成肌幹細胞

成肌幹細胞是指存在於一種已經分化組織中的未分化細胞，這種細胞能夠自我更新並且能夠特化形成組成該類型組織的細胞。成體幹細胞存在於機體的各種組織器官中。成年個體組織中的成體幹細胞在正常情況下大多處於休眠狀態，在病理狀態或在外因誘導下可以表現出不同程度的再生和更新能力。成年動物的許多組織和器官，比如表皮和造血系統，具有修復和再生的能力。成肌幹細胞在其中起著關鍵的作用。幹細胞是一類具有自我複製能力的多潛能細胞。在一定條件下，它可以分化成多種功能APSC多能細胞。在特定條件下，成肌幹細胞或者產生新的幹細胞，或者按一定的程式分化，形成新的功能細胞，從而使組織和器官保持生長和衰退的動態平衡。

基本介紹

• 中文名：成肌幹細胞
• 性質：未分化細胞
• 特色：自我更新
• 研究時間：20世紀60年代

概述

過去認為成肌幹細胞主要包括上皮幹細胞和造血幹細胞。最近研究表明，以往認為不能再生的神經組織仍然包含神經幹細胞，說明成肌幹細胞普遍存在，問題是如何尋找和分離各種組織特異性幹細胞。成肌幹細胞經常位於特定的微環境中。微環境中的間質細胞能夠產生一系列生長因子或配體，與幹細胞相互作用，控制幹細胞的更新和分化。

研究歷史

成肌幹細胞的研究始於20世紀60年代人們對造血幹細胞(hematopoietic stem cells, HSC)的研究。HSC 是目前研究得最為清楚、套用最為成熟的成肌幹細胞，它移植治療血液系統及其他系統惡性腫瘤、自身免疫病和遺傳性疾病等均取得令人矚目的進展，極大促進了這些疾病的治療，同時也為其他類型成肌幹細胞的研究和套用奠定了堅實的基礎。成肌幹細胞的套用研究是再生醫學的一個重要組成部分，是很多疾病可供選擇的治療手段，同時又是一個多學科交叉的領域，需要分子和細胞生物學家、胚胎學家、病理學家、臨床醫生、生物工程師和倫理學家等的共同參與。隨著對成肌幹細胞可塑性研究的不斷深入和臨床套用研究的不斷擴展，成肌幹細胞最終走向臨床套用的希望越來越大。

幹細胞的可塑性

隨著成肌幹細胞研究的深入，研究者觀察到成肌幹細胞可以突破其“發育限制性”，跨系，甚至跨胚層分化為其他類型組織細胞。例如，骨髓來源的幹細胞在特定環境中可向肝臟、胰腺、肌肉及神經細胞分化；肌肉、神經幹細胞也可向造血細胞分化。 人們稱這種現象為“幹細胞的可塑性”。造血系統發育分化一直被認為是有嚴格的層次等級，多能的具有自我更新能力的HSC在最頂端，定向祖細胞居於中間位置，而各個終末分化的細胞位於最底層；但是這個關於幹細胞分化的經典模型受到嚴峻的挑戰，Blay 等對成肌幹細胞可塑性的研究表明，這種分級分化模型已不再正確。成肌幹細胞的這種特性為其在多種難治性、終末期疾病的治療中套用帶來希望。關於成肌幹細胞可塑性仍然存在爭議，其中成肌幹細胞異質性假說和細胞融合假說分別對幹細胞的可塑性提出了質疑，並有相關的實驗證據支持這種質疑。然而，關於成肌幹細胞的跨系，甚至跨胚層分化的能力，通過誘導成肌幹細胞得到各種我們所需要的細胞，用於各種疾病的治療，這為成肌幹細胞治療研究進一步加溫，掀起了又一輪的熱潮。

疾病治療

心肌疾病

很多心臟疾病都可以通過各種治療手段得到有效的治療，但過量功能心肌細胞的喪失導致的心功能不全，仍然是影響疾病預後的主要問題。同種異體心臟移植非常昂貴，而且供體來源少，移植後的心臟非常脆弱，不可能作為晚期心力衰竭的常規治療方法。成肌幹細胞治療的研究通過在受損傷的心臟中產生新的有功能的心肌細胞來修復受損傷的心肌，治療心力衰竭。套用幹細胞治療心力衰竭通常被簡單地認為是產生新的心肌細胞，但實際上要複雜的多。心力衰竭通常是由特定的原因產生的，這些原因必須被消除，這是任何試圖重建心肌的努力成功的前提條件。更重要的是，與骨髓移植不同，心肌的基本功能單位不僅僅是由單獨心肌細胞完成，而是由多種細胞互相配合共同完成的。幹細胞治療產生的心肌細胞必須以正確的方向整合，避免導致心肌纖維排列紊亂(因為這本身就是一種病 人體胚胎幹細胞群態)；必須能通過毛細血管網獲得營養；必須能夠被蒲肯野纖維系統激活產生快速有規律的電激活，以防止興奮折返和獨立的自發起搏點活動；必須具有交感神經興奮性等。總之，通過幹細胞治療心臟疾病面臨的挑戰遠遠大於骨髓移植和輸血治療，離真正的臨床套用尚有待時日，需要開展全面、系統的研究。

神經退行性疾病

成肌幹細胞及其子代細胞移植或動員腦組織內的幹細胞被認為是將來治療神經退行性疾病的有效方法。考慮到人腦結構和功能的複雜性，通過替代疾病中丟失的細胞來恢復損傷的功能聽起來是不現實的，然而動物模型研究已證實神經元替代修復損壞的神經通路是可行的，臨床試驗研究也證實在人腦中細胞替代治療同樣能達到症狀緩解。成肌幹細胞用於治療帕金森氏病、中風、肌萎縮性側索硬化症、亨廷頓氏舞蹈病，甚至精神分裂症等神經系統疾病均進行了大量的基礎和試驗研究。帕金森氏病可能是研究最充分和效果最為肯定的。成肌幹細胞治療神經退行性疾病的研究仍處在起始階段，必須謹慎前行，避免對患者開展無科學依據的臨床試驗。需要認真研究控制幹細胞增殖的關鍵分子，以控制神經幹細胞的過度生長，當然還需要知道，如何更好地實現移植細胞與已存在的神經突觸網路的功能整合。為進一步開展研究，使之最終走向臨床套用，需要儘快建立能夠很好地模擬人類神經退行性疾病的動物模型。

骨骼疾病

臨床實踐中經常會遇到大範圍的骨缺損，如在創傷、炎症和腫瘤外科手術治療以後等。重建大範圍的骨缺損仍是臨床治療面臨的一個難題，目前尚沒有有效的治療手段，骨髓來源幹細胞及其他來源幹細胞都可以分化得到成骨細胞，通過將細胞與支架材料結合後移植於受損部位， 成肌幹細胞傳代培養用於修復骨骼缺損的實驗研究首先在小動物體內實現，隨後在大動物體內亦得到證實，證明了成肌幹細胞套用於修復骨缺損的可行性，隨後的臨床試驗研究證明，此方法是治療骨骼疾病的一種有效方法。

肝臟疾病

早在60多年前研究者就認為在成體肝臟中存在著肝幹細胞，但直到現在仍然存在爭議，很大一部分原因是因為沒有肝幹細胞的特異性基因得到確認，以及在部分嚴重肝損傷後的肝再生不需要激活肝幹細胞，成熟的原本處於靜止期的肝細胞通過分裂也能部分發揮肝再生的作用。成肌幹細胞治療肝臟疾病的另一個可能途徑是利用造血幹細胞的跨系、跨胚層分化能力誘導得到肝細胞。齧鼠動物的HSCs 在肝損傷模型中植入肝臟後能夠分化為有功能的肝細胞，並參與肝組織修復，在動物體內開展的研究結果是令人振奮的，但是臨床套用需要更確實的證據，證明人的HSCs在進行肝臟移植後具有和齧鼠動物同樣的特性。