Cell：华裔科学家发现心脏干细胞

生物谷

将此项研究列为当年十大科学进展榜首。到目前为止，已从啮齿类、兔、猪和灵长类动物分离得到ES细胞系。

ES细胞来自非常早期的胚胎，在正常状况下，它们会形成较晚期胚胎中，三种不同的胚层，最后再衍生出身体内所有不同的组织。由于胚胎干细胞具有制造体内任何类型细胞的潜在能力，因此它们是多能性的（pluripotent），但不属于全能干细胞，因为ES细胞并不能发育成具有完整功能的动物体。

胚胎干细胞可在体外生长，并能在原始未分化状态无限繁殖，仍具有多能性，核型保持正常。这些特性使人胚胎干细胞的研究和应用具有广阔的前景。

人ES细胞可用于研究人胚胎发育及其疾病的发生。以往对人胚胎的了解局限于从胚胎组织切片和其他种属胚胎的研究中获取的信息。人ES细胞的研究弥补了小鼠ES细胞在人体生长发育研究中的局限，为探索人体发育的规律以及胚胎疾病（如出生缺陷、胚胎肿瘤等）的发生提供了一个独特的研究系统，在发育生物学的基础研究上具有重要意义。

通过ES细胞体外分化特性从而识别某些靶基因，对人类新基因的发现、功能基因的组织学研究、药物的筛选和致畸实验以及基因治疗的研究均具有重要意义。通过研究ES细胞体外分化特性从而识别某些靶基因，对人类新基因的发现、功能基因的组织学研究、药物的筛选和致畸实验以及基因治疗的研究均具有重要意义。通过探讨ES细胞体外生长繁殖和分化的机理，了解各种多肽生长和分化因子的作用，为组织再生与修复的研究提供了新的工具，并可在体外建立人类疾病的模型用于基础研究。

人ES细胞最为深远的潜在用途是产生细胞和组织，将其用来修复或替换丧失功能的组织和器官。胚胎干细胞有能力分化成人体的任何组织，科学家希望能用它们培育可移植的人体组织，治疗心肌梗死、癌症、糖尿病、脊椎损伤和其他疾病。

但是要使以上设想变为现实，还需要对胚胎干细胞做深入研究，很多技术难题有待解决，这些问题包括：①胚胎干细胞极易分化为其他细胞，如何维持体外扩增时不分化？虽然在防止体外培养时干细胞分化方面已取得了很大成绩，如在培养基中加入白血病抑制因子等可抑制干细胞分化，但仍需进一步研究干细胞的培养条件。②如何定向诱导干细胞分化？细胞分化是多种细胞因子相互作用引起细胞一系列复杂的生理生化反应的过程，因而要诱导产生某种特异类型的组织，需要了解各种因子在何时何地开始作用，以及何时何地停止作用。③由胚胎干细胞在体外发育成一完整的器官尤其是像心、肝、肾、肺等大型精细复杂的器官这一目标还需要技术上的突破。因为器官的形成是一个非常复杂的三维过程。很多器官是两个不同胚层的组织相互作用而形成的。例如，肺中的肌组织、血管和结缔组织来源于中胚层，而上皮组织源自内胚层。每个细胞要获得营养和排泄代谢废物，分化的组织中需要产生血管，组织血管化目前还处于起步研究阶段。退一步讲，即便是一发育完整的来自自然机体的器官，要离体培养并维持其正常的生理功能目前还无法做到，器官的体外保存和维持仍是器官移植中的难题。一种可能的方法是将干细胞注射到重度免疫缺陷动物的脏器中，让移植的人干细胞逐步替代动物细胞，使其脏器人源化，成为可供移植的器官。④如何克服伦理学纠纷和供体来源受限等缺点。胚胎干细胞需要从几天大的人类胎儿身体获取，并将导致胎儿死亡，因此遭到许多宗教团体的强烈反对。利用体外受精产生的胚胎干细胞进行研究和临床治疗，并不违反伦理道德。目前现存的人类胚胎干细胞，大部分源自体外人工受精后未使用的胚胎。科学家正试图建立胚胎干细胞库，这将为人类胚胎干细胞研究提供便利来源。⑤如何克服移植排斥反应？将胚胎干细胞的细胞核移植到去核的受精卵或成熟卵母细胞中，重新构建新的胚胎，使重构胚胎发育为与供核细胞基因型相同后代，这一技术称之为核移植（nuclear transplation）。由于核转移衍生的胚胎干细胞在遗传学上与供体一致，因此有可能克服胚胎干细胞移植引起的排斥反应。但是，该移植后的卵细胞能否激活沉默基因，启动DNA的合成，会不会改变染色体的结构等等问题，还有待进一步研究。⑥其长期安全性和有效性仍需观察。研究发现，胚胎干细胞经过体外培养后，至少可分化为具有3种动作电位的细胞。这些细胞具有自律性高、峰电位低、动作电位时间延迟和易触发心律失常等特征。而且，胚胎