干细胞

干细胞(英文：stem cell 英文缩写：SC)，是指存在于高等生物体中尚未分化的原始细胞。同时也是一类能够自我更新、能够产生至少一种类型的、高度分化的子代细胞的细胞。 1908年由俄罗斯帝国组织学家Alexander Maksimov首次提出。

干细胞主要来源于生物体内的干细胞，以及人工诱导的干细胞，具有自我更新能力、多向分化潜能、以及未分化或低分化等生物学特性，在分化上分为多能性、专能性和单能性干细胞，同时具有分化发育的可塑性，在特定环境下，能被诱导分化成在发育上无关的细胞类型。 1952年，Robert Briggs等人首次对干细胞的进行了“操纵”，他们将胚胎细胞核移植到去核的卵母细胞中后，获得了美洲豹蛙胚胎细胞核移植的后代。1963年，中国科学家童第周等人以金鱼和鳑鮍鱼为材料，成功开展了鱼类细胞核移植。1968年，Robert A. Good成功将一名8岁女孩的骨髓移植给她4个月大的弟弟，以治疗免疫缺陷病。此后，干细胞的临床应用开始广泛开展。1992年，Brent A. Reynolds在小鼠体内分离到了神经干细胞，为神经发育和再生治疗的研究带来了希望。1994年，科学家分离出了肿瘤干细胞，此后的相关研究给肿瘤防治带来了希望。 2023年，九州大学将雄性小鼠干细胞转化为雌性细胞，并产生功能性卵细胞，该研究或能推动未来生育力研究。

干细胞可用于治疗多种疾病。 2024年1月30日，华夏源细胞集团研发的ELPIS人脐带间充质干细胞注射液获得国家食品药品监督管理局药品审评中心五项适应症IND受理。 2026年，由中国牵头制定的国际标准——干细胞数据的核心特征正式发布。

基本定义

干细胞(英文：stem cell 英文缩写：SC)，是指存在于高等生物体各种组织中尚未分化的原始细胞。同时也是一类能够自我更新、分化形成多种细胞类型的细胞。在个体发育中，无论是胚胎的发生与分化，还是成体的修复与再生，都与干细胞的增殖和分化有关。干细胞可用于治疗多种疾病。干细胞主要来源于生物体内的干细胞（包括胚胎干细胞及组织内的成体），以及人工诱导的干细胞——包括能够形成机体所有组织细胞的诱导性多潜能干细胞，和能够形成特定组织细胞的与成体干细胞类似的诱导组织干细胞。

研究历程

概念提出

19世纪末，Hans Driesch通过震荡使卵裂早期的海胆胚胎细胞相互分离后，发现分开的胚胎细胞能独立地分别发育出新的胚胎；到了20世纪初，欧洲一些研究人员意识到各种血细胞，如白细胞、红细胞、血小板等可能具有相同的来源；1908年，俄罗斯帝国组织学家Alexander Maksimov首次提出了“干细胞 ”的概念。

首次“操纵”

1938年，Hans Spemann提出一个将多细胞胚胎中细胞的细胞核移植到去掉核的卵母细胞中，使它们重新发育成胚胎的设想。到了1952年，这个设想由Robert Briggs和Thomas King等人完成，他们将囊胚期的胚胎细胞核移植到去核的卵母细胞中后，获得了美洲豹蛙胚胎细胞核移植的后代。这也是人类第一次成功对细胞的“干性”进行操纵。

同一时期，在脊椎动物核移植的研究中，中国科学家的工作一度处于世界先进水平。童第周等科学家从1961年开始进行鱼类细胞核移植的研究，1963年以金鱼和鳑鮍鱼为材料，成功地开展了鱼类不同亚科间的细胞核移植。

骨髓移植

1963年，James Edgar Till等科学家证明了小鼠骨髓中存在一类具有自我更新和增殖能力的细胞，即造血干细胞；1968年，Robert A. Good医生成功将一名8岁女孩的骨髓移植给她4个月大的弟弟，以治疗严重联合免疫缺陷，这是同卵双胞胎以外骨髓移植的首例成功案例。此后，干细胞的临床应用开始广泛开展。

在1978年，科学家从脐血中成功分离到了人类造血干细胞；1981年，英国科学家Martin Evans和Matthew Kaufman以及美国的Gail R. Martin先后独立地从小鼠囊胚的内细胞群分离到小鼠的胚胎干细胞并构建了小鼠的胚胎干细胞系，Gail R. Martin提出了“胚胎干细胞 ”这个名词。

1989年，Sally Temple描述了在小鼠脑的室下区（SVZ）存在具有多向分化潜能和自我更新能力的前体细胞或者干细胞。1992年，卡尔加里大学的博士生Brent A. Reynolds则在小鼠的纹状体组织（包括SVZ）中分离到了神经干细胞，为神经发育和再生治疗的研究带来了希望。

1995年，美国威斯康星大学的JAMES A. THOMSON等人从恒河猕猴的囊胚中分离到胚胎干细胞并成功构建了首个灵长类动物的胚胎干细胞系。3年后，他们利用不育症诊所剩余的胚胎获得了人的胚胎干细胞。

伦理之争

1996年，克隆羊“ 多利 ”诞生，这是干细胞研究历史上一个里程碑式的事件。科学家们从一只芬兰多西特羊的乳腺细胞中取得细胞核，将其注射到一只苏格兰黑面羊的去掉细胞核的未受精卵细胞中，进行了核移植的细胞在体外发育，成为囊胚并被植入另一只代孕母羊的子宫内。一时间，人类围绕着克隆技术、“ 克隆人 ”等问题开展了多向度的伦理讨论。

在此期间，由于干细胞研究领域使用人胚胎干细胞，它所涉及的伦理学问题成为了限制该领域研究的关键，科学家于是寻找新的研究角度。

2007年，山中伸弥与John Bertrand Gurdon带领的团队利用病毒载体，将与干细胞多能分化性相关的四种遗传基因转入到皮肤的纤维细胞中，获得了与胚胎干细胞的功能相似的原始阶段的细胞，并成功地获得了嵌合体动物。同时，中国科学家周琪、高绍荣等人又证明了这种诱导细胞与胚胎干细胞一样具有全能性。这种将特定基因、或是特定基因产物 (蛋白质）导入人体细胞，使其变为具备类似胚胎干细胞分化能力的细胞，被称为诱导性多潜能干细胞（ iPSCs ）。这就无需再从胚胎中提取细胞，解决了伦理学问题之争。同时，由于iPSCs来源于患者自身，产生的身体组织或器官不会被身体排斥。

肿瘤防治

1994年，科学家在人急性髓系白血病中获得由异质性分化不同细胞组成的肿瘤干细胞，紧接着，科学家又相继在许多实体肿瘤中证实了肿瘤干细胞的存在，如乳腺癌、脑肿瘤、前列腺癌、恶性黑素瘤等。在此期间的研究显示，在免疫缺陷病小鼠体内，肿瘤干细胞的生长能力强于非肿瘤干细胞，且具有形成肿瘤组织和自我更新能力。

于是，科学界逐渐达成共识，即肿瘤组织存在有干细胞样的肿瘤细胞，具有自我更新和形成肿瘤的能力，是造成恶性肿瘤生长、维持、复发、转移及放化疗抵抗的根本原因之一。因此，针对肿瘤干细胞的鉴定、富集及其生物学特性研究，为肿瘤的临床治疗确定更精确的治疗目标，针对肿瘤干细胞的综合治疗会给肿瘤防治带来新的希望。

细胞移植

2008年，Kroon等人将人胚胎干细胞分化形成的胰腺内胚层植入到小鼠体内，产生了对葡萄糖敏感的内分泌细胞，该类细胞能够防止药物诱导引起的高血糖。此外，Laake等人还发现，人胚胎干细胞分化形成的心肌细胞移植到心肌梗死模型的小鼠心脏内能够修复心脏功能。

3D打印

2022年12月22日，美国国家卫生研究院下属国家眼科研究所（ NEI ）研究人员使用患者干细胞和3D生物打印技术，打印出了一种支持视网膜感光的光感受器的眼部组织。这一成果为研究老年性黄斑变性（AMD）和其他眼病的发病机制提供了模型，将促进人们对致盲疾病机制的理解。

变性老鼠

2023年3月16日，《自然》杂志发表的一篇论文显示，九州大学的一项干细胞研究将雄性小鼠干细胞转化为雌性细胞，并产生功能性卵细胞，这些卵细胞在受精卵后得到的胚胎中约有1%能产生健康的后代。该研究带来的启发或能推动未来生育力研究。

太空研究

2023年5月10日晚，中国天舟六号货运飞船上行了98件科学实验产品，其中，在空间生命科学与生物技术领域，问天实验舱生物技术实验柜将开展空间微重力环境对干细胞谱系分化的影响研究、干细胞3D生长及组织构建研究等4项科学实验。

制定标准

2026年，由中国牵头制定的国际标准——干细胞数据的核心特征正式发布。干细胞标准化建设是支撑干细胞领域科学研究、临床转化和产业发展的基础性工程。干细胞是存在于人体内的一类原始种子细胞，具有自我更新和多向分化潜能，而干细胞技术被视为再生医学的新型疾病治疗手段，该项标准填补了干细胞数据核心特征领域国际标准的空白。截至2026年3月3日，中国已牵头制定并发布4项干细胞相关国际标准，初步搭建起覆盖干细胞基础、数据、专项应用、安全检测的完整体系。

生物学特征

干细胞呈圆形或椭圆形、体积较小、核质比相对较大、细胞中细胞器不发达，在形态上具有原始细胞的一些特征；干细胞在生化特征上表现为端粒酶 (telomerase)活性较高；不同的干细胞具有不同的生化标志，如神经干细胞的标志分子是巢蛋白，上皮组织干细胞的标志分子是角蛋白等特征；此外，干细胞的表面标志是指覆盖在细胞表面的特殊的蛋白质 ——受体，它能选择性地结合或黏附其他信号分子。此外，干细胞还具有“无限”的自我更新能力、多向分化潜能、以及具有未分化或低分化等生物学特性。

增殖特性

干细胞在增殖方面具有缓慢和自稳等特性。

缓慢性

干细胞具有无限的增殖能力，但增殖缓慢。增殖缓慢利于干细胞对特定的外界信号做出反应，以便做出进入增殖还是进入分化的正确决定。增殖缓慢利于防范干细胞突变，同时放慢干细胞产生较多分化细胞的速度。

自稳性

高等生物体组织器官的自我更新通过干细胞的增殖来完成，干细胞通过对称分裂(symmetrydivision)和相对不对称分裂(a-symmetry division)两种分裂方式来维持其自稳定性。对称分裂产生两个同型的细胞，或者全是干细胞或者全是分化细胞；相对不对称分裂则产生两个异型细胞，一个是干细胞，另一个是分化细胞。干细胞的不对称分裂可以维持干细胞的数目恒定，其自稳性是区别肿瘤细胞的本质特征。

干细胞类型

按照干细胞的生存阶段可分为胚胎干细胞和成体干细胞两种类型。胚胎干细胞存在于胚胎组织，在分化上属于多能性干细胞，具有发育成为多种细胞的能力。成体干细胞存在于成体组织器官中，能被诱导分化形成所在组织器官的“专业”细胞类型，干细胞在分化上又分为多能性干细胞、专能性干细胞和单能性干细胞。

胚胎干细胞

胚胎干细胞 (embryonic stem 细胞，ES细胞)是从早期囊胚内细胞团经体外培养、分离和克隆得到的具有分化多能性的干细胞。ES细胞具有在体外培养可以无限增殖；可以长期保持未分化状态；具有分化为内、中、外三个胚层的各种组织细胞，包括配子的能力等三个特点。

成体干细胞

成体干细胞 (adult stem cell )由胚胎干细胞分化而来，尽管分化潜能进一步降低，但仍具备一定的分化功能，在分化上成体干细胞具有多能性、专能性和单能性之分。从功能上又分为造血干细胞、神经干细胞、表皮干细胞等类型。

造血干细胞

人类造血干细胞是一种多能干细胞，能分化产生红细胞、白细胞和血小板，但不能分化出造血系统以外的细胞。造血干细胞是在医学中应用比较早的干细胞，在临床上可利用造血干细胞移植术治疗白血病。

神经干细胞

神经干细胞是一种专能干细胞，存在于胚胎神经系统及成年脑的特定部位，能分化成为神经元和神经胶质细胞。神经干细胞的一个重要特性是当将其移植入中枢神经系统后不具有免疫排斥反应，这给帕金森病患者的治疗带来希望，如给患者脑内移植含有多巴胺生成细胞的人胚胎脑组织，可以缓解部分患者的症状。

表皮干细胞

表皮干细胞属于单能干细胞，存在于皮肤基底层，表皮干细胞在成体组织依然能维持很高的自我更新能力，并能分化为功能专一的分化细胞。正常情况下，表皮干细胞可以连续分裂进行更新，也可以较长时间处于休眠状态，当皮肤受到损伤时，可以立即返回周期，以满足创伤面愈合需要。

应用前景

揭秘发育难题

由于从受精卵分裂产生的胚胎干细胞可以诱导分化为各组织的功能细胞，所以建立人胚胎干细胞系开展相关研究，可以帮助发现和揭秘人类发育过程中的诸多难题。

细胞治疗

细胞治疗是指将体外培养的成体干细胞移植到患者体内或直接植入病灶部位，以代偿丧失功能的细胞，达到组织、器官治疗的目的。采用基因工程技术，将干细胞作为基因转移的载体，在体外建立稳定表达的细胞系，再将工程化的细胞植入患者体内，可以达到基因治疗的目的。开展干细胞研究，在动物克隆等基础研究领域，以及在治疗白血病、帕金森病等临床医学应用领域都具有广泛的应用价值。

动物克隆

胚胎干细胞可应用于动物克隆。ES 细胞具有无限传代增殖，且不改变其基因型和表型的特点，以ES细胞作为核供体进行核移植，可以在短时间内获得大量基因型和表型完全相同的个体。此外，体细胞为高度分化的细胞，体细胞克隆的后代往往存在生理和免疫缺陷病。而ES细胞为未分化的细胞，理论上以ES细胞为供体，核重编程较为容易，因而可以获得健康的克隆后代。

治疗白血病

造血干细胞可用于治疗白血病，通过造血干细胞移植术治疗白血病是将正常人的造血干细胞输入患者体内，重建造血和免疫功能，以达到治疗疾病的目的。

治疗帕金森病

帕金森病是一种涉及神经元死亡的神经系统疾病，研究发现，通过移植胚胎干细胞或移植神经干细胞，可用于治疗帕金森病。

重要事件

IND受理

2024年1月30日，中国华夏源细胞集团自主研发的Ⅰ类生物制品“ ELPIS人脐带间充质干细胞注射液 ”已获得国家食品药品监督管理局药品审评中心（CDE）五项适应症 IND 受理，分别是：中、重度慢性斑块型银屑病，重度狼疮性肾炎，慢加急性（亚急性）肝衰竭，中、重度宫腔粘连以及中，重度活动性炎症性肠病。

捐献干细胞

2024年1月31日，北京市第645例造血干细胞捐献者何潇在空军特色医学中心成功采集并捐赠了人类造血干细胞，为一位素未谋面的“90”后血液病患者送去了重生的希望。同日，三名湖南青年在中南大学湘雅三医院血液科同时接受造血干细胞采集，为陌生的血液病患者送去了重生的希望。

据湖南省红十字会常务副会长伍英介绍，中国约有400万白血病患者，每年新增4万多人，儿童占一半以上。截止2024年1月31日，进行人类造血干细胞移植是重型血液疾病最有效的临床治疗方法，中华骨髓库虽然有300多万人份的库容量，仍然无法满足临床患者的需要，很多血液病患者因缺乏相匹配的造血干细胞，无法进行移植而失去生命，而湖南省造血干细胞捐献入库志愿者人数接近18万人份，累计成功捐献1161例，均位居全国前列。