岭南半月谈丨吴武田：干细胞与再生医学

干细胞（stem cell，SC）的“干”，译自英文“stem”，意为“茎干”和“起源”。干细胞群的功能即为控制和维持细胞的再生。一般来说，在干细胞和其终末分化的子代细胞之间存在着被称为“定向祖细胞”的中间祖细胞群，它们具有有限的扩增能力和限制性分化潜能。这些细胞群的功能是增加干细胞每次分裂后产生的分化细胞的数量。干细胞具有自我更新的能力，但是干细胞的分裂实际上是相对不对称的。

一个划时代的实验。人类第一次从动物的成体细胞中重新复制出一个新的动物。在细胞核移植与克隆方面的先驱性研究而知名的教父级人物，英国发育生物学家约翰·伯特兰·格登爵士（Sir John B. Gurdon），在20世纪60年代通过把美洲爪蟾的小肠上皮细胞核注入去核的卵细胞，结果发现一部分卵依然可以发育成蝌蚪，其中的一部分蝌蚪可以继续发育成为成熟的爪蟾。

一次天大的冒险。发现未成熟的细胞能够发展成所有类型的细胞。京都大学IPS细胞研究与应用中心名誉主任山中伸弥（Shinya Yamanaka）把4个转录因子通过逆转录病毒载体转入小鼠的成纤维细胞，使其变成多能干细胞（IPSc）。通过对小鼠的实验，发现诱导人体表皮细胞使之具有胚胎干细胞活动特征的方法。此方法诱导出的干细胞可转变为心脏和神经细胞，为研究治疗多种心血管绝症提供了助力。

一直以来，人体干细胞都被认为是单向地从不成熟细胞发展为专门的成熟细胞，生长过程不可逆转。然而，格登和山中伸弥教授发现，成熟的专门的细胞可以重新编程，成为未成熟的细胞，并进而发育成人体的所有组织。两位科学家的发现彻底改变了人们对细胞和器官生长的理解。同时，他们两位都在2012年荣获诺贝尔生理学或医学奖。

干细胞与再生医学之间的联系不仅体现在临床应用上，还深入到基础研究和技术创新的层面。干细胞作为一种具有多向分化潜能的细胞，为再生医学提供了源源不断的“种子”细胞，这些细胞能够在特定的条件下分化成各种功能细胞，从而替代受损或病变的细胞，恢复组织的正常功能。

在基础研究方面，干细胞为科学家们提供了一个独特的模型系统，用于研究细胞分化、组织再生和疾病发生的分子机制。通过对干细胞进行基因编辑、表观遗传修饰等操作，科学家们可以深入探究细胞命运的决定因素，揭示组织再生的奥秘，为再生医学的发展提供理论支持。

在技术创新方面，干细胞技术的不断进步为再生医学带来了新的突破点。例如利用CRISPR-Cas9等基因编辑技术，科学家们可以对干细胞进行精确的基因敲除或敲入，从而研究特定基因在细胞分化、组织再生过程中的作用。这种技术不仅有助于揭示细胞分化的分子机制，还可能为疾病治疗提供新的靶点。

诱导多能干细胞（IPSc）技术的出现具有里程碑意义。IPSc技术允许科学家们从患者自身的细胞中培养出具有多向分化潜能的干细胞，从而避免了免疫排斥和伦理问题。

除了IPSc技术外，组织工程和生物材料的发展也为干细胞的应用提供了更好的载体和支架。组织工程旨在通过结合细胞、生物材料和生长因子等要素，构建出具有特定功能和形态的组织或器官。而生物材料则可以为干细胞提供适宜的微环境，促进其增殖和分化。这些技术的融合为组织再生和修复提供了更广阔的空间。

目前，干细胞治疗已经在多个领域取得了显著的成果。在血液系统疾病方面，造血干细胞移植已经成为一种成熟的治疗手段，成功治愈了众多白血病、淋巴瘤等恶性血液病患者。这种治疗方法通过采集患者自身或供体的造血干细胞，经过体外扩增后回输到患者体内，从而重建患者的造血系统。

在神经系统疾病方面，干细胞治疗也展现出了巨大的潜力。例如，帕金森病是一种常见的神经系统退行性疾病，主要表现为运动迟缓、震颤和肌肉僵硬等症状。通过向脑内注射神经干细胞或间充质干细胞，可以有效改善帕金森病患者的症状，提高生活质量。此外，干细胞治疗在阿尔茨海默病、脑卒中等神经系统疾病中也取得了令人瞩目的进展。

心血管疾病是威胁人类健康的主要杀手之一，而干细胞治疗为心血管疾病患者带来了新的希望。利用干细胞技术可以培养出患者自身的心肌细胞，用于替代受损的心肌组织，从而改善心功能。这种治疗方法在心肌梗死、心力衰竭等心血管疾病中展现出了良好的应用前景。

糖尿病是一种常见的代谢性疾病，而干细胞治疗有望为糖尿病患者带来福音。通过向糖尿病患者体内注射胰岛干细胞或胰腺祖细胞，可以恢复胰岛功能，降低血糖水平。虽然目前这种治疗方法仍处于临床试验阶段，但其潜力已经引起了广泛关注。

在骨关节疾病领域，干细胞治疗也取得了显著的成果。骨关节疾病是一种常见的退行性疾病，主要表现为关节疼痛、肿胀和活动受限等症状。通过接受干细胞治疗，患者可以促进关节软骨的再生和修复，减轻疼痛和恢复关节功能。这种治疗方法在骨关节炎、类风湿关节炎等骨关节疾病中展现出了良好的疗效。

展望未来，干细胞领域将继续迎来更多的发展机遇和突破点。随着基因编辑技术、单细胞测序技术等新兴技术的不断发展与完善，将能够更精确地调控干细胞的分化方向和功能特性，实现更高效、更安全的组织再生和修复。同时，随着对干细胞生物学特性的深入了解和临床应用的不断拓展，干细胞治疗有望为更多难治性疾病提供有效的解决方案。

然而，在追求干细胞治疗发展的同时，也必须正视其面临的挑战和问题。首先，干细胞来源的多样性和安全性问题仍需进一步解决。虽然胚胎干细胞具有强大的分化潜能，但其获取涉及伦理问题且存在免疫排斥的风险；而成体干细胞虽然来源广泛且安全性较高，但其分化能力有限且易受到患者年龄、健康状况等因素的影响。因此，寻找更安全、更有效的干细胞来源是未来发展的关键之一。

其次，干细胞治疗的疗效和安全性仍需通过大规模、多中心的临床试验进行验证和评估。尽管目前已有许多临床试验证明了干细胞治疗的潜力和疗效，但仍需要更多的数据来支持其广泛应用。此外，干细胞治疗的成本高昂也限制了其在临床上的广泛应用。因此，降低治疗成本、提高治疗效率是未来发展的另一重要方向。

最后，干细胞研究与应用还面临着伦理道德、政策法规以及社会公众认知等方面的挑战。在推动干细胞领域发展的过程中，需要加强跨学科合作与交流、完善相关法规和政策制定、加强科普宣传与教育等方面的工作，以确保干细胞技术的健康、可持续和负责任的发展。同时，还需要关注干细胞治疗可能带来的潜在风险和问题，如免疫排斥、肿瘤发生等，以确保患者的安全和权益。