胚胎干细胞应用进展

胚胎干细胞的应用进展

摘要：近年来 ,胚胎干细胞 ( ES细胞 )因其自身的许多特性成为生命科学的研究重点。ES细胞能够自我更新和多向分化的生物学特性,具有重要的医学价值,在基因治疗、组织工程学、 药学研究等许多领域都具有广泛的应用。本文就ES细胞在主要研究领域的应用进展、研究存在的问题及有望解决的措施作一概述。 关键词：胚胎干细胞；应用进展；存在问题；解决措施

自20世纪以来，干细胞的研究不断取得突破性进展，引起了生命科学界的强烈反响。随着生物技术的快速发展和不断完善，按照一定目的在体外分离和培养干细胞已经成为可能。近年来的研究成果表明，干细胞技术在动物克隆及改良、建立哺乳动物发育模型、细胞和基因治疗等方面都有着广阔的应用前景。本文就胚胎干细胞的“治疗性克隆”和孤雌生殖的研究进展、研究面临的困难以及有望解决的措施进行简要的综述。

一、用于“治疗性克隆”的人胚胎干细胞

目前，有关于细胞的研究进展表明，开展个性化干细胞治疗是临床应用的最终目的。利用体细胞核转移技术和病人的体细胞（如皮肤细胞）克隆出了早期胚胎，并提取出新的胚胎干细胞系是目前进行干细胞个性化治疗的重要手段，具有广泛的临床应用前景。利用培育的干细胞来实现组织再生和器官修复对于许多重大疾病如糖尿病、心脏疾病、老年性痴呆、帕金森病、神经损伤等的治疗具有重要意义，同时也是新药研发的重要工具。

然而，该技术的研究和最终临床应用需要大量的成熟卵细胞，通过女性捐献卵细胞来开展这方面的工作仍有许多难点。由于卵细胞来源困难，除了克服技术上的问题，如何获得一定数量以及高质量的人成熟卵细胞是成功的关键。 为解决这一难题，目前有科学家使用动物卵细胞替代人卵细胞进行异种混合胚胎实验，但是将异种混合胚胎应用到人身上必定会遇到伦理和其它方面的问题。为了避开法律和伦理方面的问题，可以利用人死亡后卵巢体外培育成熟卵母细胞。然而，利用人死亡后卵巢体外培育成熟卵母细胞供“治疗性克隆”的研究和临床应用仍存在一些亟待解决的问题。首先，是如何克服细胞复苏和培养过程中的细胞凋亡。其次，是如何有效地将腔前卵泡体外培养为成熟卵细胞。此外，通过这种方法获得的人成熟卵细胞最终用于临床还需考虑以下问题：(1)如何长期保存培养成熟的人卵细胞；(2) 如何结合体细胞核转移技术克隆人类早期胚胎；(3) 如何从克隆的人类早期胚胎(囊胚期)提取并培养干细胞。因此，解决人成熟卵细胞的来源问题对于加快“治疗性克隆”的临床应用将提供重要的基础。

二、孤雌生殖的胚胎干细胞

孤雌生殖是指在没有精子参与的情况下，卵细胞能发育为一个胚胎的过程。即无雄性配子的任何作用，由雌性配子产生的胚胎，不论其是否发育成个体，均称为孤雌生殖。

哺乳动物、非人灵长类( 如猴子) 均已成功地建了孤雌生殖的胚胎干细胞

系，而人类孤雌生殖的胎干细胞系的建立至今未见报道。但是利用一些人类卵母细胞可在体外激活后成功获得孤雌激活胚，并在体外培养可发育至囊胚。孤雌生殖的胚胎干细胞具有与胚胎干细胞相同的全能性和增殖性，可以在体外诱导分化成为体内的各种细胞。

人类孤雌胚胎干细胞系的建立，可以在体外培养出人体的细胞、组织甚至器官， 代替身体坏死、病变的细胞、组织，使得在医学临床上原来认为不可能治疗的医学顽症得到治愈，如帕金森症、脊髓损伤、肌肉萎缩、粥样硬化、糖尿病等，提供了新的治疗希望。同时为器官移植提供更多的供体，而且使器官移植更加安全、便捷。孤雌胚胎干细胞的研究将对人类治疗性克隆开辟一条新途径，避免因利用人类受精胚胎干细胞所导致的宗教、道德、伦理上的争议。

三、孤雌胚胎干细胞的基因组印迹

印迹基因是哺乳动物中特有的一类基因，广泛存在于常染色体的等位基因和性染色体中。在常染色体的等位基因上，父源和母源的印迹基因不能同时表达性状， 其中一方的表达伴随着另一方的沉默。沉默的基因是通过对基因特异的修饰来完成的，这种机制称之为染色体组的基因印迹。

基因印迹是在长期进化过程中生物体形成的自我调控和自我监护的机制，父源和母源印迹基因表达的不完整或者功能紊乱会严重影响胚胎的发育和成活，即便出生也可能发生多种遗传失调的综合征。此外，印迹基因表达的失衡会增加发生肿瘤的危险。

孤雌胚胎干细胞在临床应用方面展现出良好前景。这主要因为：首先pESCs的主要组织相容性复合与供卵者一致，在自体移植治疗时有良好适应性，或可以建立pESCs细胞库，挑选组织相容的用于其他患者；其次，相对于受精和克隆技术来获得的胚胎干细胞，孤雌胚胎干细胞的建立无需破坏胚胎，或使用显微作技术，避开了医学伦理上的争论和技术障碍；最后，孤雌胚胎干细胞的建系率并不明显低于受精的胚胎干细胞，也可以由低温保存的卵母细胞建立，在临床上具有良好的可行性。

但孤雌胚胎干细胞仍存在一些局限性，如在分化过程中对于体内各器官的贡献不正常的胚胎干细胞那样全面；在组织相容性上仅与供卵的母体相同，因此只适用于育龄女性患者。

四、干细胞研究中存在的问题

尽管人 ES细胞已建系成功,但距临床医学应用还有以下问题。

(1)体外培养 ES细胞要求既能快速无限增殖,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。目前科学家虽已建立小鼠细胞系,但家畜和人类仅得到类细胞系 ,即便是类细胞系,建系成功率也不高 ,家畜、人类细胞系建立的最佳条件仍无定论。

(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。令人高兴的是,科学家相信只要将 ES细胞诱导分化为所需组织细胞的前体(祖细胞)移植

到适当的环境中就能够产生所需组织,并与周围细胞及胞外基质相互作用而有机地整合至受体组织中。

(3)由 ES细胞在体外发育成一完整的器官 ,尤其是象心、肝、肺等大型精细复杂的器官这一目标还需要技术上的突破。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。

(4)在 ES细胞的建系中，研究人员还没有找到分离获取各种动物ES细胞的最佳时期；也未能保证 ES细胞高效增殖和有效抑制其分化，因此往往出现非整倍体核型。在ES细胞的应用研究中，目前仅仅局限于用ES细胞分化特定细胞以期望修复替代坏损组织细胞，而且常常存在着免疫排斥问题。此外，ES细胞研究一直存在着悬而未决伦理问题。

参考文献

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