解，进而调节Fgf4的表达。该研究发表在2009年8月的J Biol Chem上。除了Oct4、Sox2和Nanog，越来越多的研究发现，其它蛋白也参与胚胎干细胞自我更新的调控。2009年6月，金颖的实验室在Stem Cells上报道

38、一种锌指核仁蛋白LYAR通过促进胚胎干细胞增殖和抑制凋亡来维持其自我更新潜能。进一步研究发现，LYAR通过和另一种核仁蛋白nucleolin形成复合体并抑制其自我剪切起作用。胚胎干细胞的自我更新除了受细胞内因子调控外，还受细胞外信号通路的调控。清华大学陈烨光研究组和中科院遗传与发育研究所韩敬东研究组合作发现，BMP信号通路的关键分子SMAD1/5和 SMAD4结合到一类发育调控基因上并影响胚胎干细胞的分化。该研究成果发表在2009年11月的Genome Research上。3.2 成体干细胞自我更新及分化机制的研究2009年7月，中科院健康科学研究所研究员杨黄恬的实验室在Am J Physio

39、l Cell Physiol上报道了SERCA和NCX在心肌分化中的功能。他们利用小鼠胚胎干细胞分化来的心肌细胞作为研究模型，发现在心肌分化中胞浆中的钙离子主要由SERCA清除；当SERCA的功能被抑制时，NCX负责清除胞浆中的钙离子。中科院上海药物研究所李佳研究员、南发俊研究员和冯林音研究员的实验室合作发现：AMPK信号通路的激活可以引起神经干细胞细胞周期阻滞，进而抑制神经干细胞的自我更新，该研究发表在2009年1月的J Biol Chem上。2009年10月，北京大学李凌松教授的实验室在Stem Cells上报道EGFR介导的信号通路可以促进Sox2的表达，而Sox2又可以结合到EGFR的

40、启动子区域并促进其表达，从而形成一个正反馈环路，促进神经干细胞的自我更新。2009年4月，中科院动物所研究员陈大华的实验室在Plos Genet上报道在果蝇卵巢中dFmr1通过结合bantam HYPERLINK /reagent/list.asp?sortid=20 t _blank miRNA来抑制生殖干细胞分化，促进其自我更新。该研究组还发现一种E2泛素结合酶Effete通过和dAPC2（一种E3连接酶APC的组分）相互作用，促进Cyclin A的降解，来维持果蝇生殖干细胞的自我更新。该研究发表在2009年11月的Development上。2009年9月，中科院北京生命科学研究院研究员袭

41、荣文的实验室在J Mol Cell Biol上报道：旁分泌的Unpaired通过JAK/STAT信号通路，一方面和Wg信号通路协同作用，维持小肠干细胞的自我更新；同时拮抗Notch信号通路，控制小肠干细胞的分化。纵观当今生物医学研究，干细胞研究无疑是最热门的领域。1998年，来自威斯康辛大学的Thomson JA等人在science杂志上报道首次成功建立了人胚胎干细胞系。由于人胚胎干细胞系可以分化成人体任何一种细胞（包括神经、心肌、造血、肝脏、胰腺等细胞）并应用于移植，为多种困扰人类的疾病提供了全新疗法，因此，该研究立即引起科学界巨大轰动，开创了干细胞研究的全球浪潮。2006年，日本京都大学教

42、授山中伸弥（Shinya Yamanaka）等人在Cell杂志上报道通过转染四种转录因子（Oct4，Sox2，Klf4和C-Myc）将小鼠成纤维细胞重编程为诱导多能性干细胞（induced pluripotent stem cells， HYPERLINK /biology/Special/ips/Index.shtml o t _blank iPS cells）。由于该方法解决了传统方法建立病人特异多能干细胞的致命缺点（效率低，需要大量卵细胞；建立胚胎干细胞系需要破坏胚胎，引起道德伦理争议；目前尚无人核移植多能干细胞建系的成功报道），因此，该研究立即在全球掀起iPS研究的浪潮，使该领域称为热

43、门中的热门。2009年，奥巴马上台后宣布废除对胚胎干细胞研究的禁令，该项措施极大推动了美国的干细胞研究。总之，干细胞研究是当前最热门、进展最快、最振奋人心的领域。顺应国际形势，在政府大力支持和广大科研人员努力攻关下，我国的干细胞研究发展迅速。在过去的一年里，我国科学家在干细胞研究的多个领域取得重大突破，部分发现属国际首次。下面就各个领域展开点评。一、 iPS，iPS and iPS和全球的趋势一样，iPS研究同样是我国干细胞研究最热门的领域。我国科学家在以下方面取得重大突破。1.1 模式动物iPS系的建立由于iPS几乎具有ES的所有特性，因此模式动物（尤其是ES建系难度大的物种）iPS系的建立

44、可以极大促进相关领域的科研活动。继2008年12月北京大学邓宏魁教授的实验室在Cell Stem Cell上报道首次建立恒河猴（rhesus monkey）iPS系，2009年1月中科院生化细胞所肖磊研究员的实验室在Cell Stem Cell上和美国scripps研究所丁盛的实验室同时报道首次建立大鼠iPS系。由于大鼠是一种重要的模式动物，应用于多种疾病模型，且在该项研究之前尚无大鼠胚胎干细胞成功建系的报道，因此该项研究在国际上引起巨大轰动，Cell Stem Cell对该发现做出专门评论。2009年4月，肖磊实验室完成了猪iPS细胞的建立，相关研究成果被J Mol Cell Biol杂志接

45、受；随后，中科院广州生物医药与健康研究院的裴端卿教授的实验室也在J Biol Chem上报道建立西藏小型猪（Tibetan miniature pig）的iPS系。由于猪的许多生理功能指标更接近人类，因此这两项研究具有极大的应用前景。1.2 iPS建系优化及病人特异iPS系的建立2009年8月，中科院健康科学研究所金颖研究员的实验室发现，利用人成纤维细胞作为滋养层细胞（feeder），在不添加 HYPERLINK /Search.asp?Field=Title&ClassID=&keyword=白血病 白血病抑制因子（leukemia inhibitory factor, lif）的情况下，可

46、以诱导神经前体细胞重编程为iPS细胞。该项研究成果发表在PLoS One。11月，该课题组在Hum Mol Genet上报道一种高效建立iPS系的方法：利用人羊水来源的细胞作为重编程的起始细胞，可以快速高效的建立人iPS系，为人iPS建系所需时间最短、效率最高的手段。2009年9月，中科院北京生命科学研究院研究员高绍荣的实验室在Cell Research上报道建立型地中海 HYPERLINK /health/anaemia/Index.shtml 贫血病人的iPS系，为该病发病机制的研究、治疗药物的筛选及细胞移植治疗提供了有力的工具。1.3 iPS发育潜能的研究及定向分化2009年8月，高绍荣

47、的实验室在Cell Stem Cell上首次报道通过四倍体互补实验（tetraploid complementation）得到完全由iPS细胞来源的成体小鼠。9月，中科院动物所周琪研究员的实验室和美国scripps研究所Baldwin KK的实验室在Nature上报道了同样的研究结果。四倍体互补试验是检测干细胞发育潜能最严格的标准，该研究表明iPS具备和ES同样的发育潜能，打消了某些人担心iPS不能完全替代ES的顾虑。iPS的应用首先要求将iPS高效的分化成功能细胞。2009年8月，邓宏魁的实验室在Cell Research上报道成功将人iPS细胞高效的分化成能分泌胰岛素的成熟胰岛细胞。11月

48、，该研究组又成功的将人iPS细胞分化成肝细胞，该研究同样发表在Cell Research上。2009年12月，裴端卿带领的研究小组发现，通过在培养过程中添加维生素C使iPS诱导效率提高了10倍。通过老鼠和人细胞实验发现，培养时添加维生素C可促进相关基因表达，推动体细胞进入重编程状态。该成果 Cell Stem Cell杂志。二、 干细胞的分离、培养及分化2.1 干细胞的分离2009年2月，金颖的实验室在Cell Research上报道成功从大鼠囊胚建立多能干细胞系，将该细胞注射到免疫缺陷小鼠体内能形成具有三胚层组织的畸胎瘤。该研究在国际上首次建立能分化成三胚层细胞的大鼠多能干细胞系。由于技术限

49、制，该研究没有检测该细胞系的胚胎发育潜能。如果能通过囊胚注射形成嵌合体和生殖腺传递，则该细胞系将是国际上首株大鼠胚胎干细胞系。2009年2月，中科院昆明动物所研究员季维智的实验室在Cell Research上报道成功分离恒河猴（rhesus monkey）的肝脏表皮前体细胞。与胚胎干细胞相比， HYPERLINK /Search.asp?Field=Title&ClassID=&keyword=成体干细胞 成体干细胞具有成瘤概率低，容易分化成成熟的功能细胞的优点，更适合临床研究与应用。2009年2月，中科院动物所研究员段恩奎的实验室在Cell Prolif上报道成功的从小鼠皮肤分离出一类干细胞

50、，并将其分化成产生胰岛素的细胞。该研究为人类 HYPERLINK /Search.asp?Field=Title&ClassID=&keyword=糖尿病 糖尿病的自体移植治疗开辟了新的途经。2.2 干细胞的培养2009年2月，邓宏魁的实验室在Stem Cells上报道利用一种小分子（pluripotin）和lif的组合，可以从很难建系的小鼠品系高效的建立胚胎干细胞系。该研究发现，pluripotin和lif的组合可以提高内细胞团增殖时Oct4阳性细胞的比例，为国际首次从很难建系的品系（NOD-scid和SCID beige）高效建立胚胎干细胞系。2009年8月，周琪的实验室在Reproduc

51、tion上报道首次开发出一种可以有效支持小鼠核移植胚胎发育的培养基。该研究为重编程机制的研究奠定了坚实的基础。2.3 干细胞的分化2009年7月，周琪的实验室报道一种通过单层培养的方法，将恒河猴胚胎干细胞分化成神经前体细胞，该研究结果发表在Reprod Biomed Online上。2009年7月，邓宏魁的实验室在PLoS One上报道首次将人胚胎干细胞分化成肝脏前体细胞。11月，该课题组在J Mol Cell Biol上报道将人胚胎干细胞分化成均质的PDX1阳性的胰腺前体细胞。这些研究为干细胞的临床应用打下坚实的基础。三、 干细胞自我更新及分化机制的研究3.1 胚胎干细胞自我更新及分化机制的

52、研究Oct4是维持胚胎干细胞自我更新能力的关键转录因子，有两种亚型Oct4A和Oct4B。Oct4A对维持胚胎干细胞的自我更新能力是必需的，而Oct4B的功能研究的不是很清楚。中科院遗传发育所研究员戴建武的实验室发现Oct4B有三种转录本，其中Oct4B-190的表达在应激状态下上升，抑制 HYPERLINK /Search.asp?Field=Title&ClassID=&keyword=细胞凋亡 细胞凋亡。该研究揭示了Oct4具有更为复杂的功能，发表在2009年6月的Stem Cells上。另外，金颖的实验室发现Wwp2在人和小鼠的胚胎干细胞中均可以促进Oct4的降解，揭示了一种重要的Oc

53、t4蛋白水平调节方式，该研究结果分别发表在2009年5月和12月的Cell Research上。和Oct4一样，Nanog和Sox2也是维持胚胎干细胞自我更新能力的关键转录因子，它们和Oct4一起构成核心转录调控网络。2009年4月，金颖的实验室在J Biol Chem上报道Nanog的一种表达调控方式。该研究发现一种转录共激活因子p300可以结合到Nanog的转录调控区域并激活Nanog的表达。该研究组还发现PARP1可以给Sox2加上PAR修饰并引起Sox2的降解，进而调节Fgf4的表达。该研究发表在2009年8月的J Biol Chem上。除了Oct4、Sox2和Nanog，越来越多的研

54、究发现，其它蛋白也参与胚胎干细胞自我更新的调控。2009年6月，金颖的实验室在Stem Cells上报道一种锌指核仁蛋白LYAR通过促进胚胎干细胞增殖和抑制凋亡来维持其自我更新潜能。进一步研究发现，LYAR通过和另一种核仁蛋白nucleolin形成复合体并抑制其自我剪切起作用。胚胎干细胞的自我更新除了受细胞内因子调控外，还受细胞外信号通路的调控。清华大学陈烨光研究组和中科院遗传与发育研究所韩敬东研究组合作发现，BMP信号通路的关键分子SMAD1/5和 SMAD4结合到一类发育调控基因上并影响胚胎干细胞的分化。该研究成果发表在2009年11月的Genome Research上。3.2 成体干细胞

55、自我更新及分化机制的研究2009年7月，中科院健康科学研究所研究员杨黄恬的实验室在Am J Physiol Cell Physiol上报道了SERCA和NCX在心肌分化中的功能。他们利用小鼠胚胎干细胞分化来的心肌细胞作为研究模型，发现在心肌分化中胞浆中的钙离子主要由SERCA清除；当SERCA的功能被抑制时，NCX负责清除胞浆中的钙离子。中科院上海药物研究所李佳研究员、南发俊研究员和冯林音研究员的实验室合作发现：AMPK信号通路的激活可以引起神经干细胞细胞周期阻滞，进而抑制神经干细胞的自我更新，该研究发表在2009年1月的J Biol Chem上。2009年10月，北京大学李凌松教授的实验室在

56、Stem Cells上报道EGFR介导的信号通路可以促进Sox2的表达，而Sox2又可以结合到EGFR的启动子区域并促进其表达，从而形成一个正反馈环路，促进神经干细胞的自我更新。2009年4月，中科院动物所研究员陈大华的实验室在Plos Genet上报道在果蝇卵巢中dFmr1通过结合bantam HYPERLINK /reagent/list.asp?sortid=20 t _blank miRNA来抑制生殖干细胞分化，促进其自我更新。该研究组还发现一种E2泛素结合酶Effete通过和dAPC2（一种E3连接酶APC的组分）相互作用，促进Cyclin A的降解，来维持果蝇生殖干细胞的自我更新。

57、该研究发表在2009年11月的Development上。2009年9月，中科院北京生命科学研究院研究员袭荣文的实验室在J Mol Cell Biol上报道：旁分泌的Unpaired通过JAK/STAT信号通路，一方面和Wg信号通路协同作用，维持小肠干细胞的自我更新；同时拮抗Notch信号通路，控制小肠干细胞的分化。捐献造血干细胞知识问答一、骨髓分布在人体的哪些部位？骨髓分为几种？骨髓分布人体大部分骨头的中央部分 骨腔内。骨髓分为红骨髓和黄骨髓两种。二、红骨髓具有哪些功能？红骨髓中含有造血干细胞，因此具有造血功能。人体血液中的红细胞、血小板、淋巴细胞、粒细胞等都是经过造血干细胞多次分化发育而成的

58、。三 人体中有多少骨髓？人体中的骨髓含量与人的体重等因素有关，成年人一般骨髓在体内约为3千克（公斤）。四 人体中的干细胞有哪几种功能？干细胞在人的生命成长和发育中起着“主干”作用的细胞，如同建筑中钢筋泥沙这样的基础材料。干细胞一般分为三种：全能干细胞、多能干细胞和专能干细胞。全能干细胞可以分化成人体的各种细胞，这些分化出的细胞构成人体的各种组织和器官，最终发育成一个完整的人。例如，人类的受精卵就是一个最初始的全能干细胞，在分化的过程中可分化出许多的全能干细胞。多能干细胞是全能干细胞进一步分化的结果。多能干细胞不再具有分化所有干细胞的能力，并不能发展成完整的人体。专能干细胞是多能干细胞进一步分化

59、的结果。专能干细胞只能分化成某一类型的细胞，如造血干细胞分化成各种血细胞；神经干细胞可以分化成各类神经细胞。五 干细胞存在人体的哪些地方？经科学家研究表明，干细胞不仅存在于胚胎，而且存在于成人体内。目前已经可以从脐血、胎盘、骨髓甚至脂肪中分离出各种干细胞。六 干细胞能治疗哪些疾病？用干细胞生物工程可以治疗几乎所有疾病。如白血病、再生障碍性贫血、重症免疫缺陷症、地中海贫血、急性放射病和某些恶性肿瘤等绝症。美国生物学家诺贝尔奖获得者吉尔伯特认为：“用不了50年，人类将能够培育出人体的所有器官。”那时，深度烧伤的病人有“脸”见人；瘫痪病人有望站起来；帕斤森病、糖尿病也可以根治。七 什么是造血干细胞移

60、植？ 当患者因病使机体造血功能异常或失去造血功能时，将他人的正常造血干细胞移植到患者体内，重建患者正常的造血功能和相关功能，达到治疗疾病的目的。八 造血干细胞移植有几种类型？根据造血干细胞来源可分为：骨髓移植、外周血造血干细胞移植、脐带血造血干细胞移植和胎肝造血干细胞移植。九 捐献造血干细胞会影响身体健康吗？人体内的造血干细胞具有很强的再生能力。正常情况下，人体的各种细胞每天都在不断地新陈代谢，进行生成、衰老和死亡的循环，捐献造血干细胞后，可刺激骨髓加速造血，12周内，血液中的各种血细胞就能恢复到原来的水平。因此，捐献造血干细胞与献血一样不会影响身体健康。十 捐献造血干细胞的身体健康条件？造血