1.脂肪干細胞

脂肪干細胞具有容易獲取，損傷小，獲得率高，不易凋亡，無年齡限制，分化能力強等等這些優(yōu)勢，目前被認為是比骨髓間充質干細胞更為理想的“種子細胞”來源。上海交大醫(yī)學院的崔磊等人用復合可降解的珊蝴材料為支架，體外誘導狗的脂肪干細胞修復顱骨缺損，成功的獲得了相當于正常顱骨2/3抗壓能力的修復骨骼，說明脂肪干細胞可以在大型動物體內進行骨缺損的修復，為進一步的臨床應用提供了實驗基礎。

脂肪干細胞實際上是一類間充質干細胞，它們是起源于中胚層而定居于脂肪組織中的一類成體干細胞。與其他間充質干細胞類似，都有非常強大的多向分化的能力，可以被廣泛的應用于移植治療和組織工程，是成體干細胞中的“明日之星”。

2001年茹克等人首次從脂肪抽吸物中分離出了具有間充質干細胞特性的脂肪干細胞，有發(fā)育成骨、軟骨、脂肪、肌肉等多種組織的功能。

培養(yǎng)的脂肪干細胞

脂肪抽吸術是一種利用負壓吸引或者超聲波、高頻電場等物理化學手段，通過穿刺或者較小的皮膚切口，把局部經過預處理的皮下脂肪吸出的一種微創(chuàng)手術。最早是在20世紀60年代由羅德貝爾醫(yī)生等人創(chuàng)立的。在相當長的一段時間它都是作為一種主要美容手術而流行，直到茹克等人發(fā)現(xiàn)了前途無量的脂肪干細胞。最妙的是，脂肪抽吸術還不會影響脂肪干細胞的能力，我們將可以通過一個原本很“無聊”的美容手術來使我們的病人獲得新生。

與來自骨髓的間充質干細胞不同，脂肪干細胞的能力不會隨著提供者年齡的增加而降低。一般的講，骨髓組織會隨著年齡的增長而逐漸減少，相對的可獲取的間充質干細胞也會減少，更糟糕的是細胞的分化能力也會下降。脂肪干細胞的優(yōu)勢就在于，它的附著與增殖能力與年齡無關，而只與提供者的體質有關。施博爾等人發(fā)現(xiàn)，來源于不同部位的脂肪干細胞的數(shù)量和分化潛能是不同的，白色脂肪內的含量多于棕色脂肪，而與腹部、大腿和乳房來源的脂肪組織相比，人的前臂組織中含有更多的脂肪干細胞（不過我估計如果有選擇的話，大多數(shù)人還是會更喜歡抽取腹部的脂肪干細胞）。

而與來自骨髓的間充質干細胞一樣，脂肪干細胞也有強大的多向分化的能力，用不同的誘導方法可以跨胚層定向分化形成軟骨細胞、成骨細胞、脂肪細胞、骨骼肌細胞、心肌細胞、血管內皮細胞、神經元細胞，肝細胞和上皮細胞等。

但是脂肪干細胞的應用還面臨著許多難題：首先，脂肪干細胞與其他間充質干細胞一樣，沒有特異性的表面標志物，這樣對它的鑒定就是一個麻煩；其次，目前為止，對脂肪干細胞的誘導主要還是體外誘導，而且并不能做到充分的分化，誘導出來的細胞功能也與正常成熟的細胞存在差異；第三，體外誘導所用的誘導液含有各種生長因子，價格昂貴不說，還可能與腫瘤有關；最后，現(xiàn)在多數(shù)的脂肪干細胞的研究都是體外實驗，而體內環(huán)境特別是病理情況下的環(huán)境與體外環(huán)境是不一樣的，如何在體內環(huán)境特別是病理環(huán)境下實現(xiàn)修復也是挑戰(zhàn)之一。所以，如何高效、廉價、安全的誘導脂肪干細胞應用于臨床還需各國科學家們繼續(xù)努力。（SVF的全稱是Stromal Vascular Fraction，是脂肪組織中的血管基質部分，也就是美容診所常用的稱之為自體脂肪干細胞的東西。至于現(xiàn)在商業(yè)上的脂肪干細胞庫，咱不討論好壞，商業(yè)行為。）

2.肌肉干細胞

肌肉干細胞是一類直接參與骨骼肌分化的干細胞，在胚胎和成人體內都有存在。實際上，在成人體內存在兩類具有干細胞特性又能分化成骨骼肌的干細胞：一類是衛(wèi)星細胞，也叫成肌祖細胞；另一類是肌源干細胞，又叫旁群細胞。因為絕大多數(shù)都是衛(wèi)星細胞，所以通常大家所說的肌肉干細胞主要指的就是肌肉衛(wèi)星細胞。

肌肉衛(wèi)星細胞最早是在1961年由美國洛克菲勒研究所的亞歷山大·莫羅在蛙的肌肉中發(fā)現(xiàn)的，它們位于骨骼肌纖維的肌細胞膜與基底膜之間，細胞核比較大，細胞質和細胞器相對較少，處于分裂的靜止期（也就是說它們與其他類型的成體干細胞一樣不怎么分裂）。

其實，肌肉是由兩種肌纖維組成的:一種是慢肌纖維，顏色較深，含氧量高，擁有很好的耐力（鳥類就有很多的慢肌纖維，所以可以做長時間飛行）；一種是快肌纖維,其顏色較淺，是肌肉力量和爆發(fā)力的來源。肌肉衛(wèi)星細胞主要分布于慢肌纖維，從胚胎到成人，隨著年齡增加衛(wèi)星細胞的比例相對減少，到一定程度后終身維持。

機械性損傷或者某些疾病可以激活肌肉衛(wèi)星細胞，從而開啟肌肉再生：首先是肌肉衛(wèi)星細胞從靜止期激活，經過幾輪增殖（包括對稱增殖和不對稱增殖），大部分衛(wèi)星細胞分化、融合形成新的肌纖維，或者修復損傷的肌纖維；然后，衛(wèi)星細胞重新回到靜止期，回到基底膜下等待以后的再生。

早在1990年就有科學家研究利用肌肉衛(wèi)星細胞移植的方法治療肌營養(yǎng)不良，但一直都沒有很好的療效，估計與免疫抑制治療的手段不足有關，因為高度純化的肌肉衛(wèi)星細胞出現(xiàn)的免疫反應更少，肌細胞也更易融合。因為供體細胞不易取得，體外培養(yǎng)過程又容易分化，肌肉細胞移植的治療一直舉步維艱。

雖然很早就發(fā)現(xiàn)了骨骼肌的肌肉干細胞，但同為肌肉，很長一段時間以來大家都認為心肌內不存在肌肉干細胞。一直到2003年貝爾特拉米等人才證明在成年大鼠的心臟中存在有一類可以自我更新、多能分化，形成心肌細胞、平滑肌細胞和血管內皮細胞的肌肉干細胞，這種細胞注入到缺血的心肌后，可以分化成心肌細胞，確認為心肌干細胞。這種細胞在心肌中含量非常之少，只有萬分之一到八萬分之一，主要分布于心尖和心房處。

3.心肌干細胞

大家有誰聽說過心臟癌癥的沒有？沒有吧？這是一個非常困惑科學家們的問題，人體的各個組織和器官都會發(fā)生癌癥，就是心臟從來沒有發(fā)現(xiàn)過有癌變的。之前大家認為這可能與心臟內沒有干細胞有關，但現(xiàn)在已經證實心肌與其他組織一樣都含有干細胞，那么，到底是什么原因造成心臟細胞不會癌變呢？這也是腫瘤研究中非常令人著迷的一個課題。

骨髓源性的心肌干細胞

骨髓源性的心肌干細胞實際上就是骨髓來源的間充質干細胞，在心肌梗死后在細胞粘附分子、趨化因子和生長因子等的共同參與下，改變干細胞與骨髓基質間的相互作用，從骨髓中動員出來，進入外周血液循環(huán)，啟動早期心肌形成基因，同時表達一定的多能干細胞表面標志，到心肌的局部微環(huán)境下可以分化為心肌細胞，也可以分化成內皮細胞和平滑肌細胞。

骨髓源性的心肌干細胞和原位的心肌干細胞都可以在心肌壞死后被動員，增殖分化，修補受損的組織，但是，對于大面積的損傷往往于事無補。所以骨髓間充質干細胞移植，是治療心肌梗死的一個較新的有效方法，已經在應用于臨床了。但是骨髓來源和原位心肌干細胞的研究也方興未艾，因為這打破了傳統(tǒng)認為心肌不可再生的觀點，為心臟疾病的治療注入了新的潛力，通過激活心肌干細胞而不是損傷性的移植來達到修復的目的。

原位的心肌干細胞

心肌細胞一直被認為是終末分化細胞，僅通過肥大來適應增強的工作和對疾病補償。然而在過去的幾年中,大量證據(jù)顯示無論在正常還是病理狀態(tài)下，成體心肌組織中均存在具有特異性心肌分化潛能的多能干細胞，即成體心肌干細胞（Cardiac Stem Cells，CSCs）。其主要細胞生物學特性包括：1、具有克隆能力，能夠自我更新并具有多能性。2、能在體內外分化為心肌細胞、內皮細胞及血管平滑肌細胞等心臟結構細胞。3、可在心肌損傷局部激活、遷移。研究表明，成年哺乳動物的心臟中存在心肌干細胞巢(Cardiac Stem Cell niches，CSCNs)結構，位于心肌細胞間，是由細胞和細胞間質構成的橢圓形結構。

就目前研究來看，心肌干細胞主要分為C-kit+細胞、心球細胞、Sca-1+細胞、SP細胞、Isl1+細胞等。其中C-kit+細胞和心球細胞研究及應用最為廣泛。C-Kit+心臟干細胞在心肌中以細胞簇形式存在，其中心房和心尖處含量較高。在大量動物實驗基礎上，C-Kit+心臟干細胞移植目前已快速推進到1期臨床試驗階段。Bolli等在2011年lancet發(fā)表C-Kit+細胞治療心肌梗塞Ⅰ期臨床試驗報告。研究的結果證明C-Kit+心臟干細胞移植治療心肌梗死是安全的，為下一步開展更大規(guī)模的Ⅱ期研究提供了基礎。試驗發(fā)現(xiàn)左心射血分數(shù)明顯改善，梗死面積顯著降低。人及小鼠心臟活檢標本溫和酶消化后可產生一組外形小、圓、亮的未分化細胞，在體外可自發(fā)黏附聚集形成細胞團樣結構，稱之為心球（Cardiosphere）。Makkar等進行的CDCs細胞治療心肌衰弱臨床Ⅰ期試驗發(fā)現(xiàn)細胞組整體心臟功能無明顯改善；但活力心臟面積增加，局部心肌收縮功能改善。（后來發(fā)現(xiàn)，其實C-kit+細胞并不是心肌干細胞，是個美麗的誤會，就像GDF11是不是年輕因子呢，得問村長去。）

近年來，心臟疾病的發(fā)病率與死亡率居高不下。心臟搭橋手術等傳統(tǒng)治療方法雖然可以明顯降低死亡率，但心肌梗死區(qū)的功能無法再回復，這大大降低了患者的生活質量。心臟干細胞輸注治療心臟疾病是一種新興治療方式，是最有可能在不遠的將來替代現(xiàn)有醫(yī)療技術的治療方式。利用心肌干細胞對嚴重心臟病患者實施細胞移植治療，可望挽救患者的生命。國內外各實驗室對CSCs的分離、培養(yǎng)、擴增及貯存等方法很多，實驗條件也不盡相同，因此迫切需要建立一種穩(wěn)定、高效分離純化成體CSCs的規(guī)范方法。成體CSCs自身的穩(wěn)態(tài)平衡和動態(tài)變化，及其向心臟功能細胞分化需經歷哪些具體過程，有哪些影響因素及如何調控等還不太清楚，需要繼續(xù)研究以進一步證實。我們相信，隨著研究的深入，成體CSCs作為一種新手段將會產生廣闊的應用前景。

4.肝臟干細胞

肝臟干細胞并不是特指某一類的細胞，而是指與肝臟發(fā)育和再生有關的各類具有干細胞特性的細胞類型的總稱。根據(jù)這些細胞的來源，我們可以把它們分為肝內源性和肝外源性肝臟干細胞兩類，每一類又有幾種不同的細胞，但它們都有一個共同的特點，就是可以增殖分化成肝細胞。

肝內源性肝干細胞主要分為三類：肝卵原細胞、小肝細胞和胚胎源性肝細胞。其中主要以卵原細胞為主，所以，如果說狹義的肝臟干細胞，其實就是指卵圓細胞。

卵原細胞的發(fā)現(xiàn)其實很早，在1956年就由法伯等人在大鼠的肝臟中發(fā)現(xiàn)了，這是一類體積較小、核較大，呈卵圓形的細胞。它們除了有自我更新的功能以外，還可以分化成肝細胞和膽管上皮細胞。平時它們主要定位于肝終末小膽管處，處于靜止狀態(tài)，只有當肝組織發(fā)生嚴重損傷或肝細胞增殖被抑制時，它們才會被動員起來，移動到需要的區(qū)域并分化成肝細胞。

需要說明的一點是，實際上普通肝細胞的再生能力本來也是很強的，在很多情況下，小量的肝損傷都可以由肝細胞的自身增殖來修復，只有當肝組織發(fā)生嚴重損傷，或者因為疾病等因素普通肝細胞不能增殖時，卵圓細胞才會披掛上陣，行使修復的功能。

外源性肝干細胞則有很多種，主要有骨髓干細胞（包括造血干細胞和間充質干細胞）、胰臟干細胞和脂肪干細胞，還有很多種成體干細胞在體外也可以誘導成為肝細胞或肝細胞樣的細胞，但真正應用于臨床的，只有骨髓干細胞和胰腺干細胞。前者有強大的分化能力，易于取得和分離，后者與肝細胞不僅有相似的組織結構和相同的起源，而且還有實驗表明二者之間可以相互轉化。

應用肝臟干細胞治療肝臟疾病，可以分3個階段：

（1）當肝臟損壞還不是那么嚴重時，我們可以根據(jù)已有的肝臟干細胞的知識，通過刺激和動員，使卵圓細胞結束休眠，投入到救亡行動中去，拯救自己的肝臟。這需要研究肝臟干細胞在體內分化過程的人為控制，如何營造適宜的微環(huán)境和提供適當?shù)募毎蜃樱约叭绾卧诩膊…h(huán)境下讓這些細胞代替病損的組織而行使正常的生理功能。這些都是擺在科學家面前的挑戰(zhàn)和機遇。

（2）當肝臟損壞進一步加劇后，慢條斯理的自我救贖已經不能奏效，那就需要投入新的救亡大軍了。這時候我們就可以選擇自體干細胞移植或者異體干細胞移植，多數(shù)會選擇的是骨髓來源的間充質干細胞，我們可以把分離純化好的間充質干細胞用腹腔鏡直接通過門靜脈注射到肝臟內，再加上特殊藥物，使它們可以在肝臟內扎下根來，并且分化發(fā)育成有功能的肝臟細胞，專業(yè)上稱“區(qū)域性原位移植”。但這是一個非常復雜的過程，而每個人的生理病理狀態(tài)都會影響這一過程，所以如何穩(wěn)定、高效地達到我們的目標還是科學家們研究的課題。

（3）還有一種方法，就是再造一個組織工程肝。無論是用內源性的還是外源性的肝干細胞，我們先給它一個支架，通常會選用具有良好的生物相容性和生物降解性的三維立體支架，天然的如：膠原、纖黏連蛋白、層黏連蛋白、透明質酸、海藻酸鈉、殼聚糖等，或者也可以用人工合成的高分子材料，如多孔聚乳酸乙醇酸；再使肝組織血管化，就是在我們體外培養(yǎng)的肝組織中構建出豐富的血管和毛細血管網，以提供細胞所需的營養(yǎng)、氧氣和細胞因子；最后就是細胞回植，將肝臟干細胞植入到支架上，通過培養(yǎng)，形成組織工程肝，再移植到我們的病人體內。這一技術目前還處于實驗階段，但相信在科學家的努力下在不久的將來可以應用于臨床，造福于廣大肝病患者。

另外，還有一些比較另類的肝臟干細胞的治療方法，比如“肝化脾”，就是把肝臟干細胞移植到脾內，讓它們在脾內形成有功能的肝組織，從而達到修復的目的。脾臟內有豐富的血管可以使肝臟干細胞在它的紅髓內長期生存和分化，但是脾臟內也含有大量免疫細胞，會把70%的肝臟干細胞清除掉，而且有可能會引起強烈的并發(fā)癥，所以這只是個有益的嘗試。

還有一種是將肝臟干細胞移植到腸系膜上，那里也有豐富的血液供應以供肝臟干細胞生長。但是種植的細胞只能在腹腔內懸浮生長，只能短期內改善肝功能，無法長期存活。

不要小看這些另類的方法，科學就是在這些奇思妙想中發(fā)展起來的，試錯是找到正確途徑的有效方法之一。

5.胰腺干細胞

糖尿病是一種常見并受到廣泛關注的疾病，全世界約有2.4億、我國約有5000萬糖尿病患者，而絕大多數(shù)糖尿病患者都是由于胰島細胞的損傷和病變造成的。

可以分泌釋放胰島素的胰腺是一個含有內外分泌細胞的器官，受損或病變的胰腺可以進行自我修復，胰腺內分泌細胞也常常需要更新，表明胰腺中存在具有分裂能力，并在分裂后分化成為終末分化細胞的干細胞。2000年由美國的伯杰等首次發(fā)現(xiàn)了胰腺干細胞，它們與其他種類的成體干細胞不同，有自己明顯的形態(tài)學特點（也就是說長得很有特色），可以直接從形態(tài)學上就把它們分辨出來。具體的說就是：胰臟干細胞是一種嗜堿性單核細胞（即可被堿性染料染色），圓形，核為圓形或腎形，較大，多含有兩個明顯的核仁，染色質細膩分散，胞質內無明顯的細胞器（看不到顆粒）

胰臟干細胞分布在導管細胞和胰島中，在適當?shù)拇碳は?，腺泡細胞和胰島細胞可以進行分化，而這種分化對環(huán)境的依賴性很大，比如層黏連蛋白就是分化胰腺導管細胞所必需的。

從進化的角度來看，無脊椎動物只有肝臟而沒有胰臟，但它們的肝臟可以行使胰臟的功能；而高等生物的肝臟和胰臟雖然形成了兩個獨立的器官，但它們的細胞來源是相同的。所以肝臟干細胞和胰臟干細胞之間可以相互轉化也就沒什么好奇怪的了。生物學上把這種現(xiàn)象稱之為“轉分化”，是指一個干細胞或它的后代從一種分化狀態(tài)轉變成另一種分化狀態(tài)的過程。也就是二次分化。這也是當今干細胞學界的研究熱點之一。

在臨床上，通過培養(yǎng)糖尿病患者的早期胰腺干細胞可以獲得大量具有分泌胰島素功能的細胞，即可以解決臨床材料不足的問題，又可以避免免疫反應，有著巨大的臨床應用潛力。

體外誘導分化成功能性胰腺β細胞

令人高興的是，哈佛大學的干細胞研究人員宣布，他們朝著尋找到真正有效的I型糖尿病療法邁進了一大步。以人類胚胎干細胞作為起點，科學家們第一次生成了滿足細胞移植和醫(yī)藥用途所需的、大量的生成胰島素的β細胞，它們在大多數(shù)方面都與功能正常的β細胞相當。這項新的研究工作發(fā)布在《細胞》（Cell）雜志上。

Melton說，當前他們正在一些包括非人類靈長類動物在內的動物模型中，對這些干細胞衍生的β細胞進行試驗。

洛克菲勒大學教授、霍華德休斯醫(yī)學研究所研究員Elaine Fuchs（未參與該研究）將這項研究譽為是“迄今為止干細胞領域最重要的研究進展之一，我和世界各地的許多人們一起為我的同事所取得的這一非常成果鼓掌喝彩?！?/span>

1型糖尿病是一種機體殺死自身所有生成胰島素的胰腺β細胞的自身免疫代謝性疾病。因此，開發(fā)治療的最后臨床前步驟涉及保護移植到每個治療患者體內的近1.5億細胞免受免疫系統(tǒng)攻擊。Melton正與麻省理工學院Koch研究所及醫(yī)學工程學與科學學院化學工程學系副教授、應用生物學教授Daniel G.Anderson合作，開發(fā)一種移植設備來保護這些細胞。

Melton說，Anderson和麻省理工學院的同事們當前正在測試這一設備，到目前為止它已保護移植到小鼠體內的β細胞細胞免于免疫攻擊達數(shù)月。“它們仍然在產生胰島素，”Melton說。

Anderson評價Melton實驗室的這項新工作是“糖尿病一個極其重要的進展。毫無疑問，能夠通過控制干細胞分化生成葡萄糖反應性的人類β細胞細胞，將加速開發(fā)出新的療法。尤其是，這一進展為等待細胞治療的糖尿病患者提供無限的組織供應打開了大門。

除了糖尿病的治療之外，研究胰腺干細胞還有一個重大的課題，就是胰腺癌。胰腺癌被稱為是“癌癥之王”，以惡性程度高、死亡率高而著稱。有研究表明，胰島來源的惡性腺癌可能與胰島細胞暴露在高濃度的生長因子下有關，這些生長因子包括胰島素、胰島素樣生長因子和轉移生長因子，胰腺癌腫瘤干細胞的發(fā)現(xiàn)也證實了這一點，所以對胰腺干細胞的研究也是研究胰腺癌的一個重要課題。

其他成體組織干細胞

其他，還有眼睛里的角膜干細胞和視網膜干細胞（步步以前科普過），肺臟干細胞，腎臟干細胞，表皮干細胞，小腸干細胞等，以后步步會陸續(xù)講述。

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編輯：步步先生

(原文首發(fā)于本公眾號2014年10月30日)

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