第一节　概  论

干细胞是具有自我复制、更新和多向分化潜能的原始细胞群,在适宜条件下可被诱导分化成不同胚层的细胞,其生物学特性与全生命周期过程的生理和病理息息相关。根据干细胞所处的发育阶段分为胚胎干细胞和成体干细胞。根据干细胞的分化潜能分为全能干细胞、多能干细胞和单能干细胞。全能干细胞分化潜能最大,主要来源于哺乳动物早期胚胎内细胞团,可生成生物体发育过程中的所有细胞类型,包括胚胎组织和胚外组织,人类全能干细胞只存在于发育前3 d的胚胎中,易于进行基因编辑操作。多能干细胞可分化为除受精卵和桑葚胚以外的所有细胞类型。单能干细胞同样具有自我更新能力,能生成特定类型的细胞,例如生殖干细胞只能分化成为卵细胞或者精细胞。

干细胞是当今生物医学研究中最有吸引力和最值得期待的研究热点,其基础研究不但加深了对基因的转录调控以及细胞分裂凋亡等生命本质的科学认识,也推动了转基因、基因编辑等现代生物技术的发展。干细胞的应用逐渐从基础研究向临床应用转化,在生命科学的诸多领域已经取得了突破性的研究进展,具有非常重要的理论研究意义和临床应用价值。

干细胞治疗是指应用人体自身或异体来源的干细胞,经体外处理后输入(植入)人体,并作用于疾病治疗的过程。各国研究人员一直在探讨利用干细胞治疗诸如糖尿病、神经退行性疾病、眼病、肝脏纤维化、血液系统恶性肿瘤等困扰医学界的难题。目前干细胞临床研究主要集中在角膜缘干细胞、神经干细胞、胎盘干细胞和间充质干细胞等。科研人员也已经开发出针对多种疾病,尤其是一系列重大慢性疾病的干细胞疗法,其中部分疗法已经获得批准,进入临床试验,在安全性和疗效方面获得了验证。如在体外构建出临床使用级别的胰岛β细胞,并利用支架材料避免了移植中的免疫排斥问题,从而进一步提高了干细胞在糖尿病治疗中的可行性;利用诱导性多能干细胞(induced pluripotent stem cells,iPSCs)分化获得的神经细胞,成功控制灵长类动物的帕金森症状长达2年,展现了干细胞在治疗神经退行性疾病中的应用前景;在大动物模型中证实了人类胚胎干细胞来源的心肌细胞对心肌的修复作用;在眼科疾病治疗方面,干细胞疗法有望实现产业化发展,人工培育出包括角膜、晶状体、结膜、视网膜等各种功能性细胞和组织,特别是角膜缘干细胞,能够成功修复功能性角膜上皮,已经在人类临床试验中成功实现了视觉的修复,并已经在欧洲获得批准使用。可见,干细胞研究不仅是科学技术问题,更是医学应用问题。在很多传统手段无法攻克的疾病面前,干细胞疗法让人们看到了希望,干细胞技术的重大突破将极大地造福全人类。(https://www.daowen.com)

从相关政策导向来看,干细胞已成为我国科技领域布局的重要方向之一。在《“十三五”国家科技创新规划》《“健康中国2030”规划纲要》等国家规划中,均对干细胞进行重点布局。旨在增强我国干细胞转化应用的核心竞争力,推动干细胞研究成果向临床应用的转化,整体提升我国干细胞及转化医学领域技术水平。多个国家已开始积极布局干细胞临床应用转化研究,如美国2016年发布的《21世纪治愈法案》中强调,美国国家卫生研究院(National Institutes of Health,NIH)应协同美国食品药品监督管理局(Food and Drug Administration,FDA)大力支持再生医学先进疗法研发,尤其是成体干细胞的临床研发工作;英国医学研究理事会(Medical Research Council,MRC)《2016—2020年战略执行计划》中重点关注了再生医学临床干预措施的开发。从发展进程来看,已有一系列针对疾病的干细胞疗法展现出治愈疾病的希望,干细胞产品在多个国家陆续获得批准上市,预示着干细胞在临床应用方面可观的发展前景。

生殖健康是目前医学研究领域关注的热点问题之一,不孕不育影响到全球10%～15%的育龄期夫妇。对于男性不育症的治疗,目前主要通过药物、手术、辅助生殖技术(ART)在内的各种手段实施。近年来,多种类型的干细胞在生殖男科领域的研究也已取得突破性进展,多种类型的干细胞可被用来诱导精子发生或作用于睾丸生精微环境,如精原干细胞(spermatagonial stem cells,SSCs)、间充质干细胞(mesenchymal stem cells,MSCs)、胚胎干细胞(embryonic stem cells,ESCs)和诱导性多能干细胞(iPSCs)。不同类型干细胞的获得、向生殖细胞的分化及在临床应用上有着各自的特点,同时也存在一些问题和挑战:成体干细胞易于获取,不存在伦理和免疫排斥问题,可以发挥自分泌和旁分泌作用,但多能性有限,能否转分化为生精细胞尚存在争议;胚胎干细胞的研究最为广泛和深入,但由于伦理限制一直无法应用于临床;诱导性多能干细胞可来自患者自身,一定程度上可替代胚胎干细胞用于基础和临床研究,但是诱导效率较低,安全性有待评估。国内外目前正在尝试将各种干细胞由基础研究向临床治疗进行转化,并且取得一定效果。随着干细胞研究的不断深入和技术的不断发展,干细胞治疗结合组织工程技术,有望成为新颖的、更加有效的治疗男性不育的理想手段。