胚胎干细胞的研究进展
学院：材冶学院
班级：成型12-1
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一、摘要
近年来，胚胎干细胞（ES细胞）因其自身许多的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特性具有更重要的医学价值，在基因治疗、组织工程学、药学研究等许多邻域都具有广泛的应用。本文就ES细胞的生物学特性、培养因素及主要研究邻域的最新进展、研究存在问题做一个简单的介绍。
二、关键词
胚胎干细胞 分化 饲养层
三、正文
引言
近年来，干细胞是人们关注的焦点，而目前的三项发现又会给干细胞的生物学带来了，已表现出它们在一系列人类疾病治疗中的潜在应用价值。第一，在缺乏再生潜力的器官如大脑中也发现的干细胞。第二，器官特异成熟的干细胞更具有可塑性。第三，分离的干细胞可在人工作用下的分化为各种类型的细胞。
由于胚胎干细胞既能在培养中扩散增值，又累似于胚胎细胞含正常的二倍体核型，具有发育的全能性和多能性。在适当条件下ES细胞可被诱导分化为多种细胞因此，ES细胞就成为进行动物胚胎工程开发和临床医学研究的一个重要途径。
1、ES细胞的生物学特性
形态学特征：各种动物的ES细胞具有与早期胚胎相似的形态结构。细胞体积小，核大，有一个或几个核仁，细胞多为常染色质，细胞质结构简单，散布着大量的核糖体和线粒体，核型正常，保留了双倍体的性质。而体外培养的ES细胞在饲养层细胞上添加分化抑制因子就会保持未分化的状态，呈单层或多层密集堆积而成岛状或巢状群体生长形态，细胞彼此界面不清楚粘性强。最外层分化为由较大细胞组成的内胚层样的结构，中间还是为分化的干细胞。继续培养就会形成拟胚体和囊腔形成囊状胚体。由此可见中间干细胞保持着胚胎细胞的特性，而周边细胞自己分化为多种不同类型的细胞。
ES细胞的分化：早在六、七十年前，实验胚胎学家就发现胚胎发育中组织发生和身体结构形成是一连串的诱导连锁过程，这是自身基因和外来信号的结果。众多的外来信号在干细胞的分化作用中究竟起着什么样的作用是人们关注的焦点。一种观点认为外来信号在干细胞的发育过程中起选择性作用，即这些外来信号只能干细胞及其后代的存活而影响其分化。另一种观点则认为外来信号以指导性机制干细胞的分化，即外来信号能特异性的分化指导干细胞沿某一谱系分化。而外来信号归根结底是由基因产生的，ES细胞的发育的多样性与其表达多种多样的转录因子有关，不同的转录因子的表达导致不同谱系的分化也是目前研究的热点。另外，受表达的次序性也决定了ES细胞在特定的时间只接受特定的信号从而引起特定的生物学效应。将ES细胞以受体胚胎结合，可参与受体胚胎发育而得到嵌合体。将ES细胞注射到同源动物皮下，可形成畸胎瘤，其细胞组成可含3个胚层细胞。用ES细胞做核供体进行细胞移植，可得到动物个体。在体外，ES细胞在某些物质的诱导下可发生定向分化。但至今尚无诱导ES细胞发育为纯一的分化细胞群的报道。
发育全能性标志：ES细胞表达时相专一性胚胎抗原，而且可以检测到OCT-4基因表达，这些蛋白质为发育全能性的标志。另外，ES细胞中APP及端粒活性酶较高，可用于ES细胞分化与否的鉴定。
2、饲养层及细胞因子对胚胎干细胞的影响
饲养层对ES细胞的影响：ES细胞培养过程的关键是维持ES细胞的未分化状态，分化后的ES细胞失去了多向分化的潜能及进入种系形成生殖细胞的能力了。胚胎及机体发育过程中分化和增殖一般同时进行，因而抑制分化和扩增是一对矛盾，必须筛选适宜的培养体系。目前维持ES细胞未分化二倍体状态最有效的方法是采用饲养层细胞培养ES细胞。常用于制作饲养层细胞主要有小鼠成纤维细胞株，小鼠原代成纤维细胞，同源动物胎儿成纤维细胞等，经丝裂霉素-C处理或γ射线照射阻断其有丝，使铺层细胞保持活力但不增殖。
细胞因子对ES细胞的影响：要成功分离到ES细胞要选择合适的饲养层外还要添加许多细胞因子以促进ES细胞的增殖，同时抑制其分化。目前常用的细胞因子主要有分化抑制因子，干细胞生长因子。分化抑制因子就是白血病抑制因子，他是一种天然的细胞因子，因它能抑制髓样白血病细胞MI的生长和促进其分化而得名。它是通过抑制细胞程序性死亡而使EM和ES细胞数量增加。在有饲养层细胞的条件下外援的分化抑制因子能促进ES细胞的增殖并防止其分化。在无饲养层的培养液中添加抑制因子抑制BC细胞的分化，促进其细胞增殖形成具有全能性的ES细胞。分化抑制因子具有种属特异性，来源、纯度和浓度共同决定它的作用。而干细胞因子对ES细胞的影响也不可忽略。干细胞因子（SCF）又叫青灰因子，肥大细胞生长因子，它是通过与C-KIT受体因子结合而引发其对造血干细胞的增殖、分化以及存活率的影响。单用或与其他的生长因子混用能极大的促进造血干细胞的增殖，可以使体外培养的干细胞增殖生成各种定向祖细胞集落或使集落体积增大。分化抑制因子作为干细胞生长的唯一因子能诱导干细胞进入细胞周期，延长早期干细胞的存活期，增加干细胞的自我更新能力、提高转基因效率，对于干细胞有显著的促作用。而且分化抑制因子和干细胞生长因子可增加干细胞对其他生长因子的敏感度，提高ES细胞的克隆率。除去上述两种主要的生长因子之外，其他的生长因子对干细胞也有着或多或少的影响。如表面生长因子、柠檬酸钠、2-硫基乙醇等等。
3、ES细胞的应用前景
组织和器官的修复：ES细胞最激动人心的潜在应用是修复甚至替换丧失功能的组织和器官。因为它具有发育分化成构成机体的所有类型组织细胞的能力，任何因物理、化学或生物因素造成的细胞损伤或病变引起的疾病都可以通过移植有ES细胞定向分化而来的特异组织细胞或器官来治疗。最近报道，哈萨克斯坦科学家将鼠的ES细胞移入人工诱导肝病变的实验鼠体内，实验小鼠肝脏活得了修复，不久将利用植入人体ES细胞方法，对肝功能不全或肝硬化患者进行临床实验。
细胞治疗的载体细胞：细胞治疗是指用遗传工程改造过的人体细胞直接移植或输入病人体内，达到控制盒治愈疾病的目的。包括纠正病人生体中存在基因突变，或使所需要基因信息传递到某些特定类型细胞。目前的细胞治疗技术的缺陷在于导入基因的整合和表达难以精确控制，并且用作基因操作的细胞在体外不易稳定的在体外增殖传代，以其为载体，体外定向改造ES细胞，使得基因的整合数目、位点、表达程度和插入基因的稳定性及筛选工作灯都在细胞水平上进行，容易获得稳定，满意的转基因ES细胞系，为克服目前基因治疗中的主要障碍开辟了新途径。按照传统技术实施组织的修复和移植是必须考虑免疫排斥反应。而由于来源着床前胚胎ES细胞的某些细胞表面免疫相关蛋白还未来得及表达，用于移植则不易产生免疫排斥反应，因此使其成为移植治疗和细胞治疗的潜在资源。另外也可以对ES细胞的基因做某些修饰，创建“万能供者细胞”，其原理是破坏ES细胞中表达禁言，躲避受体免疫系统的监视，但这种方法需要破坏和改变细胞中的许多基因，而且有这种细胞发育的组织和器官是否存在生理缺陷尚不得而知。另一种克服移植免疫排斥反应的设想就是结合克隆多利羊的体细胞移植技术创建病人特异的ES细胞。利用这一技术，只要病人提供任何体细胞，将其与去核的卵细胞融合，然后刺激该杂合细胞发育成胚囊，从胚囊中收集ES细胞就可以诱导发育成所需的细胞核组织，在移植到供体体内。这种ES细胞与供体有完全一致的遗传物质，所以不会产生免疫排斥反应。如果这一设想能够变为现实，可使器官供应工业化和专一化。
4、存在的问题
尽管人ES细胞建立成功，但距临床医学应用还有以下的问题：
（1）体外培养的ES细胞要求既能快速无限繁殖，有呈为分化状态。如何平衡这一矛盾，必须筛选适宜的培养条件目前科学家虽已建立小鼠的细胞系，但家畜和人类仅得到类细胞系，即便类细胞系成功率也不高，人类细胞系建立现在尚无定论。
（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诱导ES细胞分化某种特异的组织或设计自杀基因。但如何诱导ES细胞室至今任未解决的难题。
（3）由ES细胞在体外发育成一完整的器官，尤其是像心、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的胚层的坐直相互作用而形成的，而这一点，人类还无法做。
总之，ES细胞的研究以及应用，将会带给人类全新的医疗手段，是人类更加深入了解“我们”形成的过程。因此在新世纪的10—15年，ES细胞工程学将是蓬勃发展，兵不断取得突破性成果的生命科学前沿。
四、参考文献
[1]余树民.小鼠胚胎干细胞建系的研究[D].西北农林科技大学,2007.
[2]柯丽白，胚胎干细胞的研究进展与前景[J].草食家畜,2004(03).
[3]张田勘.干细胞研究悬在人类头上的双刃剑[N].大众科技报,2000.
[4]沈铭贤.《生命伦理学》图书馆目录[M].上海：高等教育出版社，2003
[5]沈铭贤.胚胎干细胞研究能否得到伦理辩护
