全 文 ：生命科学
Chinese Bulletin of Life Sciences
第 18卷 第 4期
2006年 8月
Vol. 18, No. 4
Aug., 2006
成体干细胞及其在再生医学中的应用
习佳飞，王韫芳，裴雪涛*
（军事医学科学院输血医学研究所干细胞与再生医学研究室，北京 100850）
摘　要：成体干细胞研究的最主要目的就是有朝一日将其应用于临床疾病的治疗。随着对成体干细胞
可塑性研究的不断深入和临床应用研究的不断扩展，人们对成体干细胞最终走向临床应用抱有越来越大
的希望。本文就成体干细胞的可塑性及其在四种疾病中应用的基础研究进行探讨。
关键词：成体干细胞；可塑性；细胞治疗
中图分类号：Q 83 1　　文献标识码：A
Research progress of adult stem cells and clinical applications
XI Jia-Fei, WANG Yun-Fang, PEI Xue-Tao*
(Department of Stem Cell Biology, Beijing Insititute of Transfusion Medcine, Beijing 100850, China)
Abstract: The objective of adult stem cell research is to cure the intractable diseases. Nowadays there are much
data about the basic and clinical research about the adult stem cells. More and more information about the stem
cells’ plasticity have been declared, and studies about the applications of stem cell therapy for various diseases
are increasingly carried out. Despite of so many problems should be solved, people are still giving a great hope
for adult stem cell therapy in regenerative medicine.
Key words: adult stem cells; plasticity; cell therapy
干细胞领域的新知识和研究方法的不断涌现，
最终将产生针对肿瘤、心脏病、糖尿病，以及影
响人类健康的许多其他疾病的崭新的治疗手段。科
学的历史已经证明，关于干细胞的研究最终将为人
类健康带来无限的益处，最终我们将利用自己渊博
的生物学知识构建出新的、可供安全移植到患者体
内的器官，而干细胞的研究无疑会为这项突破作出
巨大贡献。根据个体发育中干细胞出现的次序和发
育潜能的不同，人们将干细胞分为胚胎干细胞和成
体干细胞。胚胎干细胞具有发育上的全能性，可以
分化为完整个体的所有组织细胞；成体干细胞是存
在于胎儿和成体不同组织内的多潜能干细胞，这些
细胞具有自我复制能力，并能产生不同种类的具有
文章编号 ：1004-0374(2006)04-0328-05
收稿日期：2006-05-15
基金项目：国家高技术“863”计划领域重大专项(2005AA219010); 北京市科委重大项目培训专项(Z000519004331)
作者简介：习佳飞(19 81 —)，男，博士研究生；王韫芳(19 72 —)，男，博士，副研究员；裴雪涛(19 62 —)，男，
博士，研究员，博士生导师，* 通讯作者。
特定表型和功能的成熟细胞的能力，能够维持机体
功能的稳定，发挥生理性的细胞更新和修复组织损
伤作用[1~ 2]。
成体干细胞的优点：获取相对容易；源于患
者自身的成体干细胞在应用时不存在组织相容性的
问题，避免了移植排斥反应和使用免疫抑制剂；理
论上，成体干细胞致瘤风险很低，而且所受伦理学
争议较少；成体干细胞还具有多向分化潜能。因
此，人们对成体干细胞在临床治疗中的应用寄予很
高的期望。
成体干细胞的研究始于20世纪60年代人们对造
血干细胞(hematopoietic stem cells, HSC)的研究。
HSC是目前研究得最为清楚、应用最为成熟的成体
329第4期 习佳飞，等：成体干细胞及其在再生医学中的应用
干细胞，它移植治疗血液系统及其他系统恶性肿
瘤、自身免疫病和遗传性疾病等均取得令人瞩目的
进展，极大促进了这些疾病的治疗，同时也为其他
类型成体干细胞的研究和应用奠定了坚实的基础。
成体干细胞的应用研究是再生医学的一个重要
组成部分，是很多疾病可供选择的治疗手段，同时
又是一个多学科交叉的领域，需要分子和细胞生物
学家、胚胎学家、病理学家、临床医生、生物工程
师和伦理学家等的共同参与。随着对成体干细胞可
塑性研究的不断深入和临床应用研究的不断扩展，
成体干细胞最终走向临床应用的希望越来越大。
1　成体干细胞的可塑性
随着成体干细胞研究的深入，研究者观察到成
体干细胞可以突破其“发育限制性”，跨系，甚
至跨胚层分化为其他类型组织细胞。例如，骨髓来
源的干细胞在特定环境中可向肝脏、胰腺、肌肉及
神经细胞分化；肌肉、神经干细胞也可向造血细胞
分化。人们称这种现象为“干细胞的可塑性”。造
血系统发育分化一直被认为是有严格的层次等级，
多能的具有自我更新能力的HSC在最顶端，定向祖
细胞居于中间位置，而各个终末分化的细胞位于最
底层；但是这个关于干细胞分化的经典模型受到严
峻的挑战，Blay等[3]对成体干细胞可塑性的研究表
明，这种分级分化模型已不再正确。成体干细胞的
这种特性为其在多种难治性、终末期疾病的治疗中
应用带来希望。
研究表明，标记的骨髓来源细胞移植入动物体
内后可以分化为肌纤维[4]、肝细胞[5]、神经组织[6]、
小胶质细胞和星形胶质细胞[7]等，但产生这些非造
血细胞的干细胞起源仍是含糊不清的。只有表达某
一特定表面标志的纯化的干细胞被移植并能产生特
异性的功能组织，才能证明骨髓中的干细胞(或许
是造血干细胞)具有分化为其他组织细胞的能力。
移植纯化的HSC后，可以检测到供体来源的表
达抗肌萎缩蛋白的肌纤维[8]，在 I型酪氨酸血症动物
模型中移植 50个纯化的HSC后，能够修复受体的
造血功能和肝的生物学功能。此外，表达人白蛋白
的肝细胞在移植HSC的免疫缺陷小鼠体内得到了确
认。在其他研究中，纯化的 HSC能够分化为心肌
和血管结构，参与不同的血管损伤模型中的动脉的
重建[9]。Krause等[10]利用有限稀释技术提供了HSC
的多向分化能力的进一步体内证据，证明单个细胞
既可以分化为成熟的造血细胞，也可以分化为成熟
的皮肤表皮细胞、肺和胃肠道。同样的实验方法证
明，移植单个 HSC不仅能够重建造血，还能观察
到新生视网膜血管生成[11]和功能性肾小球生成。
为了获得更多的令人信服的实验证据，来证实
骨髓的干细胞(如HSC)确实分化得到了实体器官的组
织细胞[12]，首先，外源的细胞整合入实质性器官必
须进行细胞标记，以证明其来源，最好是在单细胞
水平，而且细胞在体外进行尽可能少的实验操作，
比如培养等，否则，可能会改变干细胞特性，使
细胞更容易跨谱系分化；第二，外源的细胞分化得
到的新生组织必须能完全整合进受体组织成为其中
的一部分；第三，所形成的细胞必须获得了所生成
的特异性的组织细胞的功能，能够表达器官特异性
的蛋白质和具有特异性的组织细胞功能。
关于成体干细胞可塑性仍然存在争议，其中成
体干细胞异质性假说[13]和细胞融合假说[14~15]分别对干
细胞的可塑性提出了质疑，并有相关的实验证据支
持这种质疑[16]。然而，关于成体干细胞的跨系，甚
至跨胚层分化的能力，通过诱导成体干细胞得到各
种我们所需要的细胞，用于各种疾病的治疗，这为
成体干细胞治疗研究进一步加温，掀起了又一轮的
热潮。
2　成体干细胞在疾病治疗中应用的基础研究
成体干细胞应用于疾病的治疗得到越来越多研
究者的认同，动物实验及临床(前)试验研究已取得
了很多令人振奋的研究结果，但同时也使我们更清
楚地认识到仍有许多问题尚未解决。我们尝试以四
类疾病的成体干细胞治疗研究为例进行探讨，以期
对成体干细胞治疗研究有一概观。
2.1　成体干细胞治疗心肌疾病　目前，很多心脏疾
病都可以通过各种治疗手段得到有效的治疗，但过
量功能心肌细胞的丧失导致的心功能不全，仍然是
影响疾病预后的主要问题。同种异体心脏移植非常
昂贵，而且供体来源少，移植后的心脏非常脆弱，
不可能作为晚期心力衰竭的常规治疗方法。成体干
细胞治疗的研究使我们通过在受损伤的心脏中产生
新的有功能的心肌细胞，以此来修复受损伤的心
肌，治疗心力衰竭。在 2004年美国心脏病学学会年
会上Victor Dzau博士提出：“细胞和分子治疗手段
使我们很快就能修复和再生心肌梗塞后受损伤的心
肌。”
Anversa等[17]研究证明，成人心肌细胞具有自
我复制的能力。据此提出了一个全新的观点，那就
是成体心肌细胞并不是终末分化细胞，其中包含有
相当多数量的干细胞，能够更新和分化为心肌细
330 生命科学 第18卷
胞。病理学解剖研究证实，在成人心肌存在具有复
制能力的细胞：在心力衰竭心脏的组织学观察中发
现，有 0.015% 的心肌处于有丝分裂期，而在心肌
梗塞的心脏中这一比例为 0.08%[18]; 进一步的研究
证明在性别不匹配的心脏移植中可以观察到受者循
环中的干细胞能够移居并定位于移植的心脏，生成
新的心肌纤维[19]; 更重要的是，这些来自骨髓的干
细胞向心肌层迁移，能够被化学物质所增强，表明骨
髓中的干细胞可能在心肌细胞再生中发挥重要作用。
当然存在受者与供者细胞发生融合的可能，而
且在同种异体移植中，受者炎症细胞和干细胞可能
与供者心肌细胞非常接近，这些都对上述结果产生
疑问[20]。在不同研究中，关于性别不匹配移植中的
嵌合体形成的结果不一致，导致了关于观察Y染色
体所采用的显微镜的关注，即采用传统光学显微镜
与荧光标记和共聚焦显微镜之间的差别导致了观察
结果的不一致[21]。
总之，目前关于成人心脏具有再生能力的理论
还没有得到公认，但已经激发了很多研究者的想象
力。最近研究也证明成体非心脏来源的干细胞，如
来源于骨髓、脑、骨骼肌、脂肪组织、肝脏和外
周血的干细胞都可以通过自然迁移或实验植入心
脏，都能分化为心肌细胞[22]。这些证据提示成体干
细胞治疗是再生梗塞后心肌的有效治疗方法。最初
的成体干细胞移植应用于心肌再生仅限于动物模
型，但目前已经很快扩展到临床治疗研究[23~24]，取
得了较好的效果。
应用干细胞治疗心力衰竭通常被简单地认为是
产生新的心肌细胞，但实际上要复杂的多。心力衰
竭通常是由特定的原因产生的，这些原因必须被消
除，这是任何试图重建心肌的努力成功的前提条
件。更重要的是，与骨髓移植不同，心肌的基本
功能单位不仅仅是由单独心肌细胞完成，而是由多
种细胞互相配合共同完成的。干细胞治疗产生的心
肌细胞必须以正确的方向整合，避免导致心肌纤维
排列紊乱(因为这本身就是一种病态); 必须能通过毛
细血管网获得营养；必须能够被蒲肯野纤维系统激
活产生快速有规律的电激活，以防止兴奋折返和独
立的自发起搏点活动；必须具有交感神经兴奋性
等。总之，通过干细胞治疗心脏疾病面临的挑战远
远大于骨髓移植和输血治疗，离真正的临床应用尚
有待时日，需要开展全面、系统的研究。
2.2　成体干细胞治疗神经退行性疾病　成体干细胞
及其子代细胞移植或动员脑组织内的干细胞被认为
是将来治疗神经退行性疾病的有效方法。考虑到人
脑结构和功能的复杂性，通过替代疾病中丢失的细
胞来恢复损伤的功能听起来是不现实的，然而动物
模型研究已证实神经元替代修复损坏的神经通路是
可行的，临床试验研究也证实在人脑中细胞替代治
疗同样能达到症状缓解。成体干细胞用于治疗帕金
森氏病、中风、肌萎缩性侧索硬化症、亨廷顿氏
舞蹈病，甚至精神分裂症等神经系统疾病均进行了
大量的基础和试验研究。帕金森氏病可能是研究最
充分和效果最为肯定的。
帕金森氏病的主要病理改变是黑质纹状体的多
巴胺能神经元的退行性变，通过对帕金森氏病的纹
状体内移植胎儿中脑组织为神经元替代治疗的可行
性提供了直接的证据。移植的神经元可以存活并恢
复对纹状体的神经支配长达十年[25]，但由于组织来
源少和功能恢复的差异太大，移植人胎儿脑组织作
为帕金森病的常规治疗方法也许是不现实的。
干细胞技术的发展使得标准化制备大量的多巴
胺能神经元成为可能，干细胞来源的多巴胺能神经
元达到一定的功能要求后，就能够用来移植治疗帕
金森氏病，但多巴胺能神经元是否能由内源的神经
干细胞产生一直存在争议，不同的研究小组得出了
完全相反的结果[26]。成体干细胞治疗最终应用于帕
金森病的治疗需要能产生长期持续的症状缓解，并
改善其他治疗方法无效的症状，如平衡问题。
当然还有其他问题需要解决，首先，患者的
选择需要有更好的标准。目前认为对于左旋多巴具
有明显症状改善表现，并且主要病理表现是多巴胺
能神经元丢失的患者对于细胞替代治疗具有比较好
的疗效。第二，移植细胞的功能必须得到进一步的
改进。目前，没有任何证据表明干细胞来源的多巴
胺能神经元移植比胎儿来源的原代神经元细胞能产
生明显的更好的功能改进。用成体干细胞的优势就
是能进行可控的基因改变，来改进其子代细胞的存
活时间、迁移力和功能[27]。第三，必须避免不良反
应的发生，同时对在干细胞中引入新基因的风险进
行评估。
成体干细胞治疗神经退行性疾病的研究仍处在
起始阶段，我们必须谨慎前行，避免对患者开展无
科学依据的临床试验。需要认真研究控制干细胞增
殖的关键分子，以控制神经干细胞的过度生长，当
然还需要知道，如何更好地实现移植细胞与已存在
的神经突触网络的功能整合。为进一步开展研究，
使之最终走向临床应用，需要尽快建立能够很好地
331第4期 习佳飞，等：成体干细胞及其在再生医学中的应用
模拟人类神经退行性疾病的动物模型。
2.3　成体干细胞治疗骨骼疾病　临床实践中经常会
遇到大范围的骨缺损，如在创伤、炎症和肿瘤外科
手术治疗以后等。重建大范围的骨缺损仍是临床治
疗面临的一个难题，目前尚没有有效的治疗手段，
骨髓来源干细胞及其他来源干细胞都可以分化得到
成骨细胞，通过将细胞与支架材料结合后移植于受
损部位，用于修复骨骼缺损的实验研究首先在小动
物体内实现，随后在大动物体内亦得到证实，证明
了成体干细胞应用于修复骨缺损的可行性，随后的
临床试验研究证明，此方法是治疗骨骼疾病的一种
有效方法[2 8]。
骨髓间充质干细胞(bone marrow stroma stem
cells, BMSCs)首次分离后被证明在不同的诱导环境
下可以分化为骨、软骨、脂肪、胰岛、肝脏和神
经等不同组织细胞，是目前治疗骨骼疾病最常用的
种子细胞，但随着体外培养时间的延长，其移植回
体内后成骨能力明显下降，而且其多向分化能力也逐
渐丢失[29]。因此，很多研究小组对体外培养BMSCs
所需的生长因子进行了研究，结果显示 FGF-2在体
外维持增殖起到很好的促进作用。单独应用 FGF-2
虽然能提高多分化潜能克隆的数量，但不能阻止其
培养过程中的衰老，因此需要继续深入研究BMSCs
体外培养条件下干性维持的条件。其他组织来源的
细胞亦能够分化为成骨细胞，目前已从胸腺、脾
脏、骨骼肌筋膜、肌卫星细胞、骨髓毛细血管壁
周细胞、血管平滑肌细胞、脂肪组织基质细胞等组
织来源的细胞诱导分化得到骨组织。
BMSCs与生物材料结合进行移植后能很好地修
复骨缺损，很多研究小组开展了临床研究取得了较
好的治疗效果。随着研究的深入，人们已开始考虑
研究全身植入间充质干细胞来修复治疗更多的间充
质组织的病变，但是尚需要开发输注细胞的新途
径，目前通过静脉输注细胞的方法，植入效率很
低，不能产生明显和持久的治疗作用。
2.4　成体干细胞治疗肝脏疾病　早在60多年前研究
者就认为在成体肝脏中存在着肝干细胞，但直到现
在仍然存在争议，很大一部分原因是因为没有肝干
细胞的特异性基因得到确认，以及在部分严重肝损
伤后的肝再生不需要激活肝干 /祖细胞，成熟的原
本处于静止期的肝细胞通过分裂也能部分发挥肝再
生的作用。
Farber等在研究致癌剂损伤的大鼠肝脏时观察
到一群“小的、卵圆形的、细胞质轻度嗜碱性着色、
细胞核淡蓝色的细胞群”，他首次把这群在体外培
养和体内移植试验中可以分化为肝细胞和胆管上皮
细胞的细胞称为肝卵圆细胞。卵圆细胞被认为是肝干
细胞是因为它具有向肝细胞和胆管上皮细胞分化的双
潜能性[30~31]，并在移植后能够重建肝脏[32]。目前，
很多研究也证实并从人体中分离鉴定出这种双潜能肝
卵圆细胞[33]，并证实其移植入NOD/SCID (nonobese
diabetic/ severe combined immunodeficiency disease)
小鼠和裸鼠体内时能够分化为成熟肝细胞[34]。这些
研究充分表明，在不远的将来这些细胞可能被用于
临床治疗肝损伤性疾病。
成体干细胞治疗肝脏疾病的另一个可能途径是
利用造血干细胞的跨系、跨胚层分化能力诱导得到
肝细胞。啮鼠动物的HSCs在肝损伤模型中植入肝
脏后能够分化为有功能的肝细胞，并参与肝组织修
复[35]，在动物体内开展的研究结果是令人振奋的，
但是临床应用需要更确实的证据，证明人的 HSCs
在进行肝脏移植后具有和啮鼠动物同样的特性[36]。
3　总结
对于成体干细胞可塑性的认识才刚刚开始，我
们有理由相信，会有更多的证据支持成体干细胞具
有更大的分化灵活性，尤其是当组织处于应激状态
时。因此，成体干细胞在治疗应用中的“通用性”
使得我们不必过多考虑其谱系限制，对成体干细胞
在临床应用的前景更为乐观。
目前正在进行大量的移植研究，包括临床试验
研究新的可能的治疗策略，其中关于成体干细胞治
疗心肌疾病的研究已通过FDA的批准，我们实验室
的自体间充质干细胞注射治疗心肌梗死及源于脐带
血的工程化造血细胞产品也已经通过 SFDA 的批
准，开始了 I 期临床试验。但我们仍然应该看到，
成体干细胞治疗面临严峻的挑战，对成体干细胞如
何增殖分化构成一个实质性器官仍知之甚少。此
外，确定哪种干细胞用于治疗特定的疾病也需要长
时间的试验研究，例如，有多达 12种不同种类的
细胞(外周血单个核细胞、肌母细胞、骨髓间充质
干细胞、血管内皮细胞等)被用于治疗心肌疾病，
究竟谁最合适呢？目前尚无人能够回答；细胞分选
技术也是一个倍受关注的问题，目前常用的流式分
选方法速度慢，而且分选过程中经过的气溶胶阶
段，会使细胞暴露于空气可能引起污染，因此，需
要开发新的、更快、更安全的细胞分选方法；移
植途径的选择对于其作用的发挥同样不容忽视。
总之，从基础研究到临床应用，对干细胞治
332 生命科学 第18卷
疗来说仍有很长的路要走，但这并不能降低我们发
展以干细胞为基础的再生医学的热情，因为它使我
们第一次拥有了治疗“无药可治”的疾病的希望。
[参　考　文　献]
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