干細(xì)胞是如何成為再生醫(yī)學(xué)的？

依靠單一干細(xì)胞的再生

眾所周知，扁形動物中的渦蟲有驚人的再生能力，用成體的極小一部分也能再生出一個個體。渦蟲是三胚層的動物，其整個個體都能再生，提示了在成體里有多能干細(xì)胞的存在，并且參與個體的再生。被放射線照射過的渦蟲會失去再生能力，說明在干細(xì)胞中包含著對放射線敏感的活躍增殖的細(xì)胞群。將這種細(xì)胞分離出來，如果將其移植至被放射線照射過的渦蟲，可以恢復(fù)渦蟲再生能力，結(jié)合其形態(tài)學(xué)特點(diǎn)，就可以證明其為多能干細(xì)胞這種細(xì)胞通常情況下參與成體穩(wěn)態(tài)的維持，可以成為再生或者切斷后無性生殖的細(xì)胞供給源。但是，一個這樣的細(xì)胞再生成個體的過程沒有自發(fā)性，至少要有數(shù)百個分化細(xì)胞存在才行，所以這種細(xì)胞的分化能力只是多能性，而不是全能性。

(1)在渦蟲再生過程中，全身的多能干細(xì)胞通過再生生成所有種類的細(xì)胞(2)水蝗的再生是多個干細(xì)胞系統(tǒng)協(xié)調(diào)作用的結(jié)果

依靠多種細(xì)胞的再生

從成體的一部分再生成一個個體的現(xiàn)象，通常情況下不是依靠多能干細(xì)胞。作為腔腸動物的水媳，通過內(nèi)胚層和外胚層的各種單層細(xì)胞，和這兩層細(xì)胞之間的神經(jīng)細(xì)胞、棘細(xì)胞、分泌細(xì)胞、生殖細(xì)胞等細(xì)胞分化，形成袋狀簡單構(gòu)造，可以做到即使是用成體的一部分也可以再生成一個個體：但是，與渦蟲不同的是，水蝗的再生并沒有可分化成所有細(xì)胞的多能干細(xì)胞的參與，內(nèi)胚層就是從內(nèi)胚層細(xì)胞再生而來，外胚層就是從外胚層細(xì)胞再生而來：除此之外的細(xì)胞則是由預(yù)先存在的間質(zhì)干細(xì)胞分化而來：從上例可以看出，個體再生時干細(xì)胞系統(tǒng)的具體作用和特點(diǎn)，在各個物種間有很大的差別，

借助去分化的再生

組織進(jìn)行修復(fù)時，也可以通過受損組織或者其附近組織的終末分化細(xì)胞暫時的去分化(dedifferentiation),繼而生成干細(xì)胞而實(shí)現(xiàn)：有尾兩棲類生物有很強(qiáng)的組織再生能力，例如將上肢從根部切斷時，能再生出與原來一模一樣的上肢。此時，被切斷的斷面里存在著稱為芽基(blastema)的細(xì)胞群，這些細(xì)胞能分化成骨骼、肌肉和皮膚等所有構(gòu)成再生上肢的組織，所以可以認(rèn)為，在芽基里面存在多能干細(xì)胞。那么，這里的多能干細(xì)胞是從哪里來的呢？是像渦蟲那樣預(yù)先存在的，還是由終末分化細(xì)胞去分化而來的呢？

近年來，隨著生物學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，可以對有尾兩棲類生物蝶螺進(jìn)行基因調(diào)控，還可以像小鼠中那樣用Cre-loxP進(jìn)行細(xì)胞標(biāo)記，借以可以探討參與再生肢體的細(xì)胞起源問題。出人意料的是，研究結(jié)果顯示，這些再生的骨骼、肌肉、皮膚等均來自于受損斷端的骨骼、肌肉、皮膚等組織*,這就表明芽基并不是細(xì)胞相同的細(xì)胞群，而是有不同系統(tǒng)的細(xì)胞混合在一起形成的：而且，組織的再生并不借助于多能干細(xì)胞，而是通過每個細(xì)胞系各自去分化形成單能干細(xì)胞，再通過再分化(redifferentiation)生成和原來一樣的細(xì)胞種類來進(jìn)行再生，這種方式比渦蟲更接近于水蝗。

由終末分化細(xì)胞去分化而來的干細(xì)胞樣的細(xì)胞，也可以通過分化成與原來的細(xì)胞不同的終末分化細(xì)胞來進(jìn)行受損組織的再生。我們將這一連串的過程稱之為轉(zhuǎn)向分化(transdifferentiation),這個過程在有尾兩棲類生物赤腹蝶螺的眼球晶狀體再生中得到了確認(rèn)將赤腹蝶蠟的晶狀體摘除后，首先引起了部分虹膜色素上皮的去色素化，這是色素上皮去分化的結(jié)果：接著，這種去分化細(xì)胞開始表達(dá)晶體蛋白等晶狀體特異的結(jié)構(gòu)蛋白，最終形成晶狀體：有研究證實(shí)，這個現(xiàn)象有極強(qiáng)的可重復(fù)性，即使將同一只赤腹蛛蠟的同一側(cè)眼球反復(fù)進(jìn)行18次的摘除.也能夠通過相同的轉(zhuǎn)向分化來進(jìn)行晶狀體的再生翌。同時，轉(zhuǎn)向分化作為一種不必事先準(zhǔn)備的干細(xì)胞再生模式，也可以稱之為通過誘導(dǎo)新的干細(xì)胞系統(tǒng)來進(jìn)行再生的系統(tǒng)。