干细胞是如何成为再生医学的?

2021-04-03 01:03:03 225

依靠单一干细胞的再生


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众所周知,扁形动物中的涡虫有惊人的再生能力,用成体的极小一 部分也能再生出一个个体。涡虫是三胚层的动物,其整个个体都能再 生,提示了在成体里有多能干细胞的存在,并且参与个体的再生。被放 射线照射过的涡虫会失去再生能力,说明在干细胞中包含着对放射线敏 感的活跃增殖的细胞群。将这种细胞分离出来,如果将其移植至被放射 线照射过的涡虫,可以恢复涡虫再生能力,结合其形态学特点,就可以 证明其为多能干细胞这种细胞通常情况下参与成体稳态的维持, 可以成为再生或者切断后无性生殖的细胞供给源。但是,一个这样的细 胞再生成个体的过程没有自发性,至少要有数百个分化细胞存在才行, 所以这种细胞的分化能力只是多能性,而不是全能性。

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(1)在涡虫再生过程中,全身的多能干细胞通过再生生成所有 种类的细胞

(2)水蝗的再生是多个干细胞系统协调作用的结果

依靠多种细胞的再生

从成体的一部分再生成一个个体的现象,通常情况下不是依靠多能 干细胞。作为腔肠动物的水媳,通过内胚层和外胚层的各种单层细胞, 和这两层细胞之间的神经细胞、棘细胞、分泌细胞、生殖细胞等细胞分 化,形成袋状简单构造,可以做到即使是用成体的一部分也可以再生成 一个个体:但是,与涡虫不同的是,水蝗•的再生并没有可分化成所有细 胞的多能干细胞的参与,内胚层就是从内胚层细胞再生而来,外胚层就 是从外胚层细胞再生而来:除此之外的细胞则是由预先存在的间质干细 胞分化而来:从上例可以看出,个体再生时干细胞系统的具体作用和特 点,在各个物种间有很大的差别,

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借助去分化的再生

组织进行修复时,也可以通过受损组织或者其附近组织的终末分化 细胞暂时的去分化(dedifferentiation),继而生成干细胞而实现:有尾两 栖类生物有很强的组织再生能力,例如将上肢从根部切断时,能再生出 与原来一模一样的上肢。此时,被切断的断面里存在着称为芽基(blastema) 的细胞群,这些细胞能分化成骨骼、肌肉和皮肤等所有构成再生 上肢的组织,所以可以认为,在芽基里面存在多能干细胞。那么,这里 的多能干细胞是从哪里来的呢?是像涡虫那样预先存在的,还是由终末 分化细胞去分化而来的呢?

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近年来,随着生物学技术的进步,可以对有 尾两栖类生物蝶螺进行基因调控,还可以像小鼠中那样用Cre-loxP进行 细胞标记,借以可以探讨参与再生肢体的细胞起源问题。出人意料的 是,研究结果显示,这些再生的骨骼、肌肉、皮肤等均来自于受损断端 的骨骼、肌肉、皮肤等组织*,这就表明芽基并不是细胞相同的细胞 群,而是有不同系统的细胞混合在一起形成的:而且,组织的再生并不 借助于多能干细胞,而是通过每个细胞系各自去分化形成单能干细胞, 再通过再分化(redifferentiation)生成和原来一样的细胞种类来进行再 生,这种方式比涡虫更接近于水蝗。

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由终末分化细胞去分化而来的干细胞样的细胞,也可以通过分化成 与原来的细胞不同的终末分化细胞来进行受损组织的再生。我们将这一 连串的过程称之为转向分化(transdifferentiation),这个过程在有尾两栖 类生物赤腹蝶螺的眼球晶状体再生中得到了确认将赤腹蝶蠟的晶 状体摘除后,首先引起了部分虹膜色素上皮的去色素化,这是色素上皮 去分化的结果:接着,这种去分化细胞开始表达晶体蛋白等晶状体特异 的结构蛋白,终形成晶状体:有研究证实,这个现象有极强的可重复 性,即使将同一只赤腹蛛蠟的同一侧眼球反复进行18次的摘除.也能 够通过相同的转向分化来进行晶状体的再生翌。同时,转向分化作为 一种不必事先准备的干细胞再生模式,也可以称之为通过诱导新的干细胞系统来进行再生的系统。