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小時(shí)候，小墨聽(tīng)到過(guò)這樣一個(gè)關(guān)于科學(xué)的啟蒙故事，說(shuō)是有位小朋友，發(fā)現(xiàn)斷了半截身子的蚯蚓可以重新長(zhǎng)出身子，進(jìn)而對(duì)科學(xué)產(chǎn)生了濃厚的興趣，走上了研究大自然的道路。這個(gè)故事，現(xiàn)在想來(lái)，多半是查無(wú)實(shí)據(jù)的。但是自然界中倒真的是有一些生物，有這樣的斷肢再生能力，比如水蛭、蠑螈、壁虎、章魚(yú)等等?？茖W(xué)家也像小朋友一樣，對(duì)這一現(xiàn)象產(chǎn)生了好奇，希望能破解其中的秘密，幫助我們?nèi)祟悓?duì)抗衰老、疾病和創(chuàng)傷。

○ 壁虎斷尾

科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，這些動(dòng)物的器官和組織能夠再生，是因?yàn)樯眢w很多地方存在那種能進(jìn)行全能分化的細(xì)胞。所謂分化，指的是，同一來(lái)源的細(xì)胞，通過(guò)分裂，產(chǎn)生的細(xì)胞在形態(tài)結(jié)構(gòu)、生化特征和生理功能上具有穩(wěn)定差異的過(guò)程。這種具有分化增殖能力的細(xì)胞，人們叫做干細(xì)胞。

干細(xì)胞的“干”在英文里叫做“stem”，就是“植物的莖干”，這個(gè)詞非常形象的刻畫(huà)了干細(xì)胞的功能——就像一個(gè)主干一樣，不同的分支都發(fā)源于它。

其實(shí)，雖然干細(xì)胞的概念在19世紀(jì)就出現(xiàn)在了教科書(shū)里，但是對(duì)于它的概念和內(nèi)涵，也有一個(gè)更新和發(fā)展的過(guò)程。上世紀(jì)60年代，人們開(kāi)始試圖走近哺乳動(dòng)物的干細(xì)胞。

○ 造血干細(xì)胞

1960年，加拿大安大略癌癥研究所一名叫做James Till的研究員和他的同事Ernest McCulloch一起研究接收了X射線照射的小鼠注射骨髓細(xì)胞后的效果，他們意外發(fā)現(xiàn)，這些小鼠的脾臟含有小團(tuán)塊，這些團(tuán)塊（我們將它們視作為細(xì)胞集落）的數(shù)量與移植的骨髓細(xì)胞的數(shù)量呈線性關(guān)系，這提示著這些細(xì)胞集落可能是克隆---它們來(lái)源于單個(gè)細(xì)胞。經(jīng)過(guò)幾年的研究驗(yàn)證，他們相信這些細(xì)胞集落具有自我更新的能力，是一種造血干細(xì)胞?，F(xiàn)在看來(lái)，他們的研究不僅為今天所有干細(xì)胞研究奠定了基礎(chǔ)，更是為后來(lái)骨髓移植療法打開(kāi)了大門(mén)。

1981年，Evan，Kaufman和Martin從小鼠胚泡內(nèi)細(xì)胞群分離出小鼠胚胎干細(xì)胞。他們建立了小鼠胚胎干細(xì)胞體外培養(yǎng)條件。由這些細(xì)胞產(chǎn)生的細(xì)胞系有正常的二倍型，像原生殖細(xì)胞一樣產(chǎn)生三個(gè)胚層的衍生物。將胚胎干細(xì)胞注入小鼠，能誘導(dǎo)形成類似于早期胚胎的結(jié)構(gòu)，稱之為畸胎瘤。

后來(lái)的將近20年里，人們陸陸續(xù)續(xù)建立了豬，牛，羊，靈長(zhǎng)類動(dòng)物，包括人類的胚胎干細(xì)胞系。

在實(shí)現(xiàn)了人類胚胎干細(xì)胞的體外培養(yǎng)之后，人們開(kāi)始研究胚胎干細(xì)胞體外生長(zhǎng)和增殖的規(guī)律。這個(gè)過(guò)程中，兩個(gè)重大發(fā)現(xiàn)令人歡欣鼓舞：一是胚胎干細(xì)胞的定向分化取得了進(jìn)展，要知道，只有準(zhǔn)確地分化誘導(dǎo)，才能讓干細(xì)胞為我們所用，生成我們需要的細(xì)胞，比如造血細(xì)胞、淋巴細(xì)胞，這才能用于治療特定疾病；另一個(gè)是人們發(fā)現(xiàn)，成體干細(xì)胞居然也有一定的橫向分化能力，本來(lái)，人們以為成體干細(xì)胞分化能力很弱，不可能“逆生長(zhǎng)”，可是1999年，人們發(fā)現(xiàn)小鼠肌肉組織的成體干細(xì)胞可以分化成血液細(xì)胞，后來(lái)人的骨髓干細(xì)胞的橫向分化也相繼實(shí)現(xiàn)，這不僅成為理論上的重大突破，更使得利用成體干細(xì)胞治療疾病成為可能。當(dāng)年，相關(guān)研究被《科學(xué)》雜志評(píng)為十大科學(xué)進(jìn)展之首，干細(xì)胞研究的熱潮就這么一發(fā)不可收拾。

細(xì)胞的分化是每個(gè)個(gè)體生長(zhǎng)發(fā)育的必要過(guò)程。本來(lái)，我們每個(gè)人最早都是一枚小小的受精卵，這是最早的干細(xì)胞，擁有最強(qiáng)的分化能力，它一生二，二生四，這些早期的細(xì)胞就是胚胎干細(xì)胞，如果這個(gè)時(shí)候把這些細(xì)胞分別植入子宮，每個(gè)細(xì)胞都可以發(fā)育成一個(gè)完成的胚胎，所以，胚胎干細(xì)胞是一種全能干細(xì)胞。

后來(lái)，細(xì)胞開(kāi)始分化，有的發(fā)育成神經(jīng)，有的發(fā)育成肌肉，有的發(fā)育成骨骼，有的發(fā)育成皮膚，有的發(fā)育成血管。然后，形成器官、系統(tǒng)，最后變成一個(gè)完整的個(gè)體呱呱落地。

出生之后直至死亡，細(xì)胞的分化也從來(lái)都陪伴著我們。因?yàn)槲覀兌加姓５男玛惔x，有的時(shí)候一些疾病和損傷也需要我們不停地修復(fù)自身，所以，人體細(xì)胞除了高度分化、不容易再分裂的細(xì)胞，還儲(chǔ)備了一些未分化的干細(xì)胞，一旦人體需要，就可以產(chǎn)生新的細(xì)胞，這種干細(xì)胞就是成體干細(xì)胞。我們的皮膚、造血系統(tǒng)、甚至骨髓、脂肪里都有大量成體干細(xì)胞，當(dāng)我們年輕的時(shí)候，細(xì)胞的分化增殖和衰老死亡是一個(gè)動(dòng)態(tài)平衡過(guò)程，我們不同部位的干細(xì)胞各司其職，分化成特定的細(xì)胞或組織（這種分化的特異性后來(lái)也接受到了挑戰(zhàn)），維持身體的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。慢慢的，每個(gè)人都會(huì)衰老退化，人體細(xì)胞的分化能力也越來(lái)越弱，新生細(xì)胞的生成量小于衰老死亡的細(xì)胞量，各種組織和器官的損傷不再能及時(shí)得到修復(fù)，人體也就會(huì)出現(xiàn)各種疾病。

所以說(shuō)，人的衰老和疾病與干細(xì)胞的功能密切相關(guān)。理論上來(lái)說(shuō)，如果我們能讓干細(xì)胞的分化和增殖能力一直保持在活躍狀態(tài)，就可以讓人類永葆青春、甚至長(zhǎng)生不老。

但在實(shí)際應(yīng)用中，干細(xì)胞能不能聽(tīng)我們指揮，變成我們想要的細(xì)胞或組織，就是一個(gè)十分復(fù)雜的問(wèn)題了，不僅與干細(xì)胞本身有關(guān)，也與干細(xì)胞所處的微環(huán)境有關(guān)。其中有些因素是我們了解的，還有一些，現(xiàn)在科學(xué)家們也并沒(méi)有掌握其中奧妙。

從干細(xì)胞內(nèi)部的原因來(lái)看，基因起到了很大的作用。我們知道，我們的每個(gè)細(xì)胞幾乎包含了全套的基因組，但在干細(xì)胞分化的過(guò)程中，一些特定的基因開(kāi)始表達(dá)，另一些基因并不表達(dá)。通過(guò)人為操縱特定基因，可以誘導(dǎo)干細(xì)胞分化成特定種類的細(xì)胞。

○ 分化  來(lái)源：pixabay

但是，干細(xì)胞究竟是自我復(fù)制還是分化成特定細(xì)胞，還跟細(xì)胞所處的具體狀態(tài)、以及所處的微環(huán)境有關(guān)。比如，細(xì)胞處在細(xì)胞周期的什么時(shí)刻、影響細(xì)胞分裂的各種因子狀態(tài)是怎么樣的？干細(xì)胞與周圍細(xì)胞、外基質(zhì)、各種溶解在其中的因子有什么樣的相互作用？這些都影響著干細(xì)胞的分化路徑。

雖然干細(xì)胞分化的秘密并沒(méi)有完全被我們參透，但是對(duì)干細(xì)胞分化增殖能力的應(yīng)用，早就在臨床上為無(wú)數(shù)患者帶來(lái)了新生和希望。

比如，我們今天已經(jīng)很成熟的造血干細(xì)胞已經(jīng)成為治療惡性血液病最有效的方法，它就是先將患者體內(nèi)的白血病細(xì)胞最大限度地摧毀，然后將正常人的造血干細(xì)胞輸入患者體內(nèi)，重建患者的造血和免疫功能。

其實(shí)，干細(xì)胞的臨床應(yīng)用遠(yuǎn)遠(yuǎn)不限于此。在科學(xué)家的設(shè)想中，干細(xì)胞可以用來(lái)再生組織和器官；可以利用干細(xì)胞攜帶治療基因，誘導(dǎo)分化成各種成體細(xì)胞，治療遺傳??；還可以利用自體干細(xì)胞的橫向分化，用于自體組織和器官修復(fù)，避免排斥反應(yīng)。

○ 干細(xì)胞可以用來(lái)再生組織和器官

胚胎干細(xì)胞分化能力強(qiáng)，理論上應(yīng)該是應(yīng)用前景最廣闊的干細(xì)胞。但是研究發(fā)現(xiàn)，異體胚胎干細(xì)胞很容易發(fā)生排斥，而且人類的技術(shù)還不能完全排除形成畸胎瘤的可能；相較而言，成體干細(xì)胞來(lái)源廣泛，利用患者自身的體細(xì)胞，可以克服排斥免疫的問(wèn)題，最適合個(gè)體化治療。

1997年．英國(guó)科學(xué)家把一個(gè)成熟的乳腺細(xì)胞核移植到去除細(xì)胞核的卵母細(xì)胞中，體外培育成早期胚胎，再移植到母羊子宮中，這個(gè)拼接成的細(xì)胞發(fā)育成了一個(gè)完整的個(gè)體，這就是世界上第一個(gè)體細(xì)胞克隆羊“多利”?？寺⊙虻某晒?，明確提示了一點(diǎn)——成熟的體細(xì)胞在某種條件下，可以返老還童，形成干細(xì)胞，再重新分化發(fā)育成成熟個(gè)體。

1999年之后，體細(xì)胞橫向分化的研究成為干細(xì)胞研究的熱點(diǎn)，僅僅兩年之后，德國(guó)杜塞爾多夫大學(xué)醫(yī)院的科學(xué)家，應(yīng)用自體干細(xì)胞移植法成功治療一名心肌梗死患者，這是世界上第一例自體干細(xì)胞移植治療心臟病成功的病例。醫(yī)生從患者的骨髓中取出干細(xì)胞，經(jīng)過(guò)必要處理后，將其注入梗塞的冠狀動(dòng)脈中，手術(shù)10個(gè)星期后，患者心肌梗死的面積縮小了近三分之一，心臟功能也得到明顯改善，植入的干細(xì)胞成功地再造了心肌組織，部分的心肌功能得到恢復(fù)。到目前為止，已有數(shù)以千計(jì)的心臟病患者接受了干細(xì)胞治療。

此外，造血干細(xì)胞、神經(jīng)干細(xì)胞、間充質(zhì)干細(xì)胞的研究也如火如荼地進(jìn)行。

造血干細(xì)胞的臨床治療開(kāi)展得很早，常常見(jiàn)于報(bào)端，尋常百姓大都聽(tīng)過(guò)骨髓移植。此外，外周血移植、胎盤(pán)/臍帶血移植也屬于造血干細(xì)胞移植，在某些方面，甚至優(yōu)于骨髓移植。造血干細(xì)胞移植不僅可以用來(lái)治療急性和慢性白血病，還可以用于治療再生障礙性貧血、淋巴瘤等血液病，以及某些實(shí)體腫瘤。

此外，神經(jīng)干細(xì)胞也被科學(xué)家認(rèn)為前景廣闊。過(guò)去人們一直以為成年人的神經(jīng)元是不能再分裂和再生的，神經(jīng)損傷是不可修復(fù)的。可是神經(jīng)干細(xì)胞的發(fā)現(xiàn)，顛覆了這種說(shuō)法，科學(xué)家希望借助神經(jīng)干細(xì)胞攻克神經(jīng)修復(fù)這一世界性難題。

還有一種干細(xì)胞近年來(lái)是公眾關(guān)注的大熱門(mén)——間充質(zhì)干細(xì)胞。這種細(xì)胞也是一種具有多向分化潛力的成體干細(xì)胞，廣泛存在于骨髓中，近來(lái)在骨骼肌、軟骨、臍帶血、胎盤(pán)等各種組織中也有所發(fā)現(xiàn)，它取材簡(jiǎn)單，取自自體，移植時(shí)可以避免配型和排斥的麻煩，而且分化的組織廣泛，骨骼、肌肉、皮膚等損傷的修復(fù)，都有可能借助它成功實(shí)現(xiàn)。

此外，視網(wǎng)膜干細(xì)胞、皮膚干細(xì)胞、脂肪干細(xì)胞等研究也將在不遠(yuǎn)的未來(lái)幫助人們戰(zhàn)勝疾病、留住青春和健康。

雖然干細(xì)胞在臨床中的應(yīng)用還存在各種技術(shù)上的局限和倫理上的問(wèn)題，但是不可否認(rèn)的是，干細(xì)胞及其相關(guān)應(yīng)用，是一種革命性的治療技術(shù)，得到越來(lái)越多人的重視，為很多病人帶來(lái)了新生的希望。