科普 | 不可不知的干细胞分类

1. 按发育阶段分类

根据干细胞所处的发育阶段分为胚胎干细胞（embryonic stem cell，ES细胞）和成体干细胞（somatic stem cell）。

我们每一个人都是来自一个受精卵，而一个受精卵就是一个全能干细胞，我们人体所有的细胞、组织、器官、系统，甚至包括毛发、指甲等附属物，都是由这个受精卵发育出来的。受精卵在向子宫移动的过程中不断发生分裂，大约在第五天形成一个囊胚，又叫胚泡。胚泡外表为一层扁平细胞，称滋养层。腔内的一群细胞，称内细胞群，科学界公认的是，这叫胚胎干细胞。

除了胚胎干细胞之外的所有干细胞都可以归为成体干细胞。按成体干细胞的功能，可将其分为神经干细胞、造血干细胞、骨髓间质干细胞、皮肤干细胞、脂肪干细胞等。现如今科学家已经成功从许多器官或组织中分离出了干细胞，其中包括视造血干细胞、脂肪干细胞、网膜干细胞、胰腺干细胞、成骨干细胞等。研究表明，干细胞不仅存在于胚胎，而且存在于成人体内，可以从脐血、脐带、胎盘、骨髓、脂肪、血液等组织中分离出相应的干细胞。

也有的科学家将胎儿出生时的围产期干细胞与成体干细胞区别出来，认为干细胞按照发育阶段分为：

（1）胚胎干细胞

（2）围产期干细胞

（3）成体干细胞

围产期干细胞是指脐带、胎盘、脐带血和羊水等胎儿生产附属物组织来源的干细胞，主要包括：脐带血造血干细胞、脐带间充质干细胞、胎盘间充质干细胞。

2. 按分化潜能分类

根据干细胞的发育潜能分为三类：

（1）全能干细胞（totipotent stem cell，TSC）

（2）多能干细胞（pluripotent stem cell）

（3）单能干细胞（unipotent stem cell）

全能干细胞（Totipotent stem cell）：即一个细胞可形成一个完整的生命个体。对人体来说这样的细胞理论上只有从受精卵到桑椹胚时期的细胞。注意胚胎干细胞不属于全能干细胞。

多能干细胞（Pluripotent stem cell）：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。胚胎干细胞、间充质干细胞（mesenchymal stem cell，MSC）属于多能干细胞。

专能干细胞（Multipotent stem cell），也有说多能干细胞。可分化成密切相关的细胞谱系的细胞，如造血干细胞，可分化为红细胞、白细胞或血小板等血液系统和免疫系统的细胞。

在干细胞家族中，主要有各种不同来源的造血干细胞（HSCs）、间充质干细胞（MSCs）、神经干细胞 （Neural Stem Cells）、脂肪干细胞、诱导多能干细胞（iPSC）。其来源有围产组织、脂肪组织、皮肤组织、神经组织、脊髓等人体组织来源，也有通过人工诱导非多能性细胞表达某种特定基因得到的诱导多能干细胞。

1. 脐带血

脐带血是指来源于胎儿娩出、脐带结扎并离断后残留在胎盘和脐带中的血液，含有丰富的干细胞和祖细胞。从脐带血中提取造血干细胞，是最早被发现和应用的围产期干细胞。脐带造血干细胞可以用来治疗多种血液疾病，如白血病、再生障碍性贫血等，但是最大的问题是难以培养扩增，所以只能一次使用，一份完整的脐带血造血干细胞只能用来治疗30公斤以下的孩子。

2. 脐带

脐带是胎儿时期连接母体与胎儿的索状结构，其外有羊膜，内含2条脐动脉、1条脐静脉，在动静脉之间含有特殊的胚胎粘样结缔组织——华尔通氏胶（Wharton’s Jelly），从华尔通氏胶分离得到的基质细胞即为人脐带间充质干细胞（HUMSCs）。脐带来源的干细胞一般是说脐带间充质干细胞。脐带间充质干细胞的形态和生物学特点，与骨髓间充质干细胞相似，但脐带间充质干细胞更原始，是介于成体干细胞和胚胎干细胞之间的一种干细胞，表达OCT-4、SOX-2和NANOG等多种胚胎干细胞的特有分子标志，有更高的克隆形成率，倍增时间更短，具有更强的扩增能力，7代后可扩增300倍。脐带来源的间充质干细胞具备：取材方便、增殖力强、免疫调节、无排异反应及无道德伦理争议等特点，所以也成为临床研究与应用的较为理想的细胞来源。

3.胎盘

在新生儿娩出、胎盘剥离子宫排出。胎盘由羊膜、叶状绒毛膜（也称丛密绒毛膜）和底蜕膜构成，从这些组织可以分离得到干细胞。胎盘干细胞不是一类细胞而是细胞群，胎盘干细胞包含胎盘早幼期造血干细胞、胎盘亚全能干细胞、胎盘间充质干细胞、内皮干祖细胞、肌纤维细胞等多种细胞，其中，胎盘间充质干细胞的研究应用最为广泛，有胎盘羊膜间充质干细胞、胎盘蜕膜间充质干细胞等。胎盘来源的间充质干细胞易分离培养，增殖迅速，可以分化为3个胚层来源的细胞系，在体外可向成骨细胞、脂肪细胞、内皮细胞以及神经细胞的分化，同时具有向伤处迁移的能力。胎盘间充质干细胞可抑制T淋巴细胞、B淋巴细胞及NK细胞的部分免疫功能，作用机制包括抑制免疫细胞的增殖、抑制可溶性细胞因子、抑制细胞毒性物质的分泌。这就使得治疗用的胎盘间充质干细胞不仅可以用于自体，也可以用于异体。此外，经细胞表面共刺激分子的检测，发现胎盘来源的MSCs的免疫原性很低，这在临床应用中具有重要意义，所以胎盘来源的MSCs是理想的细胞以及基因治疗的载体。

有研究者比较了四种围产期组织来源的MSCs：脐带（UC），羊膜（AM），绒毛膜（CP）和蜕膜（DP）。通过使用人类白细胞抗原分型和核型分析，发现前三种细胞类型来源于胎儿，而蜕膜的MSCs来自胎盘组织的母体部分。这四种不同来源的间充质干细胞分离效率有明显差异，间充质干细胞的分离效率为：脐带>羊膜>绒毛膜>蜕膜，脐带间充质干细胞的生产速度也最快。而胎盘间充质干细胞比脐带间充质干细胞分泌更多的免疫调节因子，向病变组织的迁移能力更强，促进血管新生的能力更强，CD106（间充质干细胞发挥作用的关键分子）阳性干细胞的比例更高。

不同间充质干细胞分泌的细胞因子和生长因子也有所不同，临床研究中也会有不同的治疗疾病。总而言之，脐带、胎盘是临床应用的优质的种子细胞来源，在再生医学研究领域应用广泛，临床前景广阔。脐带及胎盘是婴儿出生时唯一一次获取高质量、高纯度间充质干细胞的机会。

4. 脂肪组织

脂肪间充质干细胞（Adipose-derived Mesenchymal Stem Cells, ADSCs）是来源于脂肪组织的干细胞，与其它成体干细胞一样具有增殖和多向分化的能力，在诱导条件下可以分化成为神经细胞、免疫细胞、胰岛细胞、肌细胞、肝细胞、软骨细胞、基质细胞。脂肪间充质干细胞，取材容易，来源丰富，脂肪中干细胞浓度高出骨髓500倍以上，细胞性状较其他干细胞培养更加稳定，安全可靠，分化能力强大，在特定条件下可定向诱导分化为各个系统的功能细胞。而且脂肪干细胞不会根据人的年龄增长而活性下降，相对比其他来源的干细胞，脂肪干细胞更加稳定。

5. 皮肤

皮肤是人体最大的器官，也是人体非特异性免疫系统第一道屏障，它被覆于身体表面，由表皮、真皮、皮下组织及附属器组成。在抵御微生物入侵、紫外线辐射以及防止水分的丢失、调节体温和维持人的外貌等方面起着十分重要的作用。皮肤有极强的修复和再生能力，这与皮肤干细胞的存在具有直接的关系。虽然目前对皮肤干细胞的位置、种类和数量报道不一，但研究较多的主要有表皮干细胞（Epidermal stem cells）和毛囊干细胞（follilar stem cells）。

6. 神经组织

神经干细胞（NSC）是指来源于神经组织或能分化为伸经组织，具有自我更新能力和多向分化潜能的一类细胞。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的细胞群。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。

7. 骨髓

骨髓分布于骨髓腔内，哈佛氏管内也含有少量，它主要是由血窦和造血组织构成。血窦是进入红骨髓的动脉毛细血管分支后形成的窦状腔隙，形状不规则，管径大小不一。窦壁衬着内皮细胞，外面有基膜和周细胞附着。脊髓的干细胞包括骨髓间充质干细胞和造血干细胞。骨髓间充质干细胞具有多向分化潜能、造血支持和促进干细胞植入、免疫调控和自我复制等特点。造血干细胞是生成各种血细胞的最原始细胞又称造血多能干细胞，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；同时又具有进一步分化成各系统组细胞的能力。目前造血干细胞来源只有四种：骨髓来源、外周血来源、脐带血来源、胎盘来源。

8. 胚胎

胚胎干细胞（embryonic stem cell，ESCs，简称ES、EK或ESC细胞。）胚胎干细胞是早期胚胎（原肠胚期之前）或原始性腺中分离出来的一类细胞，它具有体外培养无限增殖、自我更新和多向分化的特性。无论在体外还是体内环境，ES细胞都能被诱导分化为机体几乎所有的细胞类型。进行胚胎干细胞研究就必须破坏胚胎，而胚胎是人尚未成形时在子宫的生命形式，存在严重伦理学问题。研究中很少用胚胎干细胞，很多国家严禁人类胚胎研究。

9. 人工诱导（诱导多能干细胞）

诱导多能干细胞不同于上述天然来源的干细胞，是从人体分化成熟的功能细胞（如皮肤细胞和血液细胞）通过基因转染使其逆转为原始的全能干细胞，是人工改造而来的。我国的科学家应用诱导多能干细胞分化为完整的小鼠，在这个领域处于世界领先水平。然而，诱导多能干细胞的制备技术复杂，成本高，而且与胚胎干细胞类似有成瘤、免疫排斥等不足，目前只有个别临床应用的报道。

10. 人工制备（单倍体胚胎）

单倍体胚胎干细胞指只含有一套染色体，但拥有类似于正常干细胞分裂分化能力的细胞群。根据诱发方式不同，主要分为两种类型：孤雌单倍体胚胎干细胞（parthenogenetic haploid embryonic stem cells, PG-haESCs）和孤雄单倍体干细胞（androgenetic haploid embryonic stem cells, AG-haESCs）。由于单倍体细胞只具有一套染色体，有利于研究一些未知的隐性表型基因突变，因此它们在遗传分析、基因功能与性状研究中具有独特的优势。单倍体胚胎干细胞也是人工制备而来的。对于普遍存在于原核和真核单细胞低等生物类群中的单倍体的遗传学研究已经有了很大的进展。但对于哺乳动物的单倍体细胞群的获得仍然不如低等生物那样容易，暂无相关临床研究。