全 文 ：第25卷 第6期
2013年6月
Vol. 25, No. 6
Jun., 2013
生命科学
Chinese Bulletin of Life Sciences
文章编号：1004-0374(2013)06-0601-08
胚胎干细胞器官克隆进展
陈　曦1,2,3，徐海伟2,3，阴正勤2,3*
(1 南开大学医学院，天津 300071；2 第三军医大学西南眼科医院，重庆 400038；
3 视觉损伤与再生修复重庆市重点实验室，重庆 400038)
摘　要：胚胎干细胞作为多能干细胞在组织再生和功能重建中发挥重要作用。利用胚胎干细胞诱导分化为
特定的治疗细胞后进行细胞替代治疗，已在包括神经、心血管和内分泌等多个系统中取得了确切的效果。
但同时，胚胎干细胞来源的细胞和组织移植宿主体内存在安全性问题，包括成瘤性、细胞异常分布以及免
疫排斥性等。基于胚胎干细胞的器官克隆技术虽然较单纯细胞诱导复杂和困难，但是体外三维培养诱导得
到的胚胎干细胞来源器官，如视杯、甲状腺、垂体和小肠等器官与体内发育来源的器官在形态及功能上具
有很大的相似性，可能是未来再生医学中器官移植的重要发展方向。
关键词：胚胎干细胞；器官克隆；细胞替代治疗；再生医学；三维培养
中图分类号：Q813；R329 文献标志码：A
Progress in embryonic stem cell-based organ cloning
CHEN Xi1,2,3, XU Hai-Wei2,3, YIN Zheng-Qin2,3*
(1 School of Medicine, Nankai University, Tianjin 300071, China; 2 Southwest Hospital, Southwest Eye Hospital,
Third Military Medical University, Chongqing 400038, China; 3 Key Lab of Visual Damage and
Regeneration & Restoration of Chongqing, Chongqing 400038, China)
Abstract: Embryonic stem cells, as an important type of pluripotent stem cells, have significant impact on treatment
of degenerative diseases. Derivatives of embryonic stem cells have already been applied to multiple systems as cell
replacement therapy, such as the nervous, cardiovascular and endocrine systems. At the same time, derivatives of
embryonic stem cells can also cause several safety issues, including inappropriate cell biodistribution,
tumorigenicity and immunogenicity. On the other hand, embryonic stem cell-derived organs and tissues have high
similarities with those developing from embryo, which may show the directions for the future regenerative
medicine, although the techniques for three-dimensional culture remain much more complicated than traditional
ways.
Key words: embryonic stem cells; organ cloning; cell replacement therapy; regenerative medicine; three-
dimensional culture
收稿日期：2012-12-24； 修回日期：2013-1-30
基金项目：国家重大科学研究计划资助项目(2013CB
967002)；国家自然科学基金项目(31271051)
*通信作者：E-mail: yinzqin@yahoo.com.cn；Tel: 023-
68754803
胚胎干细胞 (embryonic stem cell, ESC)因具有
多能分化特性及体外无限繁殖能力而被寄望于替代
病变细胞及组织来治疗退行性疾病。通过胚胎干细
胞分化诱导为各类终末分化细胞的研究正在如火如
荼地展开，并已经取得了可喜的成果。例如，在眼科，
胚胎干细胞来源的视网膜色素上皮 (retinal pigment
epithelial, RPE)细胞已用于干性老年黄斑变性和
Stargardt黄斑营养不良的临床研究阶段。又如，通
过三维培养将胚胎干细胞体外克隆为复杂器官的报
道也陆续出现，得到的器官组织不仅形态与体内
发育而来的高度相似，并具有某些生理功能，可
能更有希望在器官移植中发挥重要作用。本文对
基于胚胎干细胞的器官克隆的研究进展及发展趋
生命科学 第25卷602
势作一综述。
1　胚胎干细胞的生物学特性
在哺乳动物中，干细胞包括成体干细胞 (adult
stem cell)和胚胎干细胞。成体干细胞为存在于已经
分化组织中的未分化细胞，这种细胞仍具有自我更
新的能力并且能够分化为该类型组织的细胞。在正
常情况下，成年个体中的成体干细胞多处于休眠状
态，在病理状态或在其他因素的诱导下，可表现出
不同程度的增生和分化的能力。现已发现在骨髓、
血液及神经系统等中都存在成体干细胞，细胞表面
表达不同的特征性标记物。胚胎干细胞为从囊胚的
内细胞团中分离得到的具有多潜能分化特性的干细
胞。成体干细胞存在于成熟的组织中，而胚胎干细
胞存在于未成熟的胚胎组织中。成体干细胞因在不
同组织中可有多种类型，而胚胎干细胞则为单一类
型。胚胎干细胞具有多能分化特性和无限增殖能力。
多能性指可分化为三个胚层来源的所有类型细胞 [1]，
这种特性与成体干细胞的多能性不同，成体干细胞
只能分化为一部分特定的细胞类型，而不会自发发
育为各种类型的细胞。在特定的培养条件下，胚胎
干细胞可以无限增殖并保持未分化状态 [1-3]。另外，
胚胎干细胞可以进行遗传学操作，选择和冻存，而
不失其多能性，为临床产业化提供了条件 [1,4]。
现已成功分离出胚胎干细胞的动物种类有人、
小鼠、大鼠、猪、牛、羊、兔等，较常用的为小鼠
胚胎干细胞 (mouse embryonic stem cell, mESC)。与
mESC相比，人胚胎干细胞 (human embryonic stem
cell, hESC)在培养技术上更加困难，并有生长缓慢、
细胞分离后易凋亡及克隆效率低等劣势 [1,5-7]，故在
hESC进行分离培养时，通常采用转基因 [8]或使用
生长因子诱导 [9]的方式。mESC因培养周期短和成
活率高等优势被广泛使用，而且可作为进行 hESC
培养前的预实验，但若要进入临床试验阶段，在
体外利用 hESC成功诱导分化为所需的组织则是必
须的。
2　胚胎干细胞在细胞治疗中的应用
2.1　ESC在致盲性眼病中的应用
在得到所需的目标细胞后进行视网膜下腔注
射，手术操作简单，且术后可以利用一系列无创检
查 (如眼底镜、光学相干断层扫描等 )对移植区进
行直观的检查，若发现异常可以利用眼底激光对移
植区进行封闭，防止扩散。干细胞替代治疗的可操
作性和移植后视功能的易观察性使干细胞介导的再
生治疗正在成为严重致盲性眼病的临床治疗策略。
此外，因血 -视网膜屏障的作用，眼为免疫赦免器官，
对移植物的相容性相对较好。因这一系列的优势，
在眼部进行 ESC来源治疗细胞移植已进入到临床
试验阶段。目前，已有将 hESC 来源的 RPE细胞移
植到 Stargardt黄斑营养不良和干性老年黄斑变性患
者，临床观察 4个月未见视功能恶化及排斥等不良
反应 [10]。有报道利用 hESC来源的视网膜前体细胞
移植，治疗视网膜色素变性患者，在 24个月的观察
阶段未见排斥反应 [11]。虽然已有在形态学方面观察
到移植细胞与病变视网膜的双极细胞建立了突触联
系的报道 [12]，但移植细胞与宿主如何建立神经环路
仍有不明确的地方，因此对这种突触联系的功能学
仍需进一步的检测。
2.2　ESC在神经系统疾病中的应用
引起神经系统疾病 (如帕金森病、老年痴呆症、
多发性硬化、中风、脊髓损伤等 )的重要原因是脑
或脊髓中神经元和 (或 )神经胶质细胞的丢失或死
亡，而通过细胞治疗补充丢失的细胞是很有前景的
治疗措施 [13]。在体外将 ESC培养为成熟的神经细
胞主要分为四个步骤：通过基因重组或特定因子将
ESC向神经前体细胞诱导、扩增、分化为神经元和
神经胶质细胞，并进一步分化为具有特定功能的神
经元和神经胶质细胞 [14]。
帕金森病的发生主要是因为中脑多巴胺神经元
的进行性丢失 [15]，左旋多巴仅可以达到外源性补充
多巴胺来改善症状的目的，而细胞替代治疗则有可
能起到治疗病因的作用。Takagi等 [16]使用猴 ESC
来源的神经前体细胞，扩增为包含有多巴胺神经元
前体的神经球，并将目标细胞移植入帕金森病猴的
豆状核壳，发现目标细胞可以起到多巴胺神经元的
作用并可改善帕金森病的症状。在神经系统疾病中，
进入到临床实验阶段的为使用 ESC来源治疗细胞
治疗脊髓损伤 [17]和缺血性中风 [18]，在这两项研究
中都是对一名患者进行治疗，将 ESC来源治疗细
胞注射入病灶区，后续的治疗效果监测及更多患者
的录入与治疗还在进行当中。
2.3　ESC在心血管系统疾病中的应用
造成严重心血管疾病 (如心肌梗死、严重心律
失常等 )的常见机制之一为冠状动脉粥样斑块形成
引起的心肌供血不足，从而导致心肌细胞死亡，无
法发挥正常的生理功能，最终导致心脏衰竭、心源
性猝死等严重并发症发生。因心肌细胞无法再生，
陈　曦，等：胚胎干细胞器官克隆进展第6期 603
故通过外源性补充损失的心肌细胞有望为这类患者
带来福音 [19-20]。通过与内皮细胞等细胞共培养或者
基因重组，以及加入促进向心肌细胞分化的特异因
子的方法可促进ESC向心肌细胞分化 [21-23]。Blin等 [24]
发现，将灵长类动物 ESC来源的 SSEA-1+心肌前
体细胞注射入灵长类动物的心肌梗死模型的心脏，
可分化为心肌细胞。van Laake等 [22]发现， hESC来
源的心肌细胞移植入小鼠心脏后可以继续成熟，并
成活至少 24周以上，而移植入体内的 ESC来源的
心肌细胞不仅可以改善心功能及延缓不良事件发
生 [23-25]，而且还具有电生理功能 [26-27]。然而，移植
入体内的细胞是否可以同宿主在电生理上做到同步
以及是否会引发严重心律失常，还需要在日后研究
中进行长期监测。
2.4　ESC在内分泌系统疾病中的应用
ESC来源的治疗细胞在内分泌系统疾病中的应
用主要集中在 1型糖尿病上。在体外培养条件下，利
用生长因子或小分子可诱导 hESC向胰腺前体细胞分
化 [28]。第一步是将 hESC向限定性内胚层分化 [29]，
方法为利用生长因子包括激活素 A、成纤维细胞生
长因子 10、维甲酸等，激活WNT及转化生长因子
β信号通路。第二步是促进向胰腺背侧原基分化，
可通过促进维甲酸信号通路和抑制 Hedgehog信号
通路的共同作用来达到目的。
胚胎干细胞来源的胰岛素分泌细胞可合成胰岛
素、胰高血糖素、生长抑素和胰多肽等多种激素 [30-31]。
虽然胚胎干细胞来源的胰岛素分泌细胞的胰岛素分
泌量与人胰岛中的分泌量相近，但是在体外缺乏受
到葡萄糖刺激的反应能力。然而，在移植入糖尿病
鼠后发现它们可以降低血糖 [30]并能延长移植鼠的
生存期 [32]，提示体内微环境的作用可促进细胞继续
成熟。
2.5　基于ESC的细胞治疗策略的主要局限
利用胚胎干细胞来源的治疗细胞治疗退行性疾
病的优势显而易见，但是仍需在多方面严密监控。
对移植 ESC来源细胞的安全性评估主要包括三个
方面：成瘤性、细胞异常分布及免疫排斥性 [33-34]。
ESC来源细胞移植体内产生肿瘤的原因主要有三个
方面：一是 ESC来源的细胞具有多向分化的能力，
移植后有导致畸胎瘤的可能；二是移植细胞中若包
含未分化的原始细胞，则可能导致恶性畸胎瘤；三
是移植细胞在体内可能出现基因变异，导致继发性
癌症的出现 [33]。因此，通过敲除肿瘤相关基因，更
加精确地纯化和分选过程及对移植细胞表型监控是
十分必要的。目前，移植后是否出现肿瘤报道不一，
各项研究观察时长也不尽相同 [35-36]，其移植后安全
性，尤其是长期安全性尚待研究。对于监测移植入
体内的 ESC来源治疗细胞的生物分布也是十分重
要而同样充满困难 [33]，可能的途径有通过荧光标记
等方法对移植入体内的细胞进行标记，以利于组织
成像，监测细胞迁徙，在发现细胞异常分布后还要
建立特异的清除机制，而现今还未在人体中建立成
熟的技术。因 ESC来源的组织和宿主免疫源性不
同，故存在免疫排斥的风险。有研究表明，ESC来
源的细胞移植后有一定程度的免疫赦免能力，
CD4+FoxP3+调节性 T细胞在这个过程中起到重要
作用，并且研究还显示，机体更容易对 ESC来源
的细胞产生免疫赦免 [37-39]，这对 ESC来源的细胞
作为治疗用途是十分有利的。对于移植细胞的数量，
动物实验和临床人体试验无法直接对等，患者也有
性别、年龄、疾病严重程度等区分，而且因伦理
学风险等原因，在人体试验中尚缺乏盲法和随机
对照试验，现在已进入临床试验的报道还局限于
小样本报道 [10-11,17-18]，故评判其有效性及安全性还
言之尚早。
对于其他类型干细胞的临床转化研究也正在同
时进行中。成体干细胞及骨髓间充质干细胞可以自
身取材，避免免疫排斥反应及规避伦理学风险，但
是其诱导率和移植效果报道不一。诱导性多能干细
胞 (induced pluripotent stem cell, iPS细胞 )可以由患
者自身体细胞诱导而成，同样避免了免疫排斥反应
及伦理学风险，也是一类非常有前景应用到临床的
治疗细胞。现已从 iPS细胞成功培养分化出运动和
多巴胺能神经元、心肌细胞、胰腺细胞、脂肪细胞、
血细胞、血管内皮细胞、视网膜前体细胞和肝细
胞等 [40-43]。然而，若患者自身具有基因缺陷，则诱
导而成的 iPS细胞会具有同样的基因缺陷。故无论
是胚胎干细胞，还是成体干细胞、骨髓间充质干细
胞、iPS细胞，进入到临床应用还有一定的距离，
但是前景还是十分光明的。
3　胚胎干细胞器官诱导的研究进展
虽然 ESC已在体外成功分化为多种类型细胞，
但是在体外培养条件下分化形成具有三维结构的器
官还是十分具有挑战性的，这就要求除了促进细胞
自身的分化，还要精确调控细胞间以及微环境中的
相互作用。在近两年，已陆续有利用 ESC三维培
养为器官的成功报道，这使体外培养器官后移植入
生命科学 第25卷604
体内的设想又进了一步。
3.1　mESC及hESC三维培养为视杯
Eiraku等 [44]及 Nakano等 [4]先后用 mESC及
hESC在体外三维培养得到了视杯 (optic cup)。使用
的方法为无血清培养状态下胚胎状聚集体快速再聚
集 (serum-free floating culture of embryoid-body-like
aggregates with quick reaggregation, SFEBq)[9,45-46]，
并使用基质胶配合低含量生长因子，这样可以有效
地促进向视网膜前体细胞的分化和双层杯状结构的
形成。在 mESC和 hESC诱导为视杯的方案中，加
入因子的种类、浓度以及培养时间都有所不同，
hESC的培养需要更长的时间及更多种类的因子。
为了检测神经视网膜的发育是否和体内发育一致，
将神经视网膜剪下单独培养，尽量减少周围组织对
其分化的影响 [4,44]。
mESC体外培养经过 4个阶段 (9 d左右 )发展
为双层杯状结构。第 1阶段出现在第 6 d，突出的
视杯呈半球形；第 2阶段为第 7 d，视杯远端变平；
随后进入第 3阶段，色素上皮层与神经视网膜层的
交界部位变窄，出现成角；第 4阶段为第 8 d，神
经视网膜层延展内翻形成双层杯状结构。在第 10 d
开始将神经视网膜单独培养 10~14 d后，可分化为
感光细胞、节细胞、双极细胞、水平细胞、无长突
细胞、Müller细胞，并且和体内发育的排列顺序一
致。hESC培养过程与 mESC类似，19~24 d发展为
双层杯状结构，在第 18 d开始将神经视网膜单独培
养至 126 d左右后，除可以分化为 mESC来源视杯
相似的各种类型细胞，其感光细胞还可继续分化为
视锥及视杆细胞，并且各种类型细胞和体内发育的
排列极性一致。
与 mESC三维诱导相比，hESC的诱导时间更
长，形成的视杯更大 (hESC培养的视杯直径为 550
μm左右，mESC培养的视杯直径为 250~300 μm左
右 )、更厚 (hESC培养的视杯厚度为 120~150 μm，
mESC培养的视杯厚度为 60~80 μm)。同时，两者
视网膜神经层的翻转机制也不同，mESC外翻时需
要依赖色素上皮层和色素上皮层与神经视网膜层之
间的连结结构，而这在 hESC的培养中未出现。与
mESC不同的是，hESC培养的视杯尖端内翻时对
ROCK抑制剂不敏感，而内翻可以被整合素抑制剂
所阻断。将视网膜单独培养后，两者视网膜神经层
的翻转方向相反。另外一点不同是，在 mESC培养
的视杯中感光前体细胞主要集中于顶端，而在
hESC培养的视杯中除了在顶端有感光前体细胞外，
在中深层也存在感光前体细胞，而这一现象并未在
人胚胎发育中出现，推测中深层的细胞可能为更加
幼稚的感光细胞 [4,44]。
3.2　mESC三维培养为内分泌组织
在内分泌系统方面，Antonica等 [47]利用 mESC
在体外培养成为具有功能的甲状腺组织，所用的
ESC为重组 mESC，表达 NKX2-1和 PAX8，并在
不同时间加入多西环素和重组人促甲状腺激素，培
养时间为 22 d。得到的甲状腺滤泡不仅形态上与体
内发育的甲状腺组织一致，而且体外功能学检测发
现，滤泡中含有甲状腺素 T4，并具有摄取碘的能力。
在体内功能学方面，将培养的组织移植入甲状腺功
能低下的小鼠体内后 4周发现外周血 T4水平上升，
99m锝 -过锝酸盐检查显示，移植组织具有浓集碘
的能力，且移植后小鼠体温恢复正常 [47]。
Suga等 [48]同样利用 mESC培养出与体内相似
形态的腺垂体组织，并可诱导分化为腺垂体中的各
类细胞系。在使用 mESC培养为腺垂体的过程中，
使用单纯的 SFEBq方法并不能有效诱导出所需的
细胞。而将此方法改良，使用大量细胞聚集 (large
cell-aggregation, LCA)的方法 (每个聚集体 1万个
而不是 3 000个细胞 )，并结合使用骨形态发生蛋
白 4以及 hedgehog拮抗剂，培养第 21 d可发育形
成腺垂体的各主要细胞系 [48]。由于发展成腺垂体的
前体结构的拉特克囊的位置位于喙头外胚层和喙下
丘脑之间 [49-50]，故使用 LCA-SFEBq的方法可以形
成由喙头外胚层到喙下丘脑的连续上皮，并且促进
内源性骨形态发生蛋白在聚集体中的表达，促进向
非神经组织分化 [51]。若加入 Notch抑制剂 (DAPT)，
则诱导细胞向促肾上腺皮质激素分泌细胞系分化；
若加入Wnt拮抗剂 (BIO)，则诱导细胞向生长激素
分泌和催乳素分泌细胞系分化；若加入 PA6基质细
胞，则向黄体生成素分泌和卵泡刺激素分泌 (以及
某些促甲状腺激素分泌 )细胞系分化。Lim3+的垂
体前体组织在第 8 d开始出现，第 9~10 d内翻，第
10~11 d组成空心上皮泡状结构，这和胚胎发育为
拉特克囊的过程类似。在体外功能学方面，促肾上
腺皮质激素分泌细胞不仅受到促肾上腺皮质激素释
放激素的刺激进行分泌，还受到肾上腺皮质激素的
负反馈。在体内功能学方面，将培养的促肾上腺皮
质激素分泌细胞移植到垂体切除术后小鼠肾小囊下
1周后，外周血中的糖皮质激素的基础水平升高，
受到促肾上腺皮质激素释放激素 (corticotropin
releasing hormone, CRH)的刺激后的糖皮质激素水
陈　曦，等：胚胎干细胞器官克隆进展第6期 605
平也明显升高，而且移植鼠自动活动更多，生存期
也更长 [48]。
成熟的内分泌组织应具备两种基本的功能：一
是在相应的刺激下分泌目标激素；二是在系统水平
上达到调节内坏境稳态的作用，即在体内该激素含
量过高时内分泌组织应停止分泌。在 ESC来源腺
垂体组织中的促肾上腺皮质激素分泌细胞同时具备
上述两种功能，而二维培养 ESC诱导得到的胰岛 β
细胞却不具有这些功能 [52-53]，说明在三维培养状态
下得到的内分泌类器官可以更好地模拟体内微环
境，得到的组织或器官具有更完善的生理功能。
3.3　hESC三维培养为小肠“类器官”
Spence等 [54]利用 hESC在体外环境下培养得
到小肠“类器官”。通过不同时间段内加入激活素 A、
WNT3A及成纤维细胞生长因子 4，培养到第 28 d
后得到极性柱状上皮组成的小肠“类器官”，它们
具有绒毛和隐窝结构的增殖区并可表达肠干细胞的
标记物，且该小肠上皮同时包含了肠细胞和内分泌
细胞，发育的过程与小鼠体内发育过程高度相似。
3.4　基于胚胎干细胞的器官克隆的的机制
在通过 ESC诱导为具有三维结构的器官的报
道中，常用的方法为直接诱导分化和基因重组。直
接诱导分化是指在培养过程中加入胚胎发育中可促
进向特异方向分化的生长因子或者小分子，这种做
法会诱导 ESC模拟体内胚胎的发育过程。而在胚
胎发育为三个胚层的过程中起到决定性作用的信号
分子家族的数目并不是十分庞大，主要包括转化生
长因子 β家族、纤维母细胞生长因子家族、WNT
家族以及 Hedgehog家族等 [55]，故很有可能只需要
少数几种类型的因子就可以诱导出各种类型的分化
细胞。找到恰当种类的生长因子或小分子并以恰当
的时间及恰当的浓度加入 ESC的培养基中就可能
成功地诱导 ESC向特定的方向分化，当然在建立
合适方案的过程中还要不断地进行摸索，以找到最
佳的诱导方案。也可通过与其他细胞进行共培养促
进 ESC分化，使用共培养方法的原因主要是需要
细胞间的接触及需要共培养细胞分泌的复杂种类的
因子，而这很难进行人工模拟 [55]。另外，还可以通
过基因重组，过表达促进分化或者去除抑制分化的
转录因子促进 ESC分化。
由于悬浮培养比单层培养可以给予细胞足够的
空间形成三维复杂结构，故常用的培养方法为
SFEBq。悬浮培养在器官发育成形的过程中的重要
作用是器官成形过程中边界不会受到外在的限制，
而只是按照内在的发育规则。
在胚胎干细胞器官克隆过程中，一个共同的重
要特性就是自主性。给予特定因子的诱导或去除其
分化抑制因素，不需要外力作用，ESC就可发育为
各种具有复杂结构的器官。在 mESC和 hESC培养
成视杯的过程中，神经上皮层外翻后视网膜和色素
上皮层可自行内翻，组成双层杯状结构。因为在这
两种培养体系中都没有晶体的产生，故驳斥了晶
体的推动作用导致视网膜和色素上皮层内翻的假
设 [4,44]。磷酸化肌球蛋白轻链 2(phosphorylated
myosin light chain 2, pMLC)的水平标志了组织的顺
应性 (rigidity)，含量越高顺应性越差。在第 1阶段，
色素上皮层与神经视网膜层中 pMLC均是高水平；
从第 2阶段开始，神经视网膜层 pMLC水平开始下
降，但色素上皮层仍保持了高水平 pMLC，故神经
视网膜层的顺应性增加 (规则 1)；到第 3阶段，色
素上皮层与神经视网膜层的交界结构的顶端限制性
增强 (规则 2)，这就造成了神经视网膜层只能内翻，
而不能向外翻转；到第 4阶段，神经视网膜层细胞
增生、延展 (规则 3)形成了双层杯状结构。Eiraku
等 [56]对如何通过 mESC诱导产生双层杯状结构视
杯的机制做出了进一步的阐述，作者认为满足这 3
条规则就可以使视杯发育为双层杯状结构，并通过
计算机模拟取得了成功。这项研究在阐述如何通过
ESC诱导得到复杂器官的机制方面，为未来的工作
起到了重要的指导作用。尽管 ESC克隆器官的形
成具有自主性，但是仍依赖于多细胞间的相互作用
及微环境中的信号调节，才能达到在形态上及功能
上的发育。虽然一些重要的信号通路已经得到阐述，
但是对于微环境的调节机制，独立的部分如何协调
发育为整体器官，仍有许多未知的领域。
4　基于胚胎干细胞器官诱导的应用前景
使用 ESC诱导得到的器官应用到临床同样有
成瘤性、细胞异常分布以及免疫原性等安全性问题，
但是诱导得到的器官也有着独特的优势，某些功能
是需要通过复杂结构的互相配合、微环境中的相互
作用才能得到。在胚胎干细胞器官克隆的报道中，
都强调器官的发育过程和体内胚胎发育过程具有高
度相似性，但两者还是有一定程度的区别。在形态
学上，通过 ESC诱导得到的视杯没有晶体、内界
膜等结构；mESC诱导得到的甲状腺组织中不含有
C细胞；mESC诱导得到的腺垂体组织虽然可诱导
出各种类型的细胞系，但是细胞系的比例及排列顺
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序是否与体内完全一致却未明确。在功能学检测方
面，ESC诱导得到的视杯及小肠“类器官”没有经
过功能学检测；mESC诱导得到的腺垂体及甲状腺
组织虽然经过体内及体外功能学检测，但是只涉及
了部分重要的生理功能，不能代表诱导得到的组织
具有所有生理功能，且这两个研究中的体内功能学
检测方法还是通过传统的细胞替代治疗的途径，而
未突出器官克隆的独特优势，故通过干细胞诱导得
到的器官是否可以完全替代体内病变组织还需要更
多的后续研究。
在不同种类疾病中使用最佳的干细胞种类也许
是日后研究中的一个重要方向。现在还无定量测量
iPS细胞、ESC及成体干细胞培养组织的成瘤率的
报道，对于是否成瘤仍以个案分析为主 [33]，故需严
密监测移植细胞中是否含有未分化的细胞，精确纯
化过程，检测是否出现基因突变等。在免疫排斥方
面，iPS细胞被寄望于可以避免免疫排斥的发生，
但是 Zhao等 [57]发现小鼠 iPS细胞也会引起 T细胞
介导的免疫反应，所以 iPS细胞是否可以减少免疫
排斥反应的发生尚无确定的结论 [58]。当然，任何治
疗都是存在风险，而这风险是否为“可接受的风险”，
而不是一味地抬高安全阈值，还需要循证医学等提
供更明确的证据。
ESC器官克隆技术除了应用于传统的器官移
植，因其可模拟胚胎发育过程，已经在药物筛选、
毒理学分析、疾病模型研究等多个方面发挥了广泛
的作用。例如，在药物筛选方面，一是利用 hESC
体外培养，加入待检药物，检测其对胎儿致畸性的
影响 [59]；二是利用 hESC分化为肝细胞，检测药物
代谢；三是检测药物对于特定组织的毒性，如检测
hESC来源的心肌细胞或神经细胞的心肌毒性或神
经毒性等 [59-60]。利用 ESC器官克隆技术可能比单
纯使用细胞检测更加准确，更加接近体内环境，除
可检测对 ESC诱导来源细胞的作用，还可检测对
微环境的影响。然而，ESC模型只能用于药物直接
作用于细胞的情况，若药物经体内代谢后产物作用
于靶组织则无法利用 ESC模拟。在三维培养环境
下得到的胚胎干细胞来源的器官或组织因与体内发
育来源的器官具有更大的相似性，有可能作为一种
良好载体在更多的领域中得到广泛应用。
[参　考　文　献]
[1] Thomson JA, Itskovitz-Eldor J, Shapiro SS, et al.
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