科普 | 不可不知的干細(xì)胞分類

1. 按發(fā)育階段分類

?

根據(jù)干細(xì)胞所處的發(fā)育階段分為胚胎干細(xì)胞（embryonic stem cell，ES細(xì)胞）和成體干細(xì)胞（somatic stem cell）。

我們每一個(gè)人都是來自一個(gè)受精卵，而一個(gè)受精卵就是一個(gè)全能干細(xì)胞，我們?nèi)梭w所有的細(xì)胞、組織、器官、系統(tǒng)，甚至包括毛發(fā)、指甲等附屬物，都是由這個(gè)受精卵發(fā)育出來的。受精卵在向子宮移動(dòng)的過程中不斷發(fā)生分裂，大約在第五天形成一個(gè)囊胚，又叫胚泡。胚泡外表為一層扁平細(xì)胞，稱滋養(yǎng)層。腔內(nèi)的一群細(xì)胞，稱內(nèi)細(xì)胞群，科學(xué)界公認(rèn)的是，這叫胚胎干細(xì)胞。

除了胚胎干細(xì)胞之外的所有干細(xì)胞都可以歸為成體干細(xì)胞。按成體干細(xì)胞的功能，可將其分為神經(jīng)干細(xì)胞、造血干細(xì)胞、骨髓間質(zhì)干細(xì)胞、皮膚干細(xì)胞、脂肪干細(xì)胞等。現(xiàn)如今科學(xué)家已經(jīng)成功從許多器官或組織中分離出了干細(xì)胞，其中包括視造血干細(xì)胞、脂肪干細(xì)胞、網(wǎng)膜干細(xì)胞、胰腺干細(xì)胞、成骨干細(xì)胞等。研究表明，干細(xì)胞不僅存在于胚胎，而且存在于成人體內(nèi)，可以從臍血、臍帶、胎盤、骨髓、脂肪、血液等組織中分離出相應(yīng)的干細(xì)胞。

也有的科學(xué)家將胎兒出生時(shí)的圍產(chǎn)期干細(xì)胞與成體干細(xì)胞區(qū)別出來，認(rèn)為干細(xì)胞按照發(fā)育階段分為：

（1）胚胎干細(xì)胞

（2）圍產(chǎn)期干細(xì)胞

（3）成體干細(xì)胞

圍產(chǎn)期干細(xì)胞是指臍帶、胎盤、臍帶血和羊水等胎兒生產(chǎn)附屬物組織來源的干細(xì)胞，主要包括：臍帶血造血干細(xì)胞、臍帶間充質(zhì)干細(xì)胞、胎盤間充質(zhì)干細(xì)胞。

2. 按分化潛能分類

?

根據(jù)干細(xì)胞的發(fā)育潛能分為三類：

（1）全能干細(xì)胞（totipotent stem cell，TSC）

（2）多能干細(xì)胞（pluripotent stem cell）

（3）單能干細(xì)胞（unipotent stem cell）

全能干細(xì)胞（Totipotent stem cell）：即一個(gè)細(xì)胞可形成一個(gè)完整的生命個(gè)體。對(duì)人體來說這樣的細(xì)胞理論上只有從受精卵到桑椹胚時(shí)期的細(xì)胞。注意胚胎干細(xì)胞不屬于全能干細(xì)胞。

多能干細(xì)胞（Pluripotent stem cell）：能分化成幾乎所有細(xì)胞類型的能力，如來自內(nèi)細(xì)胞團(tuán)（ICM）的胚胎干細(xì)胞能夠分化形成三胚層中的任何一種細(xì)胞，但不能形成胎盤、臍帶等附屬支持組織。胚胎干細(xì)胞、間充質(zhì)干細(xì)胞（mesenchymal stem cell，MSC）屬于多能干細(xì)胞。

專能干細(xì)胞（Multipotent stem cell），也有說多能干細(xì)胞。可分化成密切相關(guān)的細(xì)胞譜系的細(xì)胞，如造血干細(xì)胞，可分化為紅細(xì)胞、白細(xì)胞或血小板等血液系統(tǒng)和免疫系統(tǒng)的細(xì)胞。

在干細(xì)胞家族中，主要有各種不同來源的造血干細(xì)胞（HSCs）、間充質(zhì)干細(xì)胞（MSCs）、神經(jīng)干細(xì)胞 （Neural Stem Cells）、脂肪干細(xì)胞、誘導(dǎo)多能干細(xì)胞（iPSC）。其來源有圍產(chǎn)組織、脂肪組織、皮膚組織、神經(jīng)組織、脊髓等人體組織來源，也有通過人工誘導(dǎo)非多能性細(xì)胞表達(dá)某種特定基因得到的誘導(dǎo)多能干細(xì)胞。

1. 臍帶血

臍帶血是指來源于胎兒娩出、臍帶結(jié)扎并離斷后殘留在胎盤和臍帶中的血液，含有豐富的干細(xì)胞和祖細(xì)胞。從臍帶血中提取造血干細(xì)胞，是最早被發(fā)現(xiàn)和應(yīng)用的圍產(chǎn)期干細(xì)胞。臍帶造血干細(xì)胞可以用來治療多種血液疾病，如白血病、再生障礙性貧血等，但是最大的問題是難以培養(yǎng)擴(kuò)增，所以只能一次使用，一份完整的臍帶血造血干細(xì)胞只能用來治療30公斤以下的孩子。

2. 臍帶

臍帶是胎兒時(shí)期連接母體與胎兒的索狀結(jié)構(gòu)，其外有羊膜，內(nèi)含2條臍動(dòng)脈、1條臍靜脈，在動(dòng)靜脈之間含有特殊的胚胎粘樣結(jié)締組織——華爾通氏膠（Wharton’s Jelly），從華爾通氏膠分離得到的基質(zhì)細(xì)胞即為人臍帶間充質(zhì)干細(xì)胞（HUMSCs）。臍帶來源的干細(xì)胞一般是說臍帶間充質(zhì)干細(xì)胞。臍帶間充質(zhì)干細(xì)胞的形態(tài)和生物學(xué)特點(diǎn)，與骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞相似，但臍帶間充質(zhì)干細(xì)胞更原始，是介于成體干細(xì)胞和胚胎干細(xì)胞之間的一種干細(xì)胞，表達(dá)OCT-4、SOX-2和NANOG等多種胚胎干細(xì)胞的特有分子標(biāo)志，有更高的克隆形成率，倍增時(shí)間更短，具有更強(qiáng)的擴(kuò)增能力，7代后可擴(kuò)增300倍。臍帶來源的間充質(zhì)干細(xì)胞具備：取材方便、增殖力強(qiáng)、免疫調(diào)節(jié)、無排異反應(yīng)及無道德倫理爭議等特點(diǎn)，所以也成為臨床研究與應(yīng)用的較為理想的細(xì)胞來源。

3.胎盤

在新生兒娩出、胎盤剝離子宮排出。胎盤由羊膜、葉狀絨毛膜（也稱叢密絨毛膜）和底蛻膜構(gòu)成，從這些組織可以分離得到干細(xì)胞。胎盤干細(xì)胞不是一類細(xì)胞而是細(xì)胞群，胎盤干細(xì)胞包含胎盤早幼期造血干細(xì)胞、胎盤亞全能干細(xì)胞、胎盤間充質(zhì)干細(xì)胞、內(nèi)皮干祖細(xì)胞、肌纖維細(xì)胞等多種細(xì)胞，其中，胎盤間充質(zhì)干細(xì)胞的研究應(yīng)用最為廣泛，有胎盤羊膜間充質(zhì)干細(xì)胞、胎盤蛻膜間充質(zhì)干細(xì)胞等。胎盤來源的間充質(zhì)干細(xì)胞易分離培養(yǎng)，增殖迅速，可以分化為3個(gè)胚層來源的細(xì)胞系，在體外可向成骨細(xì)胞、脂肪細(xì)胞、內(nèi)皮細(xì)胞以及神經(jīng)細(xì)胞的分化，同時(shí)具有向傷處遷移的能力。胎盤間充質(zhì)干細(xì)胞可抑制T淋巴細(xì)胞、B淋巴細(xì)胞及NK細(xì)胞的部分免疫功能，作用機(jī)制包括抑制免疫細(xì)胞的增殖、抑制可溶性細(xì)胞因子、抑制細(xì)胞毒性物質(zhì)的分泌。這就使得治療用的胎盤間充質(zhì)干細(xì)胞不僅可以用于自體，也可以用于異體。此外，經(jīng)細(xì)胞表面共刺激分子的檢測，發(fā)現(xiàn)胎盤來源的MSCs的免疫原性很低，這在臨床應(yīng)用中具有重要意義，所以胎盤來源的MSCs是理想的細(xì)胞以及基因治療的載體。

有研究者比較了四種圍產(chǎn)期組織來源的MSCs：臍帶（UC），羊膜（AM），絨毛膜（CP）和蛻膜（DP）。通過使用人類白細(xì)胞抗原分型和核型分析，發(fā)現(xiàn)前三種細(xì)胞類型來源于胎兒，而蛻膜的MSCs來自胎盤組織的母體部分。這四種不同來源的間充質(zhì)干細(xì)胞分離效率有明顯差異，間充質(zhì)干細(xì)胞的分離效率為：臍帶>羊膜>絨毛膜>蛻膜，臍帶間充質(zhì)干細(xì)胞的生產(chǎn)速度也最快。而胎盤間充質(zhì)干細(xì)胞比臍帶間充質(zhì)干細(xì)胞分泌更多的免疫調(diào)節(jié)因子，向病變組織的遷移能力更強(qiáng)，促進(jìn)血管新生的能力更強(qiáng)，CD106（間充質(zhì)干細(xì)胞發(fā)揮作用的關(guān)鍵分子）陽性干細(xì)胞的比例更高。

不同間充質(zhì)干細(xì)胞分泌的細(xì)胞因子和生長因子也有所不同，臨床研究中也會(huì)有不同的治療疾病。總而言之，臍帶、胎盤是臨床應(yīng)用的優(yōu)質(zhì)的種子細(xì)胞來源，在再生醫(yī)學(xué)研究領(lǐng)域應(yīng)用廣泛，臨床前景廣闊。臍帶及胎盤是嬰兒出生時(shí)唯一一次獲取高質(zhì)量、高純度間充質(zhì)干細(xì)胞的機(jī)會(huì)。

4. 脂肪組織

脂肪間充質(zhì)干細(xì)胞（Adipose-derived Mesenchymal Stem Cells, ADSCs）是來源于脂肪組織的干細(xì)胞，與其它成體干細(xì)胞一樣具有增殖和多向分化的能力，在誘導(dǎo)條件下可以分化成為神經(jīng)細(xì)胞、免疫細(xì)胞、胰島細(xì)胞、肌細(xì)胞、肝細(xì)胞、軟骨細(xì)胞、基質(zhì)細(xì)胞。脂肪間充質(zhì)干細(xì)胞，取材容易，來源豐富，脂肪中干細(xì)胞濃度高出骨髓500倍以上，細(xì)胞性狀較其他干細(xì)胞培養(yǎng)更加穩(wěn)定，安全可靠，分化能力強(qiáng)大，在特定條件下可定向誘導(dǎo)分化為各個(gè)系統(tǒng)的功能細(xì)胞。而且脂肪干細(xì)胞不會(huì)根據(jù)人的年齡增長而活性下降，相對(duì)比其他來源的干細(xì)胞，脂肪干細(xì)胞更加穩(wěn)定。

5. 皮膚

皮膚是人體最大的器官，也是人體非特異性免疫系統(tǒng)第一道屏障，它被覆于身體表面，由表皮、真皮、皮下組織及附屬器組成。在抵御微生物入侵、紫外線輻射以及防止水分的丟失、調(diào)節(jié)體溫和維持人的外貌等方面起著十分重要的作用。皮膚有極強(qiáng)的修復(fù)和再生能力，這與皮膚干細(xì)胞的存在具有直接的關(guān)系。雖然目前對(duì)皮膚干細(xì)胞的位置、種類和數(shù)量報(bào)道不一，但研究較多的主要有表皮干細(xì)胞（Epidermal stem cells）和毛囊干細(xì)胞（follilar stem cells）。

6. 神經(jīng)組織

神經(jīng)干細(xì)胞（NSC）是指來源于神經(jīng)組織或能分化為伸經(jīng)組織，具有自我更新能力和多向分化潛能的一類細(xì)胞。具有分化為神經(jīng)元、星形膠質(zhì)細(xì)胞和少突膠質(zhì)細(xì)胞的能力，并足以提供大量腦組織細(xì)胞的細(xì)胞群。移植入宿主體內(nèi)的神經(jīng)干細(xì)胞能夠向神經(jīng)系統(tǒng)病變部位趨行、聚集，并能夠存活、增值、分化為神經(jīng)元或膠質(zhì)細(xì)胞，從而促進(jìn)宿主缺失功能的部分恢復(fù)。

7. 骨髓

骨髓分布于骨髓腔內(nèi)，哈佛氏管內(nèi)也含有少量，它主要是由血竇和造血組織構(gòu)成。血竇是進(jìn)入紅骨髓的動(dòng)脈毛細(xì)血管分支后形成的竇狀腔隙，形狀不規(guī)則，管徑大小不一。竇壁襯著內(nèi)皮細(xì)胞，外面有基膜和周細(xì)胞附著。脊髓的干細(xì)胞包括骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞和造血干細(xì)胞。骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞具有多向分化潛能、造血支持和促進(jìn)干細(xì)胞植入、免疫調(diào)控和自我復(fù)制等特點(diǎn)。造血干細(xì)胞是生成各種血細(xì)胞的最原始細(xì)胞又稱造血多能干細(xì)胞，具有高度的自我更新、自我復(fù)制能力，并能分化為各種血細(xì)胞、腺體細(xì)胞，最終生成各種血細(xì)胞成分包括紅細(xì)胞、白細(xì)胞和血小板；同時(shí)又具有進(jìn)一步分化成各系統(tǒng)組細(xì)胞的能力。目前造血干細(xì)胞來源只有四種：骨髓來源、外周血來源、臍帶血來源、胎盤來源。

8. 胚胎

胚胎干細(xì)胞（embryonic stem cell，ESCs，簡稱ES、EK或ESC細(xì)胞。）胚胎干細(xì)胞是早期胚胎（原腸胚期之前）或原始性腺中分離出來的一類細(xì)胞，它具有體外培養(yǎng)無限增殖、自我更新和多向分化的特性。無論在體外還是體內(nèi)環(huán)境，ES細(xì)胞都能被誘導(dǎo)分化為機(jī)體幾乎所有的細(xì)胞類型。進(jìn)行胚胎干細(xì)胞研究就必須破壞胚胎，而胚胎是人尚未成形時(shí)在子宮的生命形式，存在嚴(yán)重倫理學(xué)問題。研究中很少用胚胎干細(xì)胞，很多國家嚴(yán)禁人類胚胎研究。

9. 人工誘導(dǎo)（誘導(dǎo)多能干細(xì)胞）

誘導(dǎo)多能干細(xì)胞不同于上述天然來源的干細(xì)胞，是從人體分化成熟的功能細(xì)胞（如皮膚細(xì)胞和血液細(xì)胞）通過基因轉(zhuǎn)染使其逆轉(zhuǎn)為原始的全能干細(xì)胞，是人工改造而來的。我國的科學(xué)家應(yīng)用誘導(dǎo)多能干細(xì)胞分化為完整的小鼠，在這個(gè)領(lǐng)域處于世界領(lǐng)先水平。然而，誘導(dǎo)多能干細(xì)胞的制備技術(shù)復(fù)雜，成本高，而且與胚胎干細(xì)胞類似有成瘤、免疫排斥等不足，目前只有個(gè)別臨床應(yīng)用的報(bào)道。

10. 人工制備（單倍體胚胎）

單倍體胚胎干細(xì)胞指只含有一套染色體，但擁有類似于正常干細(xì)胞分裂分化能力的細(xì)胞群。根據(jù)誘發(fā)方式不同，主要分為兩種類型：孤雌單倍體胚胎干細(xì)胞（parthenogenetic haploid embryonic stem cells, PG-haESCs）和孤雄單倍體干細(xì)胞（androgenetic haploid embryonic stem cells, AG-haESCs）。由于單倍體細(xì)胞只具有一套染色體，有利于研究一些未知的隱性表型基因突變，因此它們?cè)谶z傳分析、基因功能與性狀研究中具有獨(dú)特的優(yōu)勢。單倍體胚胎干細(xì)胞也是人工制備而來的。對(duì)于普遍存在于原核和真核單細(xì)胞低等生物類群中的單倍體的遺傳學(xué)研究已經(jīng)有了很大的進(jìn)展。但對(duì)于哺乳動(dòng)物的單倍體細(xì)胞群的獲得仍然不如低等生物那樣容易，暫無相關(guān)臨床研究。