干细胞之母

地球上生命诞生后，开始了漫长进化，生物种类和数量呈现快速增长。同时新物种不断产生，旧物种不断灭绝，实现着物种更迭。在种类繁多的生物中，人类居于食物链顶端，是地球上唯一的高级智慧生命。为了种族延续，人类进行有性生殖，子代继续了父母双亲的优秀基因。人类胚胎发育从受精卵开始。受精卵是干细胞之母，生命的种子。人体内所有干细胞都是从受精卵发育衍化而来。

受精卵

卵子精子结合的过程称为受精，在结合过程中形成的合子称为受精卵。受精通常在输卵管壶腹部进行，然后受精卵迁移，植入子宫。例外情况是，试管婴儿在体外试管中受精，再通过胚胎移植技术植入子宫。精子卵子都是单倍体细胞，受精卵则是二倍体细胞。正常干细胞也是二倍体细胞。从遗传角度，二倍体细胞较单倍体细胞更加稳定。

受精卵中的细胞质来自卵细胞（卵子），精细胞（精子）只是贡献了细胞核。线粒体仅存在于细胞质中，而且，线粒体里有少量遗传物质DNA，这就解释了线粒体为什么是母系遗传。通过比较不同物种的线粒体基因，可以研究物种间亲缘和进化关系。

受精卵能够通过卵裂进行自我复制，同时能够分化为其他类型细胞。从这方面讲，符合干细胞定义，受精卵是干细胞。只是受精卵这个干细胞非常特殊，能够发育出完整的人类个体，是地道的生命胚芽，也是完美的传统意义上的生命种子。其他类型的干细胞都望尘莫及。

从受精卵开始，经过一系列发育分化，逐步形成胎儿，最后娩出子宫。从这个角度讲，受精卵是生命的原点，是最原始的干细胞。

全能胚胎干细胞

发育等级仅次于受精卵的全能胚胎干细胞，是从受精卵分裂而来，体积较小。可以分化为亚全能胚胎干细胞，具有发育分化为完整个体的潜能。跟受精卵一样，是传统意义上的生命种子。

通过卵细胞早期的快速有丝分裂，将体积巨大的卵细胞质分割成若干体积较小的有核细胞的过程，称为卵裂。卵裂可以通俗地理解为卵细胞分裂，是胚胎发育的起始。由于卵裂，新生细胞数量呈现指数增长，2¹、2²、2³……2ⁿ，然后发育成桑椹胚。顾名思义，就是形状像桑椹的一团细胞，数量大概有16个。桑椹胚继续发育，细胞开始出现分化，逐渐形成囊胚。其中体积较大、聚集在胚胎一侧的一些细胞，称为内细胞团（inner cell mass，ICM），将来发育成胎儿的各种组织。体积较小、沿透明带（囊胚期出现的位于卵细胞外面的一层非细胞成分的膜）内壁扩展排列的一些细胞称为滋养层细胞（trophoblastic cell），将来发育成胎盘和胎膜。胎膜又称“胎衣”，包括脐带、羊膜、绒毛膜、卵黄囊和尿囊。

囊胚期前，从受精卵到卵裂期32细胞前的所有细胞，由于具有发育成完整个体的能力，称为全能胚胎干细胞，或称“全能干细胞”。这种干细胞，不仅能分化为体内任何组织细胞，更重要的是，能发育形成完整个体，其他除受精卵外任何干细胞都没有这个能力。每个胚胎全能干细胞跟受精卵一样，能够发育为完整个体。如果单独分离出来，每一个都可以在体外发育成完整胚胎，然后挑选健康胚胎进行体内移植，这种技术可用于优生优育。

通常，试管婴儿移植的是卵裂期8～16细胞的胚泡，用导管把胚泡注入子宫底部，每次移植3～4个受精卵，以提高妊娠成功率。体外受精3天，卵裂期8～16细胞时，胚胎发育尚处于桑椹胚期，每个细胞都是全能胚胎干细胞，保证了胚胎发育效果。

试管婴儿也可以移植体外受精5天的囊胚期胚胎，由于胚胎较大，更容易选择健康胚胎，移植1～2个胚泡，以避免多胎妊娠风险。

亚全能胚胎干细胞

从全能胚胎干细胞分化而来，发育等级仅次于全能干细胞，可以继续分化为多能干细胞。保留了向三个胚层（外胚层、中胚层、内胚层）细胞分化的能力，但不能发育成完整个体。

在人体内，亚全能胚胎干细胞是除受精卵和全能胚胎干细胞外，发育分化能力最强的干细胞家族，通常从囊胚期胚胎的内细胞团获取。许多人把亚全能胚胎干细胞误以为是全能胚胎干细胞，认为凡是胚胎干细胞，都是全能干细胞。这是不对的，需要引起注意。

在利用亚全能胚胎干细胞临床试验研究时，需要从受精卵发育第14天前的胚胎获取。这样的早期胚胎，由于没有发育出感觉神经等结构，从生物学意义讲，仅是一团“细胞”，还不是“人”，能够避免伦理争议。这就是20世纪70年代科学家和伦理学家达成的规则，俗称“14天规则”。

只要符合“14天规则”，就可以分离制备亚全能胚胎干细胞。现在国内外许多生物医学家都在研究应用亚全能胚胎干细胞，还建立了专门的胚胎干细胞库。

多能干细胞

多能干细胞是从亚全能胚胎干细胞发育分化而来的，既不能发育分化成完整个体，也不能发育分化成全部三个胚层的细胞。与亚全能胚胎干细胞相比，多能干细胞发育分化能力受到进一步限制，但仍然可以分化为发育等级最低的单能干细胞，即可以分化为一种或密切相关的两种细胞的干细胞。

多能干细胞具有分化为多种细胞的潜能，可进行组织器官损伤后的结构重建和功能恢复。如果把全能胚胎干细胞比喻为“汽车制造厂”，那么多能干细胞就是负责保养维修的“汽车4S店”。在生理状态下，组织器官发生损伤后，多能干细胞就会再生损伤组织器官的细胞，进行修复，对生命保驾护航。

在野外，偶尔会观察到蜥蜴断尾再生现象。当蜥蜴被天敌咬住尾巴或遇到危险，为逃命，会自行弄断尾巴。掉落的尾巴不停摆动，起到吸引或吓阻敌人的目的，蜥蜴则趁机逃掉。但是不用担心，过一段时间，蜥蜴又会长出新尾巴。新尾巴是蜥蜴体内的多能干细胞再生出来的。

在人体内，无论是种类还是数量，多能干细胞都是最多的，其中包括常见的各种造血干细胞、间充质干细胞等。造血干细胞的种类，主要有骨髓造血干细胞、脐带血造血干细胞、外周血造血干细胞、胎盘造血干细胞等。间充质干细胞的种类，主要有骨髓间充质干细胞、脐带间充质干细胞、胎盘间充质干细胞、脂肪间充质干细胞等。种类繁多的多能干细胞，保证了人体结构和功能的完整性。

多能干细胞来源丰富，没有伦理争议，临床应用广泛。能够有效治疗的疾病类型包括血液性疾病、创伤性疾病、中毒性疾病、缺血性疾病、炎症性疾病、自身免疫性疾病、退变性疾病、代谢性疾病、放射性疾病、组织缺损性疾病、失眠、肿瘤以及亚健康状态等。美国、韩国、加拿大、日本、欧盟、澳大利亚等国家和地区，已有十几种多能干细胞新药上市。中国也有多种多能干细胞正在进行临床试验研究。

诱导多能干细胞

通过转入外源基因，将已经完成发育分化的成熟体细胞，进行脱分化形成的干细胞，称为诱导多能干细胞（induced pluripotent stem cells，iPSC），本质上是一种人造干细胞。具有类似亚全能胚胎干细胞的多向分化潜能，可以诱导分化为多能干细胞。

2006年，日本京都大学高桥和利（Kazutoshi Takahashi）在导师山中伸弥（Shinya Yamanaka）的指导下，将八聚体结合蛋白3/4基因（Oct3/4）、性别决定区Y框蛋白2基因（Sox2）、禽类骨髓细胞瘤病毒转化序列细胞同源物基因（c-Myc，一种原癌基因）和Krüppel（德语，意为“残疾”）样因子4基因（Klf4，一种抑癌基因）四种转录因子基因转入小鼠皮肤成纤维细胞，诱导其脱分化为具有亚全能胚胎干细胞特性的诱导多能干细胞。这是一种人工干预的脱分化现象。通常，干细胞是未分化细胞，在自然情况下，干细胞分化为成熟体细胞，执行具体的生命功能。不过，通过人工干预，已经完成发育分化的成熟体细胞，进行反方向分化，也可以成为未分化的干细胞。2012年，凭藉在诱导多能干细胞方面取得的研究成果，山中伸弥获得诺贝尔生理学或医学奖。

由于没有伦理限制，来源方便，诱导多能干细胞具有重要的医学价值。这种干细胞可以分为心脏细胞、神经细胞等。临床研究和动物实验表明，诱导多能干细胞可以显著改变多种疾病症状，如镰刀型细胞贫血病、软骨损伤和骨关节炎。

诱导多能干细胞现象说明，生命的种子不仅可以自然产生，还可以通过人工改造产生。

生殖干细胞

一种存在于生殖器官中的干细胞，能够进行自我复制更新以维持自身细胞数量，同时还能够分化为生殖细胞精子或卵子。由于发现较晚，对生殖干细胞的研究还不多，其可能与一些神奇的生命现象有关。

人类的生殖干细胞，女性是卵原干细胞（oogonial stem cell，OSC），男性是精原干细胞（spermatogonial stem cell，SSC）。卵原干细胞，又称“雌性生殖干细胞（female germline stem cell，FGSC）”“卵巢生殖干细胞（ovarian germline stem cell，OGSC）”，来源于原始生殖细胞（primary germ cell，PGC），存在于卵巢表面上皮内，可以不断分化出初级卵母细胞，再继续分化为卵子。精原干细胞，来源于原始生殖细胞，存在于睾丸曲细精管基膜内，可以不断分化为初级精母细胞，最终分化为精细胞，变形后成为精子。

生殖干细胞既是干细胞，又是生殖细胞。人和动物体内能够繁殖后代的细胞，统称为生殖细胞。雄性的生殖细胞，包括二倍体的原始生殖细胞、精原细胞、初级精母细胞，以及单倍体的次级精母细胞、精细胞、精子。雌性的生殖细胞，包括二倍体的原始生殖细胞、卵原细胞、初级卵母细胞，以及单倍体的次级卵母细胞、卵子（卵细胞）。

精子含有性染色体X或Y。卵子含有性染色体X。当含X的精子与卵子结合，胚胎将发育成男孩。当含Y的精子与卵子结合，胚胎将发育成女孩。

自然界里，精子和卵子是最典型的生殖细胞。两者结合后，成为全能干细胞——受精卵。生命又开始孕育，进入新的轮回。