06 幹細胞 Stem Cells

  我們身體中的數十億個細胞是如何產生的呢？在動植物體內，有一類未分化的細胞可以產生機體從出生到死亡所需要的每一種細胞。一旦生物體走向成熟，這些未分化細胞便可以產生功能器官或組織所需要的一系列特化細胞。這一類未分化細胞便被稱為幹細胞。隨著科技的發展與組織顯微解剖技術的崛起，有證據顯示人體內大多數器官與組織都具有自己的幹細胞，可以分裂分化形成成熟的功能細胞。從某種程度上來說，我們可以將幹細胞想像成一張空白的畫布，其上印著許多隱藏起來的細胞圖片。不同的蛋白質組合（生長因子）或其他刺激物（如接觸到細胞的脂質或糖）可以刺激幹細胞分裂，並使子細胞的特徵發生變化。在本章中，我們將簡要介紹幹細胞的類型及其來源。

  簡單地說，幹細胞主要包括兩種類型，分別為胚胎幹細胞與成體幹細胞（如圖16所示）。在新生個體出生、孵出或萌發前後，其體內便可觀察到成體幹細胞的存在，其生物學特性與胚胎幹細胞有所不同。發育過程中的幹細胞原型為合子，它是由卵細胞與精子融合所產生的，具有產生體內各種類型組織與細胞的完全「潛能」，這一特徵又被稱為「全能性」。隨著胚胎的生長，體內開始出現「多能」的幹細胞，其潛能受到了一定程度的限制。這些細胞通過分裂與分化，形成了主要的胚胎幹細胞類型，即哺乳動物的胚層，然後進一步發育為器官與組織。從胚胎到成體，我們的細胞生長都依賴於以下幾種類型的細胞：（1）「多能」細胞，這一類細胞在分裂與分化後可以產生相關細胞家族中不同類型的細胞；（2）「寡能」幹細胞，如骨髓血細胞等，它們會受到更多的限制，僅能產生少數與之緊密相關的細胞；（3）「專能」幹細胞，如肌肉細胞，它們只能產生一種類型的細胞。祖細胞或祖幹細胞一詞通常用於描述那些仍能快速分裂但尚未完全分化的細胞。成體祖細胞具有組織修復的功能，它們可以通過產生特定細胞類型來維持可更新器官的正常運行。

  圖16 胚胎幹細胞與成體幹細胞的起源

  在繼續講述幹細胞的故事之前，我們必須先對科學技術的發展進行必要的了解，因為這些事件極大地推動了幹細胞領域的發展。首先是不同類型幹細胞表面特定蛋白與糖分子的發現。通過利用不同分子的靶向抗體，我們可以準確地標記並區分出不同的幹細胞類群。第二項是螢光激活細胞分選（FACS）技術，即根據活細胞表面蛋白的不同，通過使用螢光標記的抗體對細胞進行分選。簡單地說，FACS就是將細胞懸液與特定的螢光抗體相混勻，隨後將其轉移至一個狹長的試管中，並用雷射束進行照射。此時感光設備可以檢測出那些可以產生螢光的陽性細胞，並對其進行分析，或當螢光微液體自試管中噴出時，通過靜電偏轉效應將其中的陽性細胞進行收集。另一方面，我們也可以使用附著在小磁珠上的同型抗體，獲得足夠數量的純化細胞以進行臨床研究。此外，我們還可以通過將一個小的綠色螢光蛋白（GFP）基因附著到某個特定蛋白的基因上，從而對移植後的細胞群進行追蹤。來自水母的GFP基因可通過突變產生多種不同顏色的螢光蛋白，它們可以響應不同波長的光從而實現準確分析。每當螢光蛋白基因發生表達時，細胞內便會發出螢光。類似的「生物發光」技術通常被用於觀察活體動物中的單個細胞，在此過程中，我們常常會使用到一種靈敏的照相機（最初是為監視衛星而開發的）。