第1课 胚胎干细胞 干细胞的概念干细胞是在生物个体的生长和发育中起“主干”作用的原始细胞，具有自我更新、高度增殖和多向分化潜能的细胞群体，即这些细胞可以通过细胞分裂维持自身细胞群的大小，同时又可以进一步分化成为各种不同的组织细胞，从而构成机体各种复杂的组织器官。根据其发育阶段，干细胞又可分为胚胎干细胞和成体干细胞。胚胎干细胞的分化和增殖构成动物发育的基础，即由单个受精卵发育成为具有各种组织器官的个体，成体干细胞的进一步分化则是成年动物体内组织和器官修复再生的基础。 当受精卵分裂发育成囊胚时，将内细胞团分离出来进行培养，即可得到胚胎干细胞（ES 细胞）；动物胚胎生殖嵴部位的胚芽细胞同样具有自我复制和分化成各种功能细胞的能力，也隶属胚胎干细胞（EG 细胞）。早在1970年，Evans 已经成功地分离出小鼠胚胎干细胞并在体外进行培养。到1998年，美国科学家Thomoson 和Shamblott 分别用ES 和EG 细胞建立了人类胚胎干细胞系，为研究胚胎干细胞的发育和利用胚胎干细胞治疗疾病提供了新的空间。 成年动物的组织和器官，如上皮和造血系统，之所以具有修复和再生的能力，成体干细胞在其中起着关键作用。在特定条件下，成体干细胞即可对称分裂为2个新的子代干细胞或2个功能细胞，也可不对称分裂为1个子代干细胞和1个功能细胞，从而使组织和器官保持生长和衰退的动态平衡。过去认为只有造血系统和上皮等组织含有成体干细胞，但最近的研究表明，成体干细胞普遍存在于人体的各种器官，这为利用成体干细胞治疗疾病提供了可能。 3月份的时候，英国报纸报道称美国科学家已经创造出了含15%的人类细胞的“人兽羊”。最近，英国人类生育与胚胎研究管理局（HFEA ）原则上批准了两项研究计划，允许将人的遗传物质（DNA ）放入牛的卵细胞中制造种间杂交胚胎。 这两则新闻之所以会引起这么大的风波，是因为一般公众并不了解实验的具体情况，以为科学家们已经或者将要做人兽杂交的实验，创造半人半兽的怪物，想想是有点吓人，让人感到恶心。不过这是对这些研究的误解。一般人心目中的人兽杂交，是指让人和兽的生殖细胞结合，产生出一个半人半兽的杂种，就跟驴、马交配生下骡子一样。这种杂交实验要获得成功，需要两个物种的亲缘关系很近才行。让人和黑猩猩杂交都很可能不会成功，更不要说和牛、羊了。所以这种一般人心目中的人兽杂交在目前的技术条件下是不可能成功的。而且，制造这种怪物没有用处，并没有科学家主张做这方面的探索。 美国科学家研究的所谓“人兽羊”并非人和羊的杂交后代，也不是混杂人和羊特征的神话怪兽，它其实和一般的羊没什么区别，只不过其身上混入了一小部分人的细胞而已，生物学上叫做异种“嵌合体”。异种“嵌合体”其实并不稀奇。比如，许多心脏病患者移植了猪或牛的瓣膜，他们就都是异种嵌合体。科学家制造人羊嵌合体，也是想解决异种器官移植的难题，因为掺杂了人细胞的羊的器官，移植到病人身上可能较不容易引起排异反应。 至于英国科学家想要做的杂种胚胎实验，如果知道了它是怎么做的，更不会觉得有什么可怕。他们计划把牛的卵细胞中的细胞核去除掉，然后把人的细胞核移植进去，这样产生的卵细胞，细胞核是人的，细胞质是牛的，生物学上叫做“胞质杂交”。类似的实验国内曾经做过。2003年，上海第二医科大学的研究人员将人类皮肤细胞的细胞核注入到去除掉细胞核的兔子卵细胞中，培育出人类胚胎干细胞。 这样的“胞质杂交”会出现什么结果呢？动物细胞的基因几乎都在细胞核中，所以把人的细胞核移植到已去掉细胞核的牛的卵细胞中，其实就是想把牛的卵细胞改变成人的细胞。不过，事情并没有这么简单。问题出在细胞质含有许多叫线粒体的细胞器，它们的作用是为细胞提供能量，但是它们也有自己的基因，这些基因是卵细胞原有的，也就是来自牛的。 那么，线粒体基因有多少个呢？总共是37个，而细胞核含有的人的基因是两、三万个。所以，“胞质杂交”产生的细胞，它的基因99.9％是人的，0.1%是牛的，这一点点的牛的线粒体基因只参与为细胞提供能量的过程，而且只是整个过程中的极少的一部分（大约有3000个基因参与了线粒体的功能，大部分来自细胞核），它们所起到的作用和人的线粒体基因是一样的，没有什么差异。因此，说人－牛胞质杂交的结果得到的实际上还是人的细胞，也是说得过去的，它绝不是半人半牛的杂种。而且，也没有人主张要
把这种“胞质杂交”细胞放进子宫让它完成发育，所以也不用担心万一弄不好生下什么怪胎。 既然如此，费这么大劲做这种胞质杂交的实验干什么？为了能得到人类胚胎干细胞。胚胎干细胞是一种很特殊的细胞，能分化成所有组成人体的各种细胞，有望用它来修复那些被疾病和创伤所破坏的各种各样的组织和器官，对它的研究为治疗多种慢性疾病带来了希望。比如说，如果能让胚胎干细胞分化成神经细胞，是不是就能够用它来修复神经损伤，治疗帕金森病、老年痴呆症之类的绝症呢？ 但是如果用的是他人的胚胎干细胞，在把它们放进病人体内后，就会出现排异反应。如果用的是病人自己的胚胎干细胞，可以避免这个问题。但是胚胎干细胞顾名思义，是胚胎时期产生的，病人体内早就没有了。那么，能不能把病人的体细胞变成胚胎干细胞呢？ 这可以利用体细胞克隆技术来做。把人的体细胞的细胞核转移到已去掉细胞核的人的卵子中，相当于制造出一个没有精子参与的受精卵，让它分裂，就能得到胚胎干细胞。不过，人的卵子很不容易拿到，而且制造人的胚胎做实验，在国外一直存在着社会阻力。如果能用牛或兔子等动物的卵细胞做为材料制造病人的胚胎干细胞，就不存在这些问题了。 所以，做“胞质杂交”实验本来是为了解决材料来源问题，并避开某些伦理争议，而最终的目的，则是为了能够治疗疾病。
第1课 胚胎干细胞 干细胞的概念干细胞是在生物个体的生长和发育中起“主干”作用的原始细胞，具有自我更新、高度增殖和多向分化潜能的细胞群体，即这些细胞可以通过细胞分裂维持自身细胞群的大小，同时又可以进一步分化成为各种不同的组织细胞，从而构成机体各种复杂的组织器官。根据其发育阶段，干细胞又可分为胚胎干细胞和成体干细胞。胚胎干细胞的分化和增殖构成动物发育的基础，即由单个受精卵发育成为具有各种组织器官的个体，成体干细胞的进一步分化则是成年动物体内组织和器官修复再生的基础。 当受精卵分裂发育成囊胚时，将内细胞团分离出来进行培养，即可得到胚胎干细胞（ES 细胞）；动物胚胎生殖嵴部位的胚芽细胞同样具有自我复制和分化成各种功能细胞的能力，也隶属胚胎干细胞（EG 细胞）。早在1970年，Evans 已经成功地分离出小鼠胚胎干细胞并在体外进行培养。到1998年，美国科学家Thomoson 和Shamblott 分别用ES 和EG 细胞建立了人类胚胎干细胞系，为研究胚胎干细胞的发育和利用胚胎干细胞治疗疾病提供了新的空间。 成年动物的组织和器官，如上皮和造血系统，之所以具有修复和再生的能力，成体干细胞在其中起着关键作用。在特定条件下，成体干细胞即可对称分裂为2个新的子代干细胞或2个功能细胞，也可不对称分裂为1个子代干细胞和1个功能细胞，从而使组织和器官保持生长和衰退的动态平衡。过去认为只有造血系统和上皮等组织含有成体干细胞，但最近的研究表明，成体干细胞普遍存在于人体的各种器官，这为利用成体干细胞治疗疾病提供了可能。 3月份的时候，英国报纸报道称美国科学家已经创造出了含15%的人类细胞的“人兽羊”。最近，英国人类生育与胚胎研究管理局（HFEA ）原则上批准了两项研究计划，允许将人的遗传物质（DNA ）放入牛的卵细胞中制造种间杂交胚胎。 这两则新闻之所以会引起这么大的风波，是因为一般公众并不了解实验的具体情况，以为科学家们已经或者将要做人兽杂交的实验，创造半人半兽的怪物，想想是有点吓人，让人感到恶心。不过这是对这些研究的误解。一般人心目中的人兽杂交，是指让人和兽的生殖细胞结合，产生出一个半人半兽的杂种，就跟驴、马交配生下骡子一样。这种杂交实验要获得成功，需要两个物种的亲缘关系很近才行。让人和黑猩猩杂交都很可能不会成功，更不要说和牛、羊了。所以这种一般人心目中的人兽杂交在目前的技术条件下是不可能成功的。而且，制造这种怪物没有用处，并没有科学家主张做这方面的探索。 美国科学家研究的所谓“人兽羊”并非人和羊的杂交后代，也不是混杂人和羊特征的神话怪兽，它其实和一般的羊没什么区别，只不过其身上混入了一小部分人的细胞而已，生物学上叫做异种“嵌合体”。异种“嵌合体”其实并不稀奇。比如，许多心脏病患者移植了猪或牛的瓣膜，他们就都是异种嵌合体。科学家制造人羊嵌合体，也是想解决异种器官移植的难题，因为掺杂了人细胞的羊的器官，移植到病人身上可能较不容易引起排异反应。 至于英国科学家想要做的杂种胚胎实验，如果知道了它是怎么做的，更不会觉得有什么可怕。他们计划把牛的卵细胞中的细胞核去除掉，然后把人的细胞核移植进去，这样产生的卵细胞，细胞核是人的，细胞质是牛的，生物学上叫做“胞质杂交”。类似的实验国内曾经做过。2003年，上海第二医科大学的研究人员将人类皮肤细胞的细胞核注入到去除掉细胞核的兔子卵细胞中，培育出人类胚胎干细胞。 这样的“胞质杂交”会出现什么结果呢？动物细胞的基因几乎都在细胞核中，所以把人的细胞核移植到已去掉细胞核的牛的卵细胞中，其实就是想把牛的卵细胞改变成人的细胞。不过，事情并没有这么简单。问题出在细胞质含有许多叫线粒体的细胞器，它们的作用是为细胞提供能量，但是它们也有自己的基因，这些基因是卵细胞原有的，也就是来自牛的。 那么，线粒体基因有多少个呢？总共是37个，而细胞核含有的人的基因是两、三万个。所以，“胞质杂交”产生的细胞，它的基因99.9％是人的，0.1%是牛的，这一点点的牛的线粒体基因只参与为细胞提供能量的过程，而且只是整个过程中的极少的一部分（大约有3000个基因参与了线粒体的功能，大部分来自细胞核），它们所起到的作用和人的线粒体基因是一样的，没有什么差异。因此，说人－牛胞质杂交的结果得到的实际上还是人的细胞，也是说得过去的，它绝不是半人半牛的杂种。而且，也没有人主张要
把这种“胞质杂交”细胞放进子宫让它完成发育，所以也不用担心万一弄不好生下什么怪胎。 既然如此，费这么大劲做这种胞质杂交的实验干什么？为了能得到人类胚胎干细胞。胚胎干细胞是一种很特殊的细胞，能分化成所有组成人体的各种细胞，有望用它来修复那些被疾病和创伤所破坏的各种各样的组织和器官，对它的研究为治疗多种慢性疾病带来了希望。比如说，如果能让胚胎干细胞分化成神经细胞，是不是就能够用它来修复神经损伤，治疗帕金森病、老年痴呆症之类的绝症呢？ 但是如果用的是他人的胚胎干细胞，在把它们放进病人体内后，就会出现排异反应。如果用的是病人自己的胚胎干细胞，可以避免这个问题。但是胚胎干细胞顾名思义，是胚胎时期产生的，病人体内早就没有了。那么，能不能把病人的体细胞变成胚胎干细胞呢？ 这可以利用体细胞克隆技术来做。把人的体细胞的细胞核转移到已去掉细胞核的人的卵子中，相当于制造出一个没有精子参与的受精卵，让它分裂，就能得到胚胎干细胞。不过，人的卵子很不容易拿到，而且制造人的胚胎做实验，在国外一直存在着社会阻力。如果能用牛或兔子等动物的卵细胞做为材料制造病人的胚胎干细胞，就不存在这些问题了。 所以，做“胞质杂交”实验本来是为了解决材料来源问题，并避开某些伦理争议，而最终的目的，则是为了能够治疗疾病。