干細(xì)胞技術(shù)與疾病治療 一、背景介紹 二、基本概念的介紹 三、在疾病治療中的應(yīng)用及其展望 1. 一、背景介紹 自從上世紀(jì)90年代美國科學(xué)家成功培養(yǎng)了人胚胎 干細(xì)胞后，干細(xì)胞定向分化及其調(diào)控等的研究是 現(xiàn)在和將來生命科學(xué)的熱點(diǎn)。對(duì)發(fā)育生物學(xué)及其 相關(guān)學(xué)科將起突破性的推動(dòng)作用，同時(shí)這一領(lǐng)域 所具有的的重大科學(xué)意義和醫(yī)學(xué)及其商業(yè)價(jià)值必 將是各國重點(diǎn)支持和開發(fā)的領(lǐng)域。 2003年，在干細(xì)胞的基礎(chǔ)研究、胚胎干細(xì)胞和成 人干細(xì)胞醫(yī)療研究中都取得了重大的進(jìn)展，這些 進(jìn)展既給人類戰(zhàn)勝疾病帶來了希望，激勵(lì)了醫(yī)學(xué) 研究，卻也增強(qiáng)了不同觀念和政策的爭論。 2. 一、背景介紹 美國生物倫理指導(dǎo)委員會(huì)專門研究人胚胎 可能帶來的科學(xué)、倫理、立法等方面的影 響，對(duì)此作出廣泛而深入的評(píng)論，并提出 相關(guān)的人胚胎干細(xì)胞研究的指導(dǎo)原則。 3. 一、背景介紹 干細(xì)胞技術(shù)不僅在疾病治療方面有著極其誘人的 前景，而且其對(duì)克隆動(dòng)物、轉(zhuǎn)基因動(dòng)物生產(chǎn)、發(fā) 育生物學(xué)、新藥物的開發(fā)與藥效、毒性評(píng)估等領(lǐng) 域也將產(chǎn)生極其重要的影響。干細(xì)胞技術(shù)作為生 物技術(shù)中的前沿技術(shù)已成為自然科學(xué)中最為引人 注目的領(lǐng)域，被醫(yī)學(xué)界認(rèn)為是人類生命科學(xué)研究 的里程碑，預(yù)示著生命科學(xué)研究將進(jìn)入快速發(fā)展 時(shí)期，是未來高新技術(shù)更新?lián)Q代和新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展 的重要基礎(chǔ)。 4. 二、基本概念的介紹 1、干細(xì)胞及其相關(guān)概念 2、干細(xì)胞技術(shù)及其相關(guān)概念 5. 1、干細(xì)胞及其相關(guān)概念 干細(xì)胞是一類具有自我更新能力的多潛能細(xì)胞，即干細(xì)胞 保持未定向分化狀態(tài)和具有增殖能力，在合適的條件下或 給予合適的信號(hào)，它可以分化成多種功能細(xì)胞或組織器官 ，醫(yī)學(xué)界稱其為“萬用細(xì)胞”，也有人通俗而形象得稱其為“ 干什么都行的細(xì)胞”。 干細(xì)胞來源于胚胎、胎兒組織和成年組織。根據(jù)發(fā)育階段 ，干細(xì)胞分為胚胎干細(xì)胞和成體干細(xì)胞，胚胎干細(xì)胞的分 化和增殖構(gòu)成動(dòng)物發(fā)育的基礎(chǔ)，而成體干細(xì)胞的進(jìn)一步分 化則是成年動(dòng)物組織和器官修復(fù)再生的基礎(chǔ)。按干細(xì)胞分 化的潛能將干細(xì)胞分為全能干細(xì)胞，多能干細(xì)胞和單能干 細(xì)胞。 6. 1、干細(xì)胞及其相關(guān)概念 A、胚胎干細(xì)胞 當(dāng)受精卵分裂發(fā)育成囊胚時(shí)，內(nèi)層細(xì)胞團(tuán)的細(xì)胞即為胚胎 干細(xì)胞，胚胎干細(xì)胞具有全能性，可以自我更新并具有分 化為體內(nèi)所有組織的能力。胚胎干細(xì)胞具有如下特性： 胚胎干細(xì)胞可通過單細(xì)胞克隆建立有相同遺傳特性的 胚胎干細(xì)胞系，建立的胚胎干細(xì)胞系有與親代細(xì)胞相同的 特征。胚胎干細(xì)胞具有正常完整（二倍體）及穩(wěn)定的 染色體核型。胚胎干細(xì)胞缺乏細(xì)胞周期中G1期的限制 點(diǎn)，胚胎干細(xì)胞大部分時(shí)間都處于細(xì)胞周期的S期，在此 期進(jìn)行DNA合成。胚胎干細(xì)胞表達(dá)三種特異性標(biāo)志分子 ：細(xì)胞內(nèi)的轉(zhuǎn)錄因子，白血病抑制因子和堿性磷酸酶。 7. 1、干細(xì)胞及其相關(guān)概念 雌性哺乳動(dòng)物來源的胚胎干細(xì)胞內(nèi)，不 存在X染色體失活現(xiàn)象。胚胎干細(xì)胞端粒 酶活性呈陽性，具有維持端粒長度，保持 干細(xì)胞增值能力的重要作用。胚胎干細(xì) 胞裸鼠皮下或腎包囊接種，可形成畸胎瘤 。 8. 1、干細(xì)胞及其相關(guān)概念 B、成體干細(xì)胞 成體干細(xì)胞存在于全部三個(gè)胚層發(fā)育而來的組織中，它具 有兩個(gè)特征，其一具有保持長期增殖而不分化的能力；還 具有分化為源組織的所有特化類型細(xì)胞的潛能和分裂產(chǎn)生 組細(xì)胞的能力。成體干細(xì)胞的增值能力也有較大的限制； 多數(shù)成體干細(xì)胞數(shù)量較少，缺乏特異性的表面標(biāo)志，難以 識(shí)別、分離和純化。 成體干細(xì)胞中研究最廣泛和深入的細(xì)胞是源于骨髓和血液 的干細(xì)胞，包括造血干細(xì)胞和間充質(zhì)干細(xì)胞兩類主要的干 細(xì)胞。造血干細(xì)胞是從血液或骨髓中分離的具有自我復(fù)制 能力的干細(xì)胞，它能從骨髓中動(dòng)員進(jìn)入血液循環(huán)系統(tǒng)，能 9. 1、干細(xì)胞及其相關(guān)概念 經(jīng)歷程序性死亡，即細(xì)胞凋亡。造血干細(xì)胞可利用其物理 特性和細(xì)胞表面特征富集。造血干細(xì)胞來源于骨髓、外周 血和臍帶血，能分化為血液和免疫系統(tǒng)的各種細(xì)胞類型， 可用于治療白血病、淋巴瘤和遺傳性血液病，如各種遺傳 性貧血、先天代謝失調(diào)和癌癥化療后造血干細(xì)胞的恢復(fù)等 。 許多研究發(fā)現(xiàn)，在人類、鳥類和嚙齒類等生物的骨髓中 可以分離出一種骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞，其具有干細(xì)胞的共性 ， 最近的研究發(fā)現(xiàn)從人的骨骼肌中也分離出了間充質(zhì)干細(xì)胞 ， 它同樣可以分化為骨骼肌、平滑肌、骨、軟骨及脂肪，因 此利用間充質(zhì)干細(xì)胞進(jìn)行組織工程學(xué)研究有如下特點(diǎn)： 取材方便且對(duì)機(jī)體無害。間充質(zhì)干細(xì)胞可取自身骨髓 ，簡單的骨髓穿刺即可獲得。 由于取自自體，由它誘 導(dǎo)而來 10. 1、干細(xì)胞及其相關(guān)概念 的組織移植時(shí)不存在組織配型及免疫排斥 問題。由間充質(zhì)干細(xì)胞分化的組織類型 廣泛，理論上能分化為所有的間質(zhì)組織類 型：將它分化為骨、軟骨或肌肉、肌腱， 在治療創(chuàng)傷性疾病中具有應(yīng)用價(jià)值；將它 分化為心肌組織，則有可能構(gòu)建人工心臟 。將它分化為真皮組織，則在燒傷中有不 可限量的應(yīng)用前景。 11. 1、干細(xì)胞及其相關(guān)概念 神經(jīng)干細(xì)胞也是成體干細(xì)胞之一，神經(jīng)干 細(xì)胞是神經(jīng)系統(tǒng)形成和發(fā)育的源泉。其主 要功能是作為一種后備儲(chǔ)備，參與神經(jīng)系 統(tǒng)損傷修復(fù)和細(xì)胞正常死亡的更新。 12. 2、干細(xì)胞技術(shù)及其相關(guān)概念 干細(xì)胞技術(shù)，又稱為再生醫(yī)療技術(shù)，是指通過對(duì)干細(xì)胞進(jìn) 行分離、體外培養(yǎng)、定向誘導(dǎo)，甚至基因修飾等過程，在 體外繁育出全新的、正常的甚至更年輕的細(xì)胞、組織或器 官，并最終通過細(xì)胞、組織或器官的移植實(shí)現(xiàn)對(duì)臨床疾病 的治療，諸如白血病，老年癡呆，帕金森等傳統(tǒng)醫(yī)學(xué)方法 尚不能治愈的疾病。 從理論上說，應(yīng)用干細(xì)胞技術(shù)治療各種疾病較很多傳統(tǒng)方 法有無可比擬的優(yōu)點(diǎn)：安全，低毒性或者無毒性。 不需要完全了解疾病的發(fā)病機(jī)理?？蓱?yīng)用自身干細(xì)胞 移植，避免產(chǎn)生器官移植的免疫排斥反應(yīng)。 13. 2、干細(xì)胞技術(shù)及其相關(guān)概念 利用干細(xì)胞技術(shù)已經(jīng)開展治療的疾?。耗X癱、小兒缺 血缺氧性腦??；腦外傷、腦梗死、腦出血、脊髓外傷 性癱瘓的急性期、后遺癥期和康復(fù)期；腦發(fā)育不全、 腦萎縮、智力低下、失憶癥、腦積水；長期昏迷，植 物生存狀態(tài)；視神經(jīng)損傷、失明；肌萎縮側(cè)索硬化 癥、運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元??；脊髓炎后遺癥期和康復(fù)期；神 經(jīng)性膀胱炎；臨界腦死亡；癲癇；慢性心功能不 全性疾病、心肌梗塞；肝硬化；下肢血管性疾??； 股骨頭壞死。 14. 三、在疾病治療中的應(yīng)用及其展望 1.造血干細(xì)胞的基因治療 2.造血干細(xì)胞移植治療自身免疫性疾病 3.干細(xì)胞技術(shù)在神經(jīng)系統(tǒng)疾病治療中的應(yīng)用 4.干細(xì)胞技術(shù)在心血管疾病治療中的臨床應(yīng) 用 15. 1.造血干細(xì)胞的基因治療 許多疾病尤其是一些遺傳性疾病與造血干 細(xì)胞的內(nèi)在缺陷有關(guān)，隨著造血干細(xì)胞的 移植與基因技術(shù)的發(fā)展，一條試圖融合上 訴兩者技術(shù)的全新的治療方法造血干 細(xì)胞的基因治療已成為目前研究的熱點(diǎn)。 16. 1.造血干細(xì)胞的基因治療 許多疾病特別是一些單基因疾病如：血紅蛋白病、鐮刀形 紅細(xì)胞貧血、地中海貧血、慢性肉芽腫性疾病和免疫缺陷 性疾病等與造血干細(xì)胞的內(nèi)在缺陷有關(guān)。從原則上來說， 這些疾病都可以通過基因替代的方法而獲得治療。造血干 細(xì)胞基因治療的基本思路是動(dòng)員分離出患者的造血干細(xì)胞 ，體外轉(zhuǎn)染目的基因，再做自體干細(xì)胞移植。目前這項(xiàng)新 方法的研究及應(yīng)用主要集中在下述三個(gè)方面：替代先 天性的由于造血干細(xì)胞中基因缺失或損壞而致的疾病； 抗腫瘤化療中向正常造血干細(xì)胞導(dǎo)入耐藥基因以產(chǎn)生 耐化療蛋白，最終目的減少或抵消化療的毒副作用； 可作為一種細(xì)胞內(nèi)疫苗手段，如向造血干細(xì)胞或T細(xì)胞前 體轉(zhuǎn)染抗病毒基因以抵抗HIV感染。 17. 1.造血干細(xì)胞的基因治療 A、造血干細(xì)胞的選擇 已有多種細(xì)胞表面標(biāo)志用來鑒別造血干細(xì)胞，最常用于鑒 別骨髓中具有高增殖能力造血干細(xì)胞的細(xì)胞表面分子是 CD34（唾液酸粘蛋白）。致死劑量照射狒狒后回輸 CD34+富集的骨髓細(xì)胞，可使狒狒的造血系統(tǒng)獲得重建， 表明CD34+細(xì)胞具有長期的多系分化能力。目前臨床上已 擁有非常成熟的手段來獲得CD34+細(xì)胞。從理論上說，分 離、濃集的CD34+細(xì)胞可提高基因的轉(zhuǎn)染效率及降低載體 的使用量。 18. 1.造血干細(xì)胞的基因治療 B、載體的選擇 已有多種轉(zhuǎn)染系統(tǒng)用于造血干細(xì)胞，如 DNA、脂質(zhì)體、腺病毒載體、腺相關(guān)病毒 載體、腺轉(zhuǎn)錄病毒及慢病毒載體。 19. 1.造血干細(xì)胞的基因治療 C、轉(zhuǎn)染條件的優(yōu)化 轉(zhuǎn)染效率是基因治療的瓶頸，為提高轉(zhuǎn)染效率，人們在轉(zhuǎn) 染的外部條件方面作了一系列的嘗試。 在研究中發(fā)現(xiàn)，與骨髓基質(zhì)細(xì)胞共同孵育可提高逆轉(zhuǎn)率病 毒載體轉(zhuǎn)染人干細(xì)胞的轉(zhuǎn)染效率，這提示，外源性基質(zhì)子 分影響基因轉(zhuǎn)染。纖連蛋白是目前研究較為充分的一個(gè)分 子，它同時(shí)連接載體顆粒及干細(xì)胞，進(jìn)一步提供生長促進(jìn) 因子從而提高轉(zhuǎn)染效率。 有人將細(xì)胞因子多肽序列整合進(jìn)包被蛋白分子中，如將IL -2整合進(jìn)嵌合體包被蛋白中對(duì)于轉(zhuǎn)染IL-2依賴性細(xì)胞有較 高的效率。 20. 1.造血干細(xì)胞的基因治療 D、限制造血干細(xì)胞基因轉(zhuǎn)染的效率 盡管目前基因轉(zhuǎn)染的效率有了很大的進(jìn)步 ，造血干細(xì)胞的基因治療并不十分成功， 主要的因素有：原始的造血干細(xì)胞處于 靜息狀態(tài)，其表面受體的水平很低；目 前沒有十分有效的載體，轉(zhuǎn)染的效率很低 ；轉(zhuǎn)染成功后，目的基因往往不能有效 表達(dá)或不能長期表達(dá)；缺乏有效的手段 選擇轉(zhuǎn)染成功的造血干細(xì)胞。 21. 1.造血干細(xì)胞的基因治療 E、展望 造血干細(xì)胞的基因治療體現(xiàn)出一種全新的 治療思想，雖然目前基本處于基礎(chǔ)研究階 段，但是，隨著造血干細(xì)胞移植與基因技 術(shù)的發(fā)展與完善，隨著人們對(duì)基因本身的 認(rèn)識(shí)，對(duì)造血干細(xì)胞進(jìn)行基因治療將可能 從根本上實(shí)現(xiàn)對(duì)一批疾病的治愈。 22. 2.造血干細(xì)胞移植治療自身免疫性疾病 進(jìn)十余年來，造血干細(xì)胞移植技術(shù)（HSCT）治 療難治性自身免疫性疾?。ˋDs），業(yè)已取得了 可喜的成績。國內(nèi)外學(xué)者把病情進(jìn)展快，造成明 顯殘疾或死亡的Ads，歸為“嚴(yán)重自身免疫病”（ SADs），其預(yù)期生期為5-10年；近年隨著科學(xué)技 術(shù)的發(fā)展，自身造血干細(xì)胞移植的治療相關(guān)病死 率為1%-5%；對(duì)SADs患者，在發(fā)展到不可逆臟 器損傷前，進(jìn)行積極的治療是合理的，必要的。 23. 2.造血干細(xì)胞移植治療自身免疫性疾病 A、機(jī)制 Ads發(fā)病機(jī)制的確切機(jī)理仍不清楚，機(jī)體對(duì)自身抗原的免 疫反應(yīng)及免疫耐受之間平衡的打破是最基本的原因?；颊?自身遺傳缺陷和環(huán)境因素的共同作用在打破這種平衡中起 關(guān)鍵作用。HSCT治療Ads即通過強(qiáng)烈的免疫抑制治療徹 底摧毀機(jī)體異常的免疫系統(tǒng)，然后輸入正常的造血干細(xì)胞 以重建正常的免疫系統(tǒng)，從而達(dá)到治療或者緩解Ads的目 的；移植前強(qiáng)烈預(yù)處理將已經(jīng)存在于組織器官中的免疫病 理細(xì)胞清除，從而終止靶器官的再損傷。 24. 2.造血干細(xì)胞移植治療自身免疫性疾病 B、適應(yīng)癥 對(duì)常規(guī)治療失敗、威脅生命和器官功能的 嚴(yán)重的神經(jīng)系統(tǒng)、類風(fēng)濕疾病、血液系統(tǒng) 的Ads患者宜實(shí)行HSCT，不主張對(duì)臟器已 有不可逆損失的患者實(shí)施HSCT。 25. 2.造血干細(xì)胞移植治療自身免疫性疾病 C、存在的問題及展望 異基因HSCT可以達(dá)到根治Ads的目的，自 身外周血干細(xì)胞移植是目前治療Ads較為穩(wěn) 妥的方法，但都存在著一些問題。初步結(jié) 果顯示，對(duì)于SAds，HSCT是一種非常有 潛力的、有前景的治療手段。正確制定治 療策略、選擇合適患者和完善治療技術(shù)細(xì) 節(jié)是必要的。有關(guān)HSCT治療和Ads遠(yuǎn)期療 效仍需進(jìn)一步研究。 26. 3.干細(xì)胞技術(shù)在神經(jīng)系統(tǒng)疾病治療中的應(yīng)用 長期以來，人們一直認(rèn)為成年哺乳動(dòng)物腦 內(nèi)神經(jīng)細(xì)胞不具備更新能力，一旦死亡即 不能再生，這種觀點(diǎn)使人們對(duì)腦血管疾病 、帕金森病、多發(fā)性硬化及腦脊髓損傷等 疾病的治療受到了很大的限制。雖然傳統(tǒng) 的藥物及手術(shù)對(duì)以上疾病的治療取得了一 定的進(jìn)展，但是扔不能達(dá)到滿意的效果。 幾年來干細(xì)胞移植技術(shù)迅猛發(fā)展，為神經(jīng) 系統(tǒng)疾病的治療提供了新的方法。 27. 3.干細(xì)胞技術(shù)在神經(jīng)系統(tǒng)疾病治療中的應(yīng)用 A、治療帕金森病 已經(jīng)有較多的研究利用將干細(xì)胞植入患有 帕金森?。≒D）的患者或者動(dòng)物模型的腦 組織中來治療，并且取得了成功。Piccini等 首先從流產(chǎn)兒腦組織中分離出神經(jīng)干細(xì)胞 ，然后將其植入PD患者的腦組織中，結(jié)果 發(fā)現(xiàn)有一半以上的患者癥狀得到明顯改善 ，而且效果持續(xù)存在。 28. 3.干細(xì)胞技術(shù)在神經(jīng)系統(tǒng)疾病治療中的應(yīng)用 B、治療缺血性腦血管病 利用干細(xì)胞技術(shù)治療缺血性腦血管疾病有兩種方法。一種 方法是通過激活位于海馬齒狀回等區(qū)域的內(nèi)源性干細(xì)胞， 使內(nèi)源性干細(xì)胞遷移至腦組織受損部位，發(fā)揮替代效應(yīng)， 另一種方法是將來源于成年腦或者胚胎的干細(xì)胞直接移植 到腦受損的部位，進(jìn)一步發(fā)揮治療作用。同樣，很多研究 已經(jīng)證實(shí)了干細(xì)胞技術(shù)治療缺血性腦血管病的有效性。 Kuhn等往大鼠缺血腦組織腦室內(nèi)注射成纖維細(xì)胞生長因 子或表皮生長因子后發(fā)現(xiàn)嗅球位置的神經(jīng)結(jié)構(gòu)出現(xiàn)再生， 試驗(yàn)后大鼠因缺血所致的神經(jīng)功能缺陷有所好轉(zhuǎn)。 29. 3.干細(xì)胞技術(shù)在神經(jīng)系統(tǒng)疾病治療中的應(yīng)用 C、治療其他神經(jīng)系統(tǒng)疾病 干細(xì)胞技術(shù)可用于其他一些神經(jīng)系統(tǒng)疾病 如多發(fā)性硬化和腦膠質(zhì)瘤的治療。 30. 3.干細(xì)胞技術(shù)在神經(jīng)系統(tǒng)疾病治療中的應(yīng)用 D、問題與展望 干細(xì)胞技術(shù)在神經(jīng)系統(tǒng)的應(yīng)用中還有以下一些主要的問題 :移植干細(xì)胞時(shí)必須考慮對(duì)患者是否安全，目前干細(xì)胞 移植的安全性還沒有足夠的證據(jù)；使干細(xì)胞分裂分化 和遷移以填充因缺血而失去的空間，并形成有功能的正常 神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)是困難的。 盡管如此，人們?nèi)匀粚?duì)干細(xì)胞在神經(jīng)內(nèi)科應(yīng)用的前景充滿 信心。我們有理由相信，在不久的將來干細(xì)胞技術(shù)一定會(huì) 在神經(jīng)內(nèi)科臨床中得到廣泛應(yīng)用，神經(jīng)疾病的治療也一定 會(huì)因?yàn)楦杉?xì)胞技術(shù)而得到革命性的進(jìn)步。 31. 4.干細(xì)胞技術(shù)在心血管疾病治療中的臨床應(yīng)用 32.