# 干细胞

> 生物学 · CIE A-Level
> 来源: https://www.owlsprep.com/zh/study/cie-9700-u5-stem-cells/

本亚主题涵盖干细胞的定义、核心特性和按分化潜能的分类。我们还会探讨干细胞的治疗应用及相关伦理争议，该内容在选择题和论述题中频繁考查。

**先修:** [细胞特化与分化](https://www.owlsprep.com/zh/study/cie-9700-u5-cell-specialisation/); [有丝分裂](https://www.owlsprep.com/zh/study/cie-9700-u5-mitosis/)

## 学习目标

- 定义干细胞并说明其两大核心特性
- 根据分化潜能对干细胞分类，区分全能型、多能型、专能型和单能型干细胞
- 描述干细胞在现代医学中的治疗应用
- 讨论围绕干细胞研究与应用的伦理争议

## 干细胞的核心特性

**干细胞** — 一种未分化细胞，可通过有丝分裂无限次数分裂，并能分化为一种或多种特化的功能性细胞

*例:* 人类胚胎干细胞可以形成成人体内的大多数细胞类型

所有干细胞都有两个核心定义特性，使其区别于其他已分化的体细胞。这些特性是干细胞所有生物学功能和医学应用的基础。

- **自我更新**: 干细胞可以反复分裂，产生与自身相同的子代细胞，长期维持稳定的干细胞库。
- **分化潜能**: 干细胞具有分化为特定组织所需的特化功能性细胞的能力。

**例题:** 解释为什么终末分化的神经细胞不能被归类为干细胞。

1. 记住细胞成为干细胞需要满足的两个特性：自我更新和分化潜能。
2. 终末分化的神经细胞完全不能进行有丝分裂，因此缺少自我更新这一核心特性。
3. 神经细胞也不能分化为任何其他类型的细胞，因此也不具备分化潜能。
4. 由于神经细胞缺少干细胞的两个核心定义特性，因此不能被归类为干细胞。

> **考试提示:** 当被要求定义干细胞时，一定要同时提到自我更新和分化潜能——遗漏一个特性会在考试中失分。

## 按分化潜能分类

**分化潜能** — 衡量干细胞能够分化形成的不同特化细胞类型范围的指标

- **全能型**: 可以分化为生物体内所有细胞类型，还包括胚外细胞（胎盘、绒毛膜）。只有受精卵和胚胎最初1-2次分裂产生的细胞是全能型的。
- **多能型**: 可以分化为三个胚胎胚层来源的几乎所有细胞类型，但不能分化为胚外组织。存在于5天龄囊胚的内细胞团中。
- **专能型**: 可以在单一组织内分化出多种密切相关的细胞类型。例如：骨髓造血干细胞可以形成所有血细胞类型。
- **单能型**: 只能分化为一种特化细胞类型。例如：肌肉卫星干细胞只能形成新的肌肉细胞。

**例题:** 从成人骨髓中提取的干细胞可以形成红细胞、白细胞和血小板，但不能形成其他细胞类型。请说明该干细胞的类别，并证明你的答案。

1. 将提取的干细胞观察到的分化潜能与每一类分化潜能的定义进行比较。
2. 这些细胞可以形成多种相关细胞类型（所有血细胞谱系），但不能形成神经或肌肉等其他组织的细胞类型。
3. 全能和多能干细胞可以形成全部或几乎所有体细胞，不符合该情况。单能干细胞只能形成一种细胞类型，因此也不符合。
4. 这符合专能干细胞的定义，即专能干细胞在同一组织内产生多种相关细胞类型。

**概念自测**

测试你对分化潜能分类的理解

1. 以下哪一项正确描述了人类受精卵的分化潜能？

   - 多能
   - 专能
   - 全能
   - 单能

   *解析:* 正确：受精卵可以形成所有胚胎组织和胚外组织。多能细胞不能形成胚外组织，而专能和单能细胞的分化范围则受限更多。

## 干细胞的治疗应用

干细胞的自我更新和分化能力使其在治疗多种疾病方面极具价值。以下是常见的已投入应用和处于试验阶段的用途：

| 疾病 | 干细胞来源 | 作用机制 |
| --- | --- | --- |
| 白血病/淋巴瘤 | 骨髓/脐带造血干细胞 | 化疗后替换癌变的骨髓 |
| 1型糖尿病（试验阶段） | 多能干细胞分化而来的β细胞 | 替换被自身免疫破坏的产胰岛素胰腺细胞 |
| 脊髓损伤（研究阶段） | 神经干细胞 | 替换脊髓中受损的神经细胞 |

**例题:** 描述干细胞如何用于治疗白血病。

1. 白血病是起源于骨髓的白细胞癌症。大剂量化疗可以杀死癌细胞，但也会破坏健康的骨髓干细胞。
2. 从基因配型匹配的供体骨髓或脐带血中提取健康的专能造血干细胞。
3. 将健康干细胞移植到患者的骨髓中。
4. 移植的干细胞通过自我更新和分化产生新的健康血细胞，恢复患者的免疫和循环功能。

## 伦理问题

大多数伦理争议集中在人类胚胎干细胞（ESC）的使用上，胚胎干细胞是从体外受精（IVF）剩余的、原本会被丢弃的囊胚内细胞团中提取的多能细胞。

> **info**
>
> 诱导多能干细胞（iPSC）通过对成人体细胞重编程使其成为多能细胞，避免了与胚胎干细胞相关的伦理问题。

- **支持使用胚胎干细胞的论点**: 可以治愈危及生命的退行性疾病，未使用的IVF胚胎无论如何都会被销毁，有潜力减轻患者痛苦。
- **反对使用胚胎干细胞的论点**: 许多人认为胚胎从受孕开始就拥有完整的道德地位，因此销毁胚胎等同于夺走人类生命。此外，受者体内还存在干细胞不受控生长引发癌症的风险。

**考试命令词**

- **Discuss** — 呈现伦理争论的双方观点，最后给出有依据的合理结论 *(对于8-10分的论述题，你至少需要两个支持点和两个反对点，再加上最终结论。)*

- **State** — 给出简短的事实要点，无需展开讨论或结论 *(对于2-3分的简答题，只需在每一侧列出1-2个要点即可。)*

## 常见错误

- **错误做法:** 混淆全能型和多能型，将囊胚胚胎干细胞称为全能型
  - 原因: 只有最早的胚胎细胞（受精卵、2细胞阶段）才是全能型；囊胚细胞不能形成胚外组织
  - 正确做法: 记住：全能型 = 包括胎盘在内的所有细胞；多能型 = 仅包括所有胚胎细胞
- **错误做法:** 定义干细胞时只提到一个核心特性
  - 原因: 考官要求定义题同时提到自我更新和分化潜能才能给满分
  - 正确做法: 一定要明确同时包含反复分裂（自我更新）和分化为特化细胞的能力两个特性
- **错误做法:** 声称所有成体干细胞都是多能的
  - 原因: 几乎所有成体干细胞都是专能或单能的，只有胚胎干细胞和iPSC是多能的
  - 正确做法: 仅将胚胎干细胞和iPSC描述为多能；成体组织干细胞是专能的
- **错误做法:** 声称所有干细胞研究都存在伦理争议
  - 原因: 来自骨髓和脐带血的成体干细胞不存在重大伦理争议
  - 正确做法: 明确指出只有使用胚胎干细胞才会引发广泛的伦理担忧

## 速查表

| 干细胞类型 | 分化潜能 | 来源 |
| --- | --- | --- |
| 受精卵 / 早期2细胞胚胎 | 全能型 | 新受精的卵子 |
| 胚胎干细胞 | 多能型 | 囊胚内细胞团 |

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