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【摘要】 胚胎干细胞可在体外增殖传代培养，具有稳定的二倍体核型和多能干细胞表面特异标记，可分化为各种类型的永久细胞系。具有无限增殖、自我更新和多向分化潜能的胚胎细胞在基础研究和临床应用方面具有广阔前景。
【关键词】 胚胎干细胞；端粒酶；分化
胚胎干细胞（embryonic stem cell，ESC）具有胚胎细胞和体细胞的某些特性，既可进行体外培养、扩增、转化和制作基因突变模型等遗传操作，又可分化成各种组织细胞。ESC在移植医学、组织工程、药理学及发育学等研究领域具有重要的科学意义和巨大的应用前景，对于有效地治疗多种疾病，维护和促进人类健康具有巨大的潜在价值。
1 生物学特性
ESC是来自着床前胚胎或胎儿原始生殖细胞的、可在体外末分化状态下长期增殖传代培养的、具有稳定的二倍体核型和多能干细胞表面特异标记的、可分化为三个胚层来源的各种组织及细胞类型的永久细胞系。ESC鉴定的理论基础是其生物学特性。
1.1 形态学特征
ESC在胰酶和无Ca2+、Mg2+培养液中形成相对扁平紧密的克隆群，并易解离为单一细胞；其形态特征为：细胞体积小，核大,胞浆少，有一个或多个核仁，核质比高。ESC在体外培养时呈松散、扁平的集落状生长，集落内细胞界限隐约可见［1］。
1.2 核型分析
ESC具有正常稳定的二倍体核型。Thomson等分离的5个ESC系中H1、H13、H14具有正常的XY核型，H7、H9具有正常的XX核型，其中H1、H7、H13、H14细胞系经反复冷冻、复苏培养5～6个月仍维持正常的核型［1］；Amit等人从体外培养6个月的H9细胞系中克隆出2个ESC系H9.1和H9.2，这2个细胞系在体外继续培养8个月后仍保持了正常的XX核型［2］。
1.3 端粒酶活性
端粒酶与控制细胞寿命有关，人的二倍体细胞不表达端粒酶活性，随着年龄的增长，其染色体端粒变短，在组织培养过程中，经过有限的增殖期后，即进人复制衰老状态。大多数体细胞的端粒酶活性都不高，并在50～80代有限的增殖后进入老化阶段。ESC则表达高度端粒酶活性，ESC即使长期培养1年，传代300代仍表现有高端粒酶活性。ESC系高水平端粒酶活性的表达,表明其复制寿命要长于体细胞的复制寿命［3］。
1.4 转录因子Oct-4的表达
Oct-4是一种发育全能性的标志基因，为POC区域的一个转录因子。受精卵所表达的Oct-4对建立ESC系是必需的。用PT-PCR分析ES细胞的mRNA，结果表明：ES细胞表达Oct-4，克隆PCR产物并测序，显示了其与人Oct-4序列的一致性［4］。
1.5 体内外分化能力
Thomson等将分离的5个ES细胞系分别注射到免疫缺陷小鼠体内，结果在小鼠身上长出了畸胎瘤［1］。这种畸胎瘤包括消化道上皮细胞（内胚层）；骨组织、平滑肌和横纹肌（中胚层）；神经表皮、神经节和复层鳞状上皮（外胚层）。这证明ESC系具有诱导分化出3个胚层的潜能。H9细胞系在体外自分化2周后，培养液内检测到α-AFP和HCG，表明有内胚层和滋养层分化［5］。
2 ESC的应用前景
具有无限增殖、自我更新和多向分化潜能ESC在基础研究和临床应用方面具有广阔前景：（1）建立体外分化模型及各种基因改变的ESC系，通过对胚胎发育各时期基因表达的研究，认识畸形胎儿发生机制，为ESC体外定向诱导分化奠定基础［6］；（2）作为基因治疗的理想载体［5］；（3）定向培养为分化细胞，以制造组织和器官，用于某些疾病的细胞治疗及机体损伤修复和器官移植［7］；（4）用于研究某种新药模型或化学物质的毒性及效能的评估，这对药理学、农业化肥工业等领域的发展有重要意义［8］。
3 问题与展望
ESC的研究已取得了令人瞩目的成就，但要真正用于临床治疗还需解决以下4个问题。
3.1 ESC系的建立和纯化
有关ESC株分离成可在体外存活的单个细胞是非常棘手的问题。当前尚未能建立单细胞分化的细胞系培养条件，使ESC保持多种分化细胞的基因表达。
3.2 定向诱导分化细胞的建立
已证实来自鼠ESC的多种分化细胞类型［1］，但这些细胞尚未能证实在体内外具有生理功能，如理想的胰岛分化细胞应该表现为对葡萄糖敏感的胰岛素正常分泌等。
3.3 疾病模型有效性的证实
临床移植治疗效果的实现要求植入细胞以功能形式整合入受体组织，如梗死心肌细胞或瘢痕组织需要ESC定向分化为心肌细胞并整合入心脏组织，实现有效协调的机械收缩,并形成组织血管化。
3.4 植入后分化细胞的致瘤性
体内外分化研究表明未分化ESC移植后产生非转移性良性畸胎瘤［7］，并且在免疫缺陷动物表现为依赖未分化干细胞数量的肿瘤生长，因此移植后细胞应该为有丝分裂后终末分化细胞。
由于ESC与人类健康直接相关的细胞移植和组织工程密切相关，ESC工程正成为新兴的商业竞争热点，并将产生巨大的经济效益和社会影响。但ESC要真正在人类医学中得到应用，特别是要解决基因组改造、移植排斥、定向诱导分化、细胞纯化及体外组织构建等问题，尚需相当长时间。因此，ESC工程学将是新世纪蓬勃发展、不断取得突破性成果的生命科学。
【参考文献】
1 Thomson JA.Embryonic stem cell lines derived from human blastocysts.Science,1998,282（6）:1145-1147.
2 Amit M.Clonally derived human Embryonic stem cells maintain pluripotency prolonged periods of culture.Dev Biol,2000,227: 271-278.
3 Pera MF.Human Embryonic stem cells.J Cell Sci，2000,113:5-10.
4 Guo Y.Redox Regulation of the Embryonic Stem Cell Transcription Factor Oct-4 by Thioredoxin.Stem Cells，2004,22（3）:259-264.
5 Shamblott MJ.Drivation of pluipotent stem cells from culture human primordial germ cells.Proc Natl Acad Sci USA,1998,95:13726-13731.
6 Suemori H.Establishment of human embryonic stem cell lines and their therapeutic application.Rinsho Byori，2004,52（3）:254-258.
7 McDonald JW.Repair of the injured spinal cord and the potential of embryonic stem cell transplantation.J Neurotrauma，2004, 21（4）:383-393.
8 Rolletschek A.Embryonic stem cell-derived cardiac,neuronal and pancreatic cells as model systems to study toxicological effects.Toxicol Lett,2004,149（3）:361-369.
作者单位：300070 天津，天津医科大学组织学与胚胎学教研室
（编辑：齐永）