将分化的体细胞（原代细胞）重编程为多能性干细胞，恢复其分化成各种细胞类型和组织的潜能，这就是诱导多能干细胞（iPSCs）技术。
听起来很酷对不对，但做起来真的很苦。干细胞往往都脆弱不堪，培养过程中一不小心就狗带，让人头疼。
干细胞研究这么难，为啥我们还要迎难而上？
本期小P就带着大家一起走近干细胞，见识一下这未来医学的明日之星！（文末还有高清干细胞相关通路海报哦，建议先收藏再看~）
干细胞（Stem cell, SC）是一群具有分化潜能的细胞群，能够分化成生物体中所有具有特定功能的细胞。
干细胞的主要特征是：
a）自我更新（广泛增殖的能力）；b）克隆性（通常由单个细胞产生）；c）分化潜能（分化成不同细胞类型的能力）。
干细胞的分类，有两种思路，可以从分化潜能和来源（发育阶段）两个角度进行。
A) 基于分化潜能的干细胞分类：
分化潜能是干细胞的主要特征之一，不同干细胞之间的差异取决于其起源和衍生。所有干细胞根据其分化潜能可分为以下五种：
1. 全能干细胞（Totipotent Stem Cells）
全能干细胞是未分化程度最高的细胞，存在于早期发育中。它具有自我更新和分化形成任何类型细胞的能力，有形成完整个体的分化潜能，如受精卵。
对人体来说这样的细胞理论上只有从受精卵到桑椹胚（由32个左右细胞组成的细胞团）时期的细胞[2]。
2. 多能干细胞（Pluripotent Stem Cells）
多能干细胞具有分化成各种细胞类型和组织的潜能，但失去了发育成完整个体的能力，发育潜能也受到一定的限制，如胚胎干细胞（embryonic stem cells, ESCs）、诱导多能干细胞（induced Pluripotent Stem Cells, iPSCs）[3]。所有组织和器官从3个胚层(外胚层、内胚层和中胚层)发育而来，而多能干细胞能够分化为这些胚层细胞[4]。
3. 多潜能干细胞（Multipotent Stem Cells）
多潜能干细胞是具有增殖与分化成多种组织类型的细胞，它们存在于大多数组织中，由单一胚层分化而来[5]。例如，间充质干细胞(Mesenchymal stem cells, MSCs)是目前公认的多潜能干细胞，它们来源于多种组织，包括骨髓、脂肪组织、骨骼、脐带血和外周血等[5]。
4. 寡能干细胞（Oligopotent Stem Cells）
寡能干细胞能够自我更新，并在一个特定组织内形成2个或2个以上谱系。例如，造血干细胞（hematopoietic stem cell, HSC）是一种典型的寡能干细胞，因为它们可以分化为髓系和淋巴系[7]。在肺内，研究显示支气管肺泡导管连接细胞可能产生细支气管上皮和肺泡上皮细胞[8]。
5. 单能（专能）干细胞（Unipotent Stem Cells）
单能（专能）干细胞常被用来描述在成体组织、器官中的一类细胞，此类细胞可以自我更新，并只能分化成一种特定的细胞类型，形成一个单一的谱系。如肌肉干细胞，产生成熟的肌肉细胞，而不产生任何其他细胞[9]。
在许多已分化组织中的成体干细胞，是典型的单能干细胞，在正常的情况下只能产生一种类型的细胞。
（注：基于分化潜能的分类，其实目前学术界的意见也并未完全统一，主要原因在于部分分类的界限不明确。同时针对几个专业词汇的翻译也存在异议，不过单从分化潜能来看：Totipotent＞Pluripotent＞Multipotent＞Oligopotent＞Unipotent Stem Cells。）
B) 基于来源（发育阶段）的干细胞分类：
根据干细胞的来源，我们可以将干细胞分为三类：
1. 胚胎干细胞（Embryonic Stem Cells，ESCs）
胚胎干细胞来源于囊胚的内细胞团，囊胚是胚胎着床前的一个阶段，即受精后5-6天[10]。囊胚有两层细胞，即形成胚胎的内细胞团和形成胎盘的外层细胞团（滋养层）。将分离出的内细胞层细胞，在特定的条件下转移到培养皿中培养出ESC细胞系[11]。
ESCs具有能分化成几乎所有细胞类型的能力，如来自内细胞团（ICM）的胚胎干细胞能够分化形成三胚层中的任何一种细胞，但不能形成胎盘、脐带等附属支持组织。
2. 成体干细胞（Adult Stem Cells, ASCs）
成体干细胞源自成体组织，是存在于一种已经分化组织中的未分化细胞，能够自我更新并且能够特化形成组成该类型组织的细胞。例如：神经干细胞（NSC）、造血干细胞（HSC）、间充质干细胞（MSC）和表皮干细胞（ESC）等。这些细胞具有修复和再生受损或老化组织的能力，它们对于维护和修复人体各种细胞类型和组织起着关键作用[12]。
以神经干细胞、造血干细胞和间充质干细胞为例：
神经干细胞（NSC）是指来源于神经组织或能分化为神经组织，具有自我更新能力和多向分化潜能的一类成体干细胞。
NSC具有分化为神经元、星形胶质细胞和少突胶质细胞的能力，并足以提供大量脑组织细胞。移植入宿主体内的神经干细胞能够向神经系统病变部位趋行、聚集，并能够存活、增值、分化为神经元或胶质细胞，从而促进宿主缺失功能的部分恢复[13]。
神经干细胞（HSC）的分化（图源：参考文献13）
造血干细胞（HSC）是生成各种血细胞的最原始细胞，存在骨髓以及脐带血中,是血液成分之一。它具有高度的自我更新、自我复制能力，并能分化为各种血细胞、腺体细胞，最终生成各种血细胞成分，包括红细胞、白细胞和血小板。同时它又具有进一步分化成各系统祖细胞的能力[14]。目前造血干细胞来源只有四种：骨髓、外周血、脐带血、胎盘[15]。
造血干细胞（HSC）的分化
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间充质干细胞（MSC）能贴壁于细胞培养皿上，并具有特定的表面细胞标记。这些细胞可以分化为中胚层来源的组织，如脂肪组织、骨、软骨和肌肉[16]。另外，有研究证明中胚层来源的间充质干细胞还能被分化为外胚层来源的神经元组织[17]。
间充质干细胞（MSC）的分化
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3. 诱导多能干细胞（iPSCs）
2006年Takahashi和Yamanaka通过导入Oct3/4、Sox2、c-Myc和Klf4四种转录因子（被称为山中因子），将人皮肤纤维母细胞（终末分化的体细胞）重编程为多能干细胞，即诱导多能干细胞（iPSCs），使其具有与ESCs相似的特性[5]。该发现让Yamanaka获得了2012年诺贝尔生理学或医学奖。
诱导多能干细胞（iPSCs）来源于已分化的体细胞，可从皮肤成纤维细胞、外周血单个核细胞等细胞来诱导生成，避免了胚胎干细胞的伦理争议，同时也可从患者自身体细胞诱导生成，降低了免疫排斥风险。
诱导多能干细胞（iPSCs）来源及分化
（图源：Proteintech，可添加文末客服领取高清版海报）
一般来说，胚胎干细胞（ESCs）和诱导性多能干细胞（iPSCs）是多能的，而成体干细胞（ASCs）是寡能或单能的。
干细胞分化潜能，让大家看到了再生的希望，也使其成为大家的“重点关注对象”。
ESCs是了解人类发育和器官发生的优秀工具；iPSCs提供了建立人类疾病模型的机会，这将提高对人类疾病发病机制的理解[18]。
目前，正在研究的潜在干细相关疗法包括：①骨损伤后的骨生长恢复，②视网膜和黄斑病变的恢复，③恢复脊髓损伤、帕金森病和亨廷顿病中的神经细胞功能，④心脏病发作后心脏组织的修复，⑤肌腱断裂的修复，⑥Ⅰ型糖尿病的治疗，⑦关节置换术的替代方案，⑧生育疾病，⑨牙齿修复等。干细胞的免疫调节作用也已在几种以炎症为特征的疾病中发挥作用。
使用多能干细胞进行的细胞治疗（图源：参考文献20）
同时，干细胞还可用于新药试验。多能干细胞特定分化细胞可在活体实验前进行，甚至部分替代活体组织实验。
更厉害的是，干细胞疗法也在如火如荼进行中，来源于自体或异体的干细胞，通过定向诱导或者基因编辑等操作，可以用来恢复身体中因疾病或损伤而丢失或损坏的任何组织，甚至再生器官[19]！
这，就是干细胞研究的魅力。
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【参考文献】（上下滑动查看更多）
[1] doi: 10.1634/stemcells.19-6-477
[2] doi: 10.1016/bs.pmbts.2023.02.012
[3] doi: 10.1007/s12015-010-9170-1
[4] doi: 10.1016/j.cell.2006.07.024
[5] doi: 10.2478/v10039-012-0020-z
[6] doi: 10.22203/ecm.v020a11
[7] doi: 10.1080/10428190290011967
[8] doi: 10.1016/j.cell.2005.03.032
[9] PMID: 9358753
[10] doi: 10.1038/292154a0
[11] doi: 10.1385/1-59745-046-4:13
[12] doi: 10.1016/bs.pmbts.2018.07.009
[13] doi: 10.1111/bph.14545
[14] doi: 10.1097/00003086-200010001-00012
[15] doi: 10.1016/j.stem.2018.04.015
[16] doi: 10.22203/ecm.v020a11
[17] doi: 10.1002/stem.172
[18] doi: 10.1038/nature07037
[19] doi: 10.1186/1756-9966-30-9
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