干细胞(stem cells)是一类具有自我更新和多向分化潜能的细胞群体。干细胞可以进行自我复制,同时在一定条件下也可以分化成为各种不同的组织细胞,形成人体各种组织和器官。
(1)干细胞按分化潜能可分为全能干细胞、多能干细胞和专能干细胞。
全能干细胞(totipotent stem cell):即一个细胞可形成一个完整的生命个体。
对人体来说,这样的细胞理论上只有从受精卵到桑椹胚时期的细胞。
多能干细胞(pluripotent stem cell):具有分化成几乎所有细胞类型的能力,如来自内细胞团(inner cell mass,ICM)的胚胎干细胞(图2-1)能够分化形成三胚层中的任何一种细胞,但却失去了发育成完整个体的能力。
图2-1 胚胎干细胞
专能干细胞(multipotent stem cell):是由多能干细胞进一步分化而成的。专能干细胞只能向一种类型或密切相关的两种类型的细胞分化,如神经干细胞可以分化成各类神经细胞,造血干细胞可分化为红细胞、白细胞或血小板等血液系统和免疫系统的细胞。
(2)干细胞按细胞来源可分为胚胎干细胞和成体干细胞。
胚胎干细胞(embryonic stem cell,ESC;或称为ES、EK细胞)是从早期胚胎(原肠胚期之前)或原始性腺中分离出来的一类细胞,包括原始态(naive)和始发态(primed)两种状态,它具有体外培养无限增殖、自我更新和多向分化的特性。无论在体外还是体内环境,胚胎干细胞都能被诱导分化为机体几乎所有的细胞类型。
成体干细胞(tissue-specific stem cell)是存在于已分化组织中的未分化细胞,遍布机体的各种组织器官,其来源包括骨髓、外周血、角膜、视网膜、脑、骨骼肌、牙髓、肝、肾、皮肤、胃肠道内皮和胰腺等。成体干细胞通常产生某种细胞的前体(又称前体细胞或祖细胞),其分化潜能远不如胚胎干细胞,只能分化成其所在组织的特化细胞,如造血干细胞、肝脏干细胞、神经细胞等,是组织器官的“后备军”。
简单地说,受精卵具备发育成完整胎儿的能力,会快速分裂,可以分化成各种细胞,属全能性干细胞。
受精卵会不断地复制、分化,出现胚胎干细胞。胚胎干细胞是多能干细胞,就是不能独立发育一个个体。
多能干细胞会向不同的方向再次分化,成为各种成体干细胞。成体干细胞再次分化,会形成体细胞。比如,造血干细胞会生成血液细胞,血液细胞就是体细胞。
干细胞具有分化潜能,在适当条件下,对其进行定向诱导增殖,可分化成相应的组织器官,在临床治疗上具有非凡的意义,如可用于修复损伤的组织细胞、替代损伤细胞的功能,或刺激机体自身细胞的再生功能。