干细胞的发现和应用简史

最早发现的干细胞

干细胞最早于19世纪下半叶被科学家偶然发现。那是1867年，德国实验病理学家尤利乌斯·科恩海姆（Julius Friedrich Cohnheim）研究伤口炎症，他在实验中给动物静脉注射不溶性染料苯胺，结果在动物损伤远端的部位发现了含有染料的细胞，包括炎症细胞以及与纤维合成有关的成纤维细胞，由此他推断实验动物骨髓中存在一种非造血功能的干细胞。于是，尤利乌斯·科恩海姆首次提出了骨髓干细胞的概念。

到了1974年，亚历山大·弗里登施泰因（Alexander Friedenstein）及其同事第一次从骨髓中分离出了这种干细胞，证实它与大多数骨髓来源的造血细胞不同，可快速贴附到体外培养容器上，能产生纤维细胞样克隆，在体外培养中呈旋涡状生长，具有自我复制更新能力。亚历山大·弗里登施泰因及其同事还证实，接种骨髓细胞悬浮液，每个干细胞可形成不同的克隆，并且干细胞增殖数与集落数之间有线性关系。每个干细胞就是一个成纤维细胞样集落形成单位（colony-forming unit fibroblast，CFU-F），并用染色体标志物、 ^3H -胸腺嘧啶核苷标记、延时照相和泊松分布来进行研究。亚历山大·弗里登施泰因鼓励其他科学家和医生进行干细胞移植应用，治疗一些重大疾病。

直到1991年，美国生物学家阿诺德·凯普兰（Arnold Caplan）将这种骨髓细胞正式命名为“间充质干细胞（mesenchymal stem cell，MSC）”。他认为，这种骨髓来源的间充质干细胞具有分化为骨、软骨、肌肉、骨髓基质、肌腱、韧带、脂肪和其他结缔组织的潜能。2005年，国际细胞治疗协会宣布，首字母缩写词“MSC”为多潜能间充质基质细胞。骨髓间充质干细胞又称为“骨髓基质细胞”，是最早被发现和研究的干细胞。

首先应用的干细胞

细胞治疗的概念要追溯到15～16世纪，当时德国著名内科医生、炼丹家、自然哲学家帕拉塞尔苏斯（Paracelso）主张医疗要基于经验，提出“心治愈心，肺治愈肺，脾治愈脾……同类物可治愈同类物”，是最早提出用含有细胞的活体组织器官治疗某些疾病的设想。细胞治疗的实践则始于1667年，法国医生丹尼斯（Jean-Baptiste Denis）将小牛血注射给一位精神病患者，这是首次有记载的细胞治疗方法，是医学史上的里程碑事件。其实小牛血里是含有干细胞的，但是由于数量极其稀少，还不能称为干细胞治疗。

动物血液里的干细胞对人有治疗作用，实际上人的干细胞对动物也有治疗作用。笔者在利用人羊膜间充质干细胞治疗大鼠1型糖尿病的实验研究中，发现人干细胞对大鼠糖尿病具有明显的治疗效果。

1930年，瑞士人保罗·尼汉斯（Paul Niehans）把从羊胚胎器官中分离出的细胞注射到人体中，出乎预料地没有引发拒绝异体蛋白的天然免疫反应，于是开始应用这类羊胎素活细胞进行皮肤年轻化治疗，并成为活细胞治疗皮肤年轻化的著名医师。次年，保罗·尼汉斯又将牛的甲状腺剪成小组织块，溶在生理盐水中，再注射到患者体内，用于治疗甲状腺功能低下。正是由于这些开拓性的工作，保罗·尼汉斯被称为“细胞治疗之父”。从此，细胞治疗的概念开始被人们接受，并逐渐在临床上得到应用。

1956年，美国西雅图华盛顿大学教授爱德华·唐纳尔·托马斯（Edward Donnall Thomas）完成了世界上第一例人类骨髓移植治疗白血病的手术，这也是世界上第一例干细胞移植手术。手术是在双胞胎间进行的，这使手术更容易成功，因为双胞胎的基因基本相同，不需要进行骨髓配型。在骨髓移植中，起治疗作用的主要是骨髓中的两种干细胞，即造血干细胞和间充质干细胞，其中造血干细胞数量相对较多，间充质干细胞数量相对极少。但间充质干细胞有助于增强造血干细胞的疗效，比单纯移植造血干细胞治疗效果要好。爱德华·唐纳尔·托马斯由此成为造血干细胞移植术的奠基人，于1990年获得“诺贝尔生理学或医学奖”。

1967年，爱德华·唐纳尔·托马斯在世界著名学术期刊《新英格兰医学杂志》（ The New England Journal of Medicine ）上发表了一篇关于干细胞研究的重要论文。详细阐述了骨髓中干细胞的造血原理、骨髓移植过程、干细胞对造血功能障碍患者的作用。这篇论文为白血病、再生障碍性贫血、地中海贫血等遗传性疾病和免疫系统疾病的治疗展示了广阔前景。

脐血移植是与骨髓移植相似的另一种治疗方法。新生儿脐带血液中含有丰富的造血干细胞和少量的间充质干细胞，对白血病、恶性贫血等血液系统疾病具有较好的治疗效果。而且，脐血的获得相对比骨髓容易，对捐献者没有创伤和痛苦。胎儿出生后，在无菌条件下采集的脐血，可以储存在脐血库中，待临床应用时，再进行复苏。如果患儿用的是自己出生时储存在脐血库中的脐血，在移植治疗时就不需要进行配型。虽然骨髓库比脐血库出现的早，但骨髓库里储存的仅是志愿捐献者的个人信息资料，包括姓名、年龄、性别、健康状况、详细通信地址、HLA基因检查结果等，并没有储存志愿捐献者的真正骨髓。与骨髓移植一样，在脐血移植中起主要治疗作用的是其中包含的造血干细胞。

新生儿也可以直接储存造血干细胞，一般骨髓库和脐血库都有这种业务。造血干细胞可来源于新生儿脐带、脐血、胎盘血等组织。自体造血干细胞移植，不需要配型，直接移植；异体造血干细胞移植，不需要“配型成功”，“半相合”移植即可存活。

“配型成功”是指人类白细胞抗原（HLA）的10个位点（A、C、B、DR、DQ各1对，不包括DP）至少有8个吻合，移植后才容易存活。

“半相合”是指人类白细胞抗原（HLA）的10个位点有5个吻合，即一半吻合。造血干细胞移植，需要A、B、DR三对共6个位点中至少5个匹配，移植才容易成功。

小牛血注射真正具有治疗作用的是里面含有的造血干细胞。造血干细胞移植不仅是最早进行临床应用的干细胞治疗，也是目前治疗白血病、再生障碍性贫血、地中海贫血、淋巴瘤等70多种血液系统重大疾病的有效措施。

干细胞在发现后的100多年里，一直默默无闻，直到21世纪初随着干细胞临床应用的开展，才渐渐成为科技明星。在国内，干细胞、免疫细胞治疗曾一度成为各大医院竞相开展的医疗项目。

2009年5月1日，国家卫生部办公厅发布《首批允许临床应用的第三类医疗技术目录》（卫办医政发〔2009〕84号），其中包含造血干细胞。一些干细胞治疗，在生物技术公司投资的推动下，在国内三甲医院普遍开展。凡是用常规治疗手段无效或疗效甚微的疑难疾病，都用干细胞进行治疗，而且费用不菲。干细胞被誉为“万用细胞”。然而，干细胞治疗的无序热闹场面，很快就被主管部门冷却下来。

两年后，2011年12月26日，国家卫生部办公厅又发布了《关于开展干细胞临床研究和应用自查自纠工作的通知》（卫办科教函〔2011〕1177号），紧急叫停了未经卫生部和国家食品药品监督管理局批准的干细胞临床研究和应用活动，并到2012年7月1日前，暂停受理任何项目申报。2012年12月29日，国务院发布《生物产业发展规划》，明确将细胞治疗列为重要发展和重点支持的产业之一。2015年7月20日，国家卫生和计划生育委员会、国家食品药品监督管理总局共同组织制定了《干细胞临床研究管理办法（试行）》，同年7月31日，国家卫生和计划生育委员会、国家食品药品监督管理总局发布《干细胞制剂质量控制及临床前研究指导原则（试行）》。这些政策的发布，标志着中国干细胞治疗研究应用的管理模式发生了根本变化，开始由“第三类医疗技术”管理向“药物”管理模式转变。

按“药物”管理是借鉴国外先进经验，防止国内干细胞治疗被滥用。美国、欧盟、韩国、日本、澳大利亚等国家的细胞治疗都是按照“药物”进行管理。这样可以防止未经临床试验研究直接应用于患者导致的风险。

2016年，成立国家干细胞临床研究管理工作领导小组和干细胞临床研究专家委员会，评选并批准了30家首批干细胞临床研究机构。同年，国家卫生和计划生育委员会明确取消第三类医疗技术审批。有的行业协会也出台了一些干细胞标准和规范。2016年，中国医药生物技术协会发布《干细胞制剂制备质量管理自律规范》。2017年，中国细胞生物学学会干细胞生物学分会发布《干细胞通用要求》。这一系列政策和规范的出台，有力地促进了干细胞临床研究应用的健康发展。

迄今为止，造血干细胞移植仍是具有相关资质的三级甲等医院血液科可以合法开展的收费医疗项目，而其他一些干细胞移植项目，可以申请临床试验研究，但是不允许对患者收费。

植物干细胞探索之旅

动物干细胞、人类干细胞发现较早，植物干细胞是进入21世纪初才被发现的。动物和人类已经完成分化的体细胞，经过长期进化，全能性（再生完整个体的能力）已处于深度休眠状态，极难被唤醒，除非通过导入一些特定外源基因或核移植、克隆等复杂的技术操作，改变整个细胞的基因组编程，从而重启全能性。植物则不一样，已经完成分化的体细胞，全能性很容易被唤醒，譬如，通过无菌操作和酶消化技术，从植物叶片中获取的细胞或原生质体（没有细胞壁的植物细胞），在试管、三角烧瓶等盛有培养基的容器中培养，很容易再生完整植株。养过多肉植物的朋友应该知道，扦插多肉植物的新鲜叶片，可以再生出完整的多肉植物。

越是简单、低等的生物，细胞的全能性越强；相反，越是复杂、高等的生物，细胞的全能性越差。这可能是因为高等生物的不同细胞群体之间需要更为专业的精细分工，才能完成复杂多变的生命活动。

植物细胞的全能性在植物组织培养、名贵花卉工厂化育苗等领域得到了广泛应用。长期以来，许多植物学家一直梦想从植物组织中获取干细胞，但是都没有成功。

进入21世纪，植物干细胞研究开始有了突破。2005年，韩国云火科学技术研究院与英国爱丁堡大学合作，在世界上首次从东北紫杉（ T. cuspidata ）分生层分生组织中分离提取了植物干细胞。研究成果于2010年10月发表在英国著名学术期刊《自然生物技术》（ Nature Biotechnology ）上，引起了学术界广泛关注。

植物干细胞具有类似动物干细胞和人类干细胞的生物学特性。一方面，能够自我复制更新，从而保持植物干细胞的未分化状态，维持其“干性”（干细胞的特性）；另一方面，能够多向分化，具有多能性，可以分化为多种多样的细胞和组织前体。植物干细胞来源于分生组织（包括茎部的顶端分生组织和根部的根尖分生组织），与植物愈伤组织细胞、植物原生质体具有本质不同。植物愈伤组织细胞来源于体细胞，是本来已经分化的细胞进行了“脱分化”处理，在植株再生过程中重新进行分化发育；而植物干细胞本来就是未分化细胞，具有旺盛的分裂增殖能力和分化为其他组织器官细胞的能力，从而再生整个植株。植物原生质体是脱去全部细胞壁的细胞；愈伤组织细胞具有很薄的细胞壁；植物干细胞则具有完整的细胞壁。当然，来自植物的干细胞、愈伤组织细胞、原生质体也具有某些共同特性，譬如都具有细胞膜、细胞质、细胞核结构，再譬如都具有再生完整植株的潜能。

植物干细胞具有广阔的发展前景，应用领域包括珍稀植物种质资源保护、制药、化妆品、食品、保健品、规模化良种育苗等。除化妆品外，其他领域尚处于起步阶段。

迄今为止，瑞士人发明的苹果干细胞化妆品是最成功的植物干细胞产品之一，曾风靡全球。成功的奥秘，笔者认为有两方面：一是，一个古老而美丽的故事；二是，名人效应。

层峦叠嶂的阿尔卑斯山是欧洲最高的山脉，雄伟险峻，风光旖旎，动植物资源丰富。山区生长着一种极其珍贵的古老的苹果树（Uttwiler Spatlauber），据说有300多年历史。虽然古老，但结的果子并不好吃，含单宁很多，吃起来酸溜溜的，口感极差。由于没有经济价值，当地人很少种植。然而，这种树的神奇之处在于，无论是树皮还是未采摘的果子，一旦受到损伤，就会启动自我修复机制，伤口很快愈合。更加神奇的是，果实尽管酸涩，但是非常耐储藏，能够保鲜4～6个月，显得特别与众不同。

瑞士米贝尔（Mibelle）生物化学研究所科学家弗雷德·扎里（Fred Zülli）博士，从这种古老而神奇的苹果树果实中提取了一种植物干细胞，制成化妆品后，接连获了多个国内国际大奖。时任美国第一夫人米歇尔·拉沃恩·奥巴马使用了这种价值不菲的苹果干细胞化妆品，大概感觉还不错。美国版时尚杂志《服饰与美容》（ Vogue ）进行了报道，对这种植物干细胞产品大加赞美，并赋予神秘色彩。

于是，植物干细胞开始引起企业界和科学界日益重视。 xMh0OASHbMr65+R/KD3kIAIAQpk//hG+zfWpo3ZPRGshYJ1MA/dgFC4vBRjr/niJ