1. 什么是干細胞？

干細胞指的是一種具有增殖和分化潛力的細胞類型，具有自我更新和產生高度分化功能細胞的能力。

換句話說，它是一種原始的未分化細胞，具有多潛能分化和自我復制能力，是形成哺乳動物組織和器官的原始細胞。干細胞在形態上普遍，通常呈圓形或橢圓形，細胞大小較小，細胞核相對較大，多為染色體核，端粒酶活性較高。如圖1所示，干細胞可以分化成各種類型的細胞，包括心臟細胞、腸細胞、脂肪細胞、神經細胞和軟骨細胞等。

圖1. 干細胞分化示意圖

干細胞是自我復制還是分化為功能性細胞，主要取決于細胞本身的狀態和微環境因素。這些因素包括各種周期因子（Cyclin）和Cyclin-Dependent Kinase、基因轉錄因子以及影響不對稱細胞分裂的細胞因子。微環境因素包括干細胞與周圍細胞、干細胞與外部基質之間的相互作用，以及干細胞與各種可溶性因子的相互作用。

2. 干細胞的主要類型

目前，有兩種干細胞分類方法。一種是基于不同的發育階段，將其分為胚胎干細胞和成體干細胞。另一種是基于分化潛能，將其分為全能干細胞、多能干細胞和單能干細胞。

2.1 胚胎干細胞

胚胎干細胞，也稱為ESCs，是從早期胚胎或原始性腺分離出的一種細胞類型。它們在體外具有體內增殖、自我更新和多方向分化的特性。胚胎干細胞可以在體內外被誘導分化為幾乎所有類型的細胞。

實際上，對于胚胎干細胞研究，這一直是一個有爭議的領域。支持者認為，這項研究可以幫助治愈許多難治性疾病，因為胚胎干細胞可以分化為多種功能的全能干細胞，這是科學進步的體現。然而，反對者認為，胚胎干細胞研究必須破壞胚胎，而胚胎是人尚未形成的子宮內的生命形式，這涉及到反生命倫理。

2.2 成體干細胞

成體干細胞是指存在于已分化組織中的未分化細胞，具有自我更新和專門形成組成該類型組織的細胞的能力。成體干細胞存在于身體各種組織和器官中。

在特定條件下，成體干細胞要么產生新的干細胞，要么根據某些程序分化，形成新的功能性的全能干細胞，從而維持組織和器官的生長和衰減的動態平衡。在正常情況下，成體個體組織中的成體干細胞大多處于休眠狀態，在病理條件下或外界因素的誘導下，可以表現出不同程度的再生和再生能力。

2.3 全能干細胞

全能干細胞，也稱為TSCs，是可以發展成各種組織和器官的完整個體潛力的細胞。TSCs指的是從卵母細胞到分裂階段的32個細胞之前的所有細胞。TSCs是具有無限分化潛能的干細胞，可以分化成所有組織和器官。換句話說，它具有形成完整個體分化的潛力。在進一步分化中。

2.4 多能干細胞

TSCs可以形成各種組織干細胞，也稱為多能干細胞。多能干細胞（Ps）具有分化為各種細胞組織的潛力，但失去了發展為完整個體的能力，其發育潛力受到限制。例如，骨髓多能造血干細胞可以分化出至少十二種血細胞，但不能分化為造血系統以外的細胞。

近年來，一種名為誘導多能干細胞的Ps在研究人員中非常受歡迎，也稱為iPS。

iPS是一種可以直接從成人細胞中生成的多能干細胞。iPSC技術是由日本京都的山中伸彌實驗室首創的，他在2006年證明引入四種特定的編碼轉錄因子的基因可以將成人細胞轉化為多能干細胞，他與約翰·格爾登爵士一同獲得了2012年的諾貝爾獎，以表彰他們的“發現成熟細胞可以重新編程成多能干細胞。”生產iPS遵循以下步驟（如圖2所示）：

• 分離和培養供體細胞。
• 通過病毒載體將干細胞相關基因導入細胞中。紅色細胞表示表達外源基因的細胞。
• 根據ES細胞培養的方法收獲和培養細胞，使用有絲分裂抑制劑使細胞進入休止狀態（淺灰色）。
• 少部分轉染的細胞成為iPS細胞，并生成類似ES細胞的群體。

圖2. lPS細胞的生成方案

2.5 單能干細胞

眾所周知，與全能和多能干細胞相比，單能干細胞并沒有得到同樣的關注和研究，但它們在治療嚴重健康問題方面有巨大的潛力。單能干細胞是指只能沿著一個分化方向分化的一類細胞。干細胞的一個特點是它們能夠分化并形成特殊的細胞。另一個特殊性質是它們能夠不斷增殖或分裂。

如前所述，與其他類型的干細胞（如多能、全能或多能干細胞）相比，單能干細胞具有最低的分化潛能。這意味著該細胞只能分化成一種細胞或組織類型，與能分化為廣泛細胞類型的干細胞相比，其潛力較低。然而，它們的自我更新能力使它們成為治療疾病的有價值的候選人。因此，它們能夠為移植目的產生健康且可行的細胞。

閱讀至此，您可能會對全能干細胞、多能干細胞和單能干細胞之間的關系感興趣。這三組之間的關系在圖3中清晰地說明。

多能干細胞是從全能干細胞分化而來的。多能干細胞具有分化為各種細胞組織的潛力，但失去了發展為完整個體的能力。第三種干細胞，也稱為單能干細胞，是由多能干細胞進一步分化而來。這種干細胞只能分化為一種或兩種密切相關的細胞類型。

例如，神經干細胞可以分化為各種類型的神經細胞；造血干細胞可以分化為各種血細胞，如紅細胞和白細胞。

圖3. 三組干細胞之間的關系

3. 干細胞標記物

干細胞標記物是科學家用來分離和鑒定干細胞的基因及其蛋白產物。干細胞也可以通過功能測定來鑒定。在這里，我們收集了幾種流行類型的干細胞標記，希望這些信息能給你的研究帶來啟發。

3.1 癌癥干細胞標志物

癌癥干細胞(Cancer Stem cells, CSCs)是癌細胞的亞群(發現于腫瘤或血液學癌癥中)，能夠自我更新，在腫瘤團塊中產生多種細胞，并維持腫瘤發生。對于csc的起源，癌癥研究人員提出了兩種假設。一種是正常干細胞突變的結果，另一種理論將成體干細胞與腫瘤形成聯系起來。目前，已在多種實體腫瘤中發現了csc。最常用于從實體和血液腫瘤中分離CSCs的標記物包括：CD133（也稱為PROM1）、CD90 (THY1)、CD44 (ppgp1)、ALDH1A1、CD34、CD24 (HSA)、CD200 (OX-2)和EpCAM。

3.2 神經干細胞標記物

神經干細胞，也稱為NSCs，是能夠自我更新并產生分化的前體細胞的干細胞，可以生成中樞神經系統中的神經元和膠質細胞（如星形膠質細胞和少突膠質細胞）。它們屬于多能干細胞。

目前，用于分離神經干細胞的標記物包括ABCG2、BMI1、CDH2、CTNNB1、CXCR4、FABP3、FABP7、FGFR2等。完整的標記物列表如下所示：

表1. 神經干細胞的標志物

3.3 胚胎干細胞標志物

胚胎干細胞(ESC)標記物是胚胎干細胞中特異性表達的分子。了解這些標記的功能對于表征和闡明ESC多能性維持和自我更新的機制至關重要。在此，我們將表2中的胚胎干細胞標記物列示如下:

表2. 胚胎干細胞的標志物

3.4 間充質干細胞標記物

間充質干細胞是多能的基質細胞，可以分化成多種細胞類型，包括成骨細胞（骨細胞）、軟骨細胞（軟骨細胞）、肌細胞（肌肉細胞）和脂肪細胞（脂肪細胞，形成骨髓脂肪組織）。用于分離間充質干細胞的標記物如下所示：

表3. 間充質干細胞標記

4. 干細胞療法

如前所述，干細胞是具有自我復制和多方向分化潛力的原始細胞，是身體的起源細胞，是形成人體各種組織和器官的原始細胞。在一定條件下，它可以分化成各種功能性細胞或組織器官。

干細胞療法是將健康的干細胞移植到患者體內，以達到修復病變細胞或重建正常細胞和組織的目的。干細胞療法就像向身體注入新的活力，是根本性治療許多疾病的有效途徑。

對于干細胞，正如您所知，一旦身體需要，它們可以按照發育途徑分裂，分化為成熟的體細胞。

也許有一天，人們突然發現可以根據需要和過程在實驗室中制造人體器官。代替血細胞、腦細胞、骨骼、心肌細胞、肝臟、神經等都不再是問題，即使是患有白血病、帕金森病等無法治愈的疾病也能夠存活。將干細胞用于臨床治療是該領域所有專家的夢想。然而，探索這一領域仍然任重道遠。