生命密码：神奇的万用干细胞

前言 /               

相对于海星(Asteroidea)、涡虫(Planaria)、蚯蚓(Pheretima)来说，人的复原能力实在是太弱了。

长在人身上的器官，几乎都不可复得，失去便失去了。面对肢体受伤、器官病变、衰老受损的皮肤上长出一道道皱纹等情况，我们都只能眼睁睁地看着其发展。更为严重的是，如果器官出现不可挽回的「故障」，通常情况下只能等待他人捐献，并且需要终身服用抗排异类药物。如果受损的部位换成大脑、脊髓等中枢神经，现代医学更是束手无策。

复原能力不佳，正是缘于人类细胞高度分化后的多能性缺失。在出现损伤后，人类难以像蚯蚓、海星、涡虫那样用干细胞分化出新的细胞，实现复原。

干细胞是什么

干细胞(stemcell)是人体中具有增殖和分化能力的一类多潜能细胞。在一定条件下，该类细胞可以从单一细胞分化为多种不同细胞，就像树干上可以生出树枝、叶子、花朵一样。

根据分化能力的不同，干细胞可以分为全能干细胞(totipotent stem cell)、多能干细胞(pluripotentstemcell)和单能干细胞(unipotentstemcell)。全能干细胞一般指受精卵到卵裂期32细胞前的所有细胞，这类细胞可以分化为任何类型的细胞。随着人体的发育成熟，体内的细胞渐渐失去分化的能力。然而，骨髓、脂肪等仍保留着少量具有分化能力的细胞，这些干细胞又可分为多能干细胞和单能干细胞。多能干细胞可以分化为几种不同类型的细胞，比如脂肪细胞（adipocyte)、神经细胞(neurocyte)、成骨细胞(osteoblast)等。而单能干细胞则只能分化为某一类细胞，比如造血干细胞(hematopoietic stem cell)就是一种单能干细胞，只能分化为红细胞、白细胞等血细胞。

过去人们普遍认为，以上这些干细胞一旦分化，便再也无法恢复干细胞状态。不过，日本的山中伸弥教授在2006年打破了这个所谓的自然铁律。他把小鼠皮肤中的成纤维细胞(fibroblast)诱导为类似胚胎干细胞的多能干细胞。这种诱导性多能干细胞(induced pluripotent stem celliPScell)的问世意味着人体内高度分化的细胞也可以逆转」为多能干细胞，用于临床治疗，补充天然干细胞来源的不足。而且，使用这种干细胞不存在伦理道德方面的问题。山中伸弥也因此技术摘取了2012年的诺贝尔生理学或医学奖。

诱导性多能干细胞虽然前途光明，但成本较高，安全性较低，成人体内的间充质干细胞(mesenchymal stemcell)可能更适用于干细胞疗法。成人体内的间充质干细胞属于多能干细胞，主要存在于人体的骨髓、脐带血和脐带组织、胎盘组织和脂肪组织中。此外，在女性经血中也有它们的影踪。把这些干细胞收集起来，进行增殖和诱导，就能让它们分化为我们所需的不同细胞，比如肝细胞、心肌细胞、肌肉细胞、神经细胞等。

示意图：人工培养干细胞的方向

无论是医疗还是美容领域，干细胞疗法都大有用武之地。干细胞疗法的原理就是让干细胞分化为人体所需的细胞，从而修复人体受损的器官和组织，弥补人体内多数细胞所丧失的细胞分化能力。

细胞冻存

虽然干细胞疗法用途多多，却面临一个严重的问题--当需要使用干细胞时，怎么才能保证有足够的可用干细胞?

从出生的那天起，人体内的干细胞数量就随着年龄的增长不断减少。而不少重症倾向于发生在年纪较大的人身上，即使可以在需要进行移植治疗时使用干细胞疗法，也难以获得足够的干细胞。

解决这个矛盾只能未雨绸缪:趁着年轻，把干细胞或者其他有用的细胞冻存起来，让它们在低温下保存活力。如果多年后有了需要，便可以把年轻时活力满满的细胞取出来，重新注入自己的身体中。

用新生儿冻存的脐带血治疗血液病已经是成熟的医疗手段。除了脐带血，还可以把脐带、胎盘也冻存起来。脐带、胎盘中含有大量的间充质干细胞，可用于治疗血液病和免疫系统疾病，甚至可以被诱导分化为其他细胞，修复受损器官。

如果孩子出生时错过了冻存脐带、胎盘的时机，那么，到了换牙的时候，还可以考虑冻存乳牙牙髓(dentalpulp)里间充质干细胞，一样可以用于干细胞治疗。

前文已述，成年人的干细胞存在干人体的骨、脂肪组织和经血中，要想获取干细胞，也得从这些地方动脑筋。

对多数人来说，抽取骨髓干细胞是比较痛苦的。相比之下，收集经血提取干细胞是无创无痛的，但也容易受外界细菌的污染。因此，自体使用的就是脂肪干细胞也是一个选择，有用的脂肪干细胞在抽脂减肥的同时就能提取，可谓一举两得。至于身材较瘦、体脂含量低的人，可以从皮肤上取下一小块真皮组织(直径5毫米左右)，从中提取纤维细胞。随后，把这些细胞诱导成具有分化潜力的诱导性多能干细胞，就可以用于医疗了。

除了干细胞外，人体中还有不少有用的细胞也值得冻存，比如精子、卵子。年轻人还可以趁着年富力强，冻存一些外周血里的免疫细胞，万一将来罹患肿瘤，需要进行免疫治疗(immunotherapy)，就能直接使用。癌症患者在患病或化疗后身体虚弱，体内残余的免疫细胞活性不高，不适合用来做免疫治疗。年轻时冻存的免疫细胞活性较好，治疗效果也会更佳。

值得一提的是，国内已有了自己的国家脐血库，以及各地方都建有成体组织和干细胞库，可以作为我们的生命银行，储存我们年轻时的细胞组织，以备不时之需。

干细胞造器官

冻存的干细胞具有广泛的医疗用途。最有应用前景的恐怕是利用干细胞培养器官，以替换衰老病变的人体器官。

随着年龄的增长，人体内各种内脏器官都会发生功能的丧失和退化。衰老的器官无法替换，只能渐渐失去功能。而干细胞技术的发展，为人类生产充足的新生器官提供了可能性。

在临床上，人们可以诱导干细胞，形成有特定功能的细胞。平面的器官比较容易培养。例如烧伤患者需要植皮，可以用自己的干细胞培养出一片皮肤，修复患处。

然而，对于立体的器官，则需要让干细胞按照一定的框架结构生长。此时就可以通过3D培养和3D打印等技术，把干细胞培养成一个立体的器官，比如肾脏、心脏，甚至大脑。

美国辛辛那提儿童医院的韦尔斯实验室就致力干用多能干细胞培养迷你胃。如今，实验取得了飞跃，不仅能培育胃窦(gastricantrum)细胞，连胃底(gastricfundus)细胞也已不在话下。不过，要让迷你胃实现各种复杂的功能，还有漫长的路要走。

在利用干细胞培养出具有实际临床应用价值的人体器官前，利用干细胞修复人体的伤病，已经成为潜力无限的研究方向。2016年，张康等人将干细胞用于眼部晶体组织(lens)的修复，从而有效地治疗了先天性白内障(congenital cataract)。2018年，有研究人员发现，为中风患者注射人体羊膜细胞(胎盘羊膜干细胞的一种)可以有效减少脑部的损伤，并且有助于患者恢复。随着技术的进步，相信干细胞在未来会有更多的应用场景。

在未来世界，人体器官是否会像工业零件一样，可以通过流水线生产?身体什么地方出现了问题，是否可以直接换个新的?这并非不可能。而且，如果能够消除排异反应，就可以只取某个人的干细胞批量生产器官，其他人便都能「坐享其成」了。

效果图：实验室培养出来的人造器官

干细胞美容

当然，对于爱美之人来说，干细胞技术的发展在医疗领域之外还有个附加好处 --美容。

年轻人的皮肤细胞再生能力很强，总有新生细胞可以替代皮肤中受损、死亡的细胞。此外，年轻人皮肤细胞合成胶原蛋白的能力也很强，这也是维持皮肤弹性和饱满度的重要因素。然而，人上年纪后，皮肤细胞再生能力和合成胶原蛋白的能力都会减弱，皮肤的受损部位得不到修复，便会塌陷，形成皱纹。

所谓干细胞美容，就是把干细胞注射到皱纹部位的真皮浅层，让干细胞在皮肤中增殖，通过旁分泌机制促进分化成皮肤细胞，把衰老受损皮肤的皱纹撑平，让皮肤恢复光滑和弹性。比起注射肉毒素等去皱方法，注射干细胞的风险要小得多。

然而，这并不意味着干细胞美容完全安全。注射干细胞跟注射肉毒素、玻尿酸、水光针(其实就是一种皮内注射的方法)一样，也有可能对身体造成损害，施术方法不当、干细胞制剂质控不过关等因素都需要考量。因而，干细胞美容尚在研究阶段，还未能进入临床推广阶段，要想真正安全放心地使用干细胞美容尚待时日。

2015年8月，中华人民共和国国家卫生和计划生育委员会、中华人民共和国国家食品药品监督管理总局共同组织制定了我国首个《干细胞临床研究管理办法(试行)》，规范了干细胞临床研究的机构资质和条件，明令禁止发布干细胞临床研究广告，限定多项措施保护受试患者的权益。

我们希望并且相信，随着生物学和医学的不断进步，人们对生命、社会和技术的认知也会越来越深刻，伦理学方面的问题也将得到适当的解决，干细胞技术必将能够以「亲民、可靠」的方式造福这个世界。

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References

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