細胞上的“超能戰士”

于事

人體干細胞自我更新和產生新組織的潛能幾乎是無窮的，這些特性使得干細胞成為實驗室，乃至醫學應用上的重要工具。在生物學或醫學研究領域，干細胞作為一種有效的治療手段，其潛能令人難以置信。那么，干細胞是什么？它從何而來？在醫學上又有哪些驚人的潛能呢？

干細胞從哪里來

人體大約由60萬億個細胞組成，這些細胞分屬220種細胞類型，各自具有不同的功能。人體機能龐大復雜，卻雜而不亂，原因就在于支撐人體的幾百種細胞都源于精子和卵子的結合體——受精卵，由它再分化出人體內所有類型的細胞。從這個意義上來說，受精卵是超能的。受精卵發育成胚胎，進而發育成胎兒。而早期未分化的胚胎細胞也是干細胞家族的一員，即“胚胎干細胞”。所謂“干細胞”，就是始終存在于人體中，并不斷更新人體各種組織的細胞。它們始終處于未分化或低分化狀態，能夠根據每種組織的需要分化成所需替換的細胞。

從微小的蠕蟲到老鼠再到人類，干細胞幾乎分布在所有種類的生物體內。干細胞分為胚胎干細胞、成體干細胞和誘導性多能干細胞（iPS細胞）三類，它們都有其各自的能力和局限性。胚胎干細胞源自生物體發育的最初階段——受精卵。由于胚胎可以發育成一個完整的人體，因此科學家認為，從胚胎中提取干細胞的可能性最大。目前，人體胚胎干細胞的主要來源是在人工受精中產生但未使用的胚胎。由于這個過程需破壞本可發育成人的胚胎，因此在倫理學和宗教信仰方面引起了巨大的非議，甚至被認為是謀害生命而遭到多國的禁止。

胚胎一旦發育為成熟的個體后，大部分細胞都會分化，但有一部分細胞保持了增殖和形成其他類型細胞的能力，這就是成體干細胞。這些干細胞存在于某些組織特異的微環境中，等待著生物體發出替換或修復組織的指令。研究人員通常可以在需要持續更新的組織中找到這類干細胞，如血液、皮膚和腸道等。成體干細胞具有多方面的潛能，但與多能干細胞相比，它們不能任意轉化成人體所有的220種細胞類型。例如，大腦中的神經干細胞能分化成幾種腦細胞，但不能發育成肝臟細胞。

近20年來，科學家還掌握了讓成熟分化的細胞恢復到多能性狀態的技術。如果從外界引入幾個“轉錄因子”（就是控制基因開關的蛋白質，如Oct3/4、Sox2、Klf4和c-Myc等），這些細胞就能“反分化”，退回到未分化狀態，并且可以重新分化為多種類型的細胞，這就是誘導性多能干細胞（iPS細胞）。這種方法最大的優點，是可以從體細胞中制造出患者自身的干細胞來治療患者自己的疾病。同時，還可以把病變細胞變成干細胞，在體外培養出病變細胞，用于研究該疾病的特點、治療方法以及篩選最佳治療藥物。

此外，干細胞還能從胎兒、羊水、臍帶血等處獲得，并且各具優勢。比如，從流產的發育10周以上的胎兒中可以獲取到含有大量組織特異性的干細胞；又比如，羊水中含有大量高活性的干細胞，可以分化成脂肪細胞、成骨細胞、肌肉細胞、肝細胞、神經細胞，甚至心臟瓣膜細胞，且癌變風險低，整個孕期都可以獲取，被認為是很有應用前景的干細胞；再比如，新生兒出生時臍帶里殘留的胎兒血液中含有大量的造血干細胞，這些干細胞是在人體發育早期形成的，組織特異性抗原（引起另一個個體組織排斥的細胞表面物質）的表達程度比較低，易于在他人身上應用，并且這些造血干細胞在誘導后還可以發育成其他系統的細胞，實用性很強。但這些干細胞的來源，無一不與女性的懷孕周期密切相關，獲取的時間窗和獲取方式都受到嚴格限制，并伴隨著巨大的風險，因而未能廣泛推廣。

干細胞有什么用

能夠操縱細胞的命運，制造出潛力無窮的細胞，這一愿景始終令科學家著迷。但干細胞研究是一個新興的領域，仍有大量問題有待破解。例如，這三類干細胞有何異同？人類能否利用它們來治療疾病？又能否利用它們重建受損的組織和器官？

其實，干細胞研究最誘人的應用前景是生產細胞和組織，用于“細胞療法”，為細胞移植提供無免疫原性的材料。正是由于干細胞廣闊的應用前景，目前包括中國在內的許多國家都投入了大量的科研力量，希望改善有關人體細胞衰亡、喪失正常功能以及癌變的狀況。

一旦掌握激活人體內干細胞的方法，或者解決如何從體外引入活性干細胞到所需治療組織的途徑問題，即可從根本上改變目前自身干細胞無法有效替補衰亡細胞的現狀。如替補腦部與記憶及思維有關的神經細胞，就有可能逆轉或治愈老年癡呆癥；或替補腦部分泌多巴胺的運動神經細胞，來減輕或治愈帕金森氏癥。又如，使胰腺細胞再生，或可治愈糖尿病；讓耳蝸里的聽覺毛細胞再生，有望恢復聽力……類似的例子不勝枚舉。

從理論上來說，干細胞有生成人體內所有類型細胞的能力，科學家希望用人體自身的干細胞長出新的組織或器官。如制造出成片的皮膚用于治愈大面積燒傷患者，培育出新的角膜使失明患者重獲光明，造出新的血管來代替已損壞或堵塞的血管，甚至在體外長出整個器官，如心臟、肝臟、腎臟等。這樣不僅能解決器官移植中器官來源的問題，也避免了異體器官移植所導致的排斥反應。如果這些理論可以成真，那么每個人都可以儲存自身干細胞，以便在必需時制造出自身所需要替換的細胞、組織和器官。屆時，科學家也許不能克隆一個完整的個人，卻有可能復制人體的部分器官用以取代病變器官。事實上，“類大腦器官”、“迷你腎”、“迷你心”等已經成為了現實，并成為科學家研究再生醫學、器官移植和疾病治療，以及藥物試驗和篩選的良好載體。

當今，眾多醫學專家一致認同“20世紀是藥物治療的時代，21世紀將是細胞治療的時代”這一觀點。干細胞的定向分化研究是一項意義重大的課題，至今仍有很多問題亟待解決，干細胞最終應用于臨床的路途還很遙遠。但是，隨著科學技術的飛速發展和人類社會的不斷進步，在全球科學家的不懈努力下，相信干細胞研究的難題最終能夠被攻克，干細胞一定能在臨床上得到廣泛應用。