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(guó)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(lái)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(guó)重點(diǎn)支持和開(kāi)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(lèi)戰(zhàn)勝疾病帶來(lái)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(zhēng)論。 2. 一、背景介紹 美國(guó)生物倫理指導(dǎo)委員會(huì)專(zhuān)門(mén)研究人胚胎 可能帶來(lái)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(kāi)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(lèi)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(lái)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(lèi)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(chēng)其為“萬(wàn)用細(xì)胞”，也有人通俗而形象得稱(chēng)其為“ 干什么都行的細(xì)胞”。 干細(xì)胞來(lái)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(guò)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(lái)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(yáng)性，具有維持端粒長(zhǎng)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(lái)的組織中，它具 有兩個(gè)特征，其一具有保持長(zhǎng)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(lèi)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(lèi)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(lái)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(lèi)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(lèi)、鳥(niǎo)類(lèi)和嚙齒類(lèi)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(wú)害。間充質(zhì)干細(xì)胞可取自身骨髓 ，簡(jiǎn)單的骨髓穿刺即可獲得。 由于取自自體，由它誘 導(dǎo)而來(lái) 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(wèn)題。由間充質(zhì)干細(xì)胞分化的組織類(lèi)型 廣泛，理論上能分化為所有的間質(zhì)組織類(lèi) 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(chēng)為再生醫(yī)療技術(shù)，是指通過(guò)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(guò)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(guò)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(shuō)，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(wú)可比擬的優(yōu)點(diǎn)：安全，低毒性或者無(wú)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(kāi)展治療的疾病：腦癱、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(zhǎng)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(lái)說(shuō)， 這些疾病都可以通過(guò)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(lái)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(zhǎng)期的多系分化能力。目前臨床上已 擁有非常成熟的手段來(lái)獲得CD34+細(xì)胞。從理論上說(shuō)，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?cè)谵D(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(zhǎng)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(lài)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(méi)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(zhǎng)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(lái)，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(jī)。國(guó)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。患者 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(guò)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(lèi)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(wèn)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(wèn)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(zhǎng)期以來(lái)，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(mǎn)意的效果。 幾年來(lái)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(lái)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(guò)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(lái)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(zhǎng)因 子或表皮生長(zhǎng)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(wèn)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(wèn)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(méi)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(mǎn) 信心。我們有理由相信，在不久的將來(lái)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.