幹細胞的簡介
總之﹐全能幹細胞(Totipotent stem cells)可以繼續自我複製﹐或者分化成複功能幹細胞(Pluripotent stem cells)。複功能幹細胞可以繼續自我複製﹐或者分化成多潛能幹細胞(Multipotent stem cells)。多潛能幹細胞可以繼續自我複製﹐或者分化成特殊功能幹細胞(Committed stem cells)。特殊功能幹細胞可以繼續自我複製﹐或者分化成各種組織的幹細胞﹐如造血幹細胞等。造血幹細胞可以繼續自我複製﹐或者分化成血液系統中的各種細胞。分化過程是一條單行道﹐正常情形下﹐已分化的細胞是無法還原成原始的母細胞。唯一例外的情形﹐就是癌細胞的形成。研究發現癌幹细胞擁有﹕去分化(Dedifferentiation)﹑逆分化(Retrodifferentiation)﹑轉分化(Transfer differentiation)等的潛在能力。欲了解詳情﹐請參閱癌症的簡介一文。
幹細胞的輩份如下﹕全能幹細胞(Totipotent stem cells)->複功能幹細胞(Pluripotent stem cells)->多潛能幹細胞(Multipotent stem cells)->特殊功能幹細胞(Committed stem cells)。
造血幹細胞的族譜如下﹕
造血幹細胞(Hematopoietic Stem Cell)->淋巴球同源祖細胞(Common Lymphoid Progenitor)+骨髓球同源祖細胞(Common Myeloid Progenitor)。
淋巴球同源祖細胞->B淋巴細胞(Bone Marrow-derived Lymphocyte)+T淋巴細胞(Thymus-derived Lymphocyte)+自然殺手細胞(Natural killer Cell)。
骨髓球同源祖細胞->顆粒/巨噬母細胞(Gran/Mac Progenitor)+紅血球/血小板母細胞(Erythro/Plt Progenitor)。
顆粒/巨噬母細胞->單核球(Monocyte)/巨噬細胞(Macrophage)+嗜酸性(Eosinophil)白血球+嗜鹼性(Basophil)白血球+嗜中性(Neutrophil)白血球。
紅血球/血小板母細胞->紅血球(Red Blood Cell)+巨核細胞(Megakaryocyte)破碎成血小板(Platelet)。
當癌變發生在造血幹細胞,或者祖細胞層次的話,通常是屬於急性的白血病,病情發展快速且嚴重。如果癌變發生在成熟的淋巴細胞,例如B淋巴細胞癌變的話,病情比較緩和,患者可以和癌症共存很久,這就是慢性淋巴性白血病(Chronic lymphocytic leukemia﹐簡稱CLL)﹐CLL是成熟的淋巴細胞所產生癌變,例如B淋巴球無法自動凋亡等。因此,癌變發生在細胞的輩份上,至關重要。癌變若在原始的幹(母)細胞上,其破壞力強。如果癌變發生在高度分化的細胞,或者已經分化完成的細胞上,一般而言,病情比較溫和,預後良好。
在胚胎形態形成過程中﹐全能幹細胞可以分化成完全功能不同的細胞﹐也就是說﹐一個受精卵細胞分化出各種不同類型的細胞﹐包括神經細胞、肌肉細胞、上皮細胞、血管內皮細胞等﹐並通過抑制其他細胞和激活相關基因﹐而進行持續性的細胞分裂。因此﹐全能幹細胞算是分化成胚胎與胚胎外器官(臍帶﹑胎盤等)最原始的母(幹)細胞。複功能幹細胞可分化成三種胚層的所有細胞。多潛能幹細胞可以分化成親緣接近的細胞。特殊功能幹細胞只能分化成單一種類的細胞﹐也稱為單能幹細胞(Unipotent stem cells)。
一般分化完成的體細胞中﹐幾乎可高達70%至80%的DNA甲基化(DNA Methylation)﹐但甲基化在早期發育的胚胎細胞中﹐大約只有20%左右。可能在細胞分化的過程﹐DNA甲基化不停地被提升﹐導致在分化完成的細胞中﹐逐漸喪失再生各種組織器官的潛在功能。有關DNA甲基化的資料﹐請參閱癌症的簡介一文。
相關研究已證實﹐mRNA甲基化(Methylation)對人體內能量平衡﹐發揮著至關重要的作用。DNA甲基化(Methylation)是以生化方式﹐來操控DNA性能的開啟或關閉。因此﹐控制一般細胞生長、分化、老化、凋亡等的關鍵﹐全都涵蓋在表徵遺傳學/外遺傳學(Epigenetic)的相關領域中。目前有許多科學家想要找出細胞去分化(Dedifferentiation)和逆分化(Retrodifferentiation)的奧妙,使得已經分化的細胞﹐停止繼續分化﹐成為具有未分化細胞的特性﹐這樣一來可以增加幹細胞的來源與數量。
就以造血液幹細胞為例﹐這種專一的幹細胞存在骨髓﹑嬰兒臍帶血或週邊的血液中。它的功能就是不斷地為人體﹐提供新的血液細胞。甚至能再生出整個循環系統﹐所需要的紅血球﹑白血球﹑淋巴球與血小板等。一旦喪失了這些幹細胞﹐人體在短時期中就會死亡。
2012年諾貝爾生理與醫學獎得主﹐日本籍的山中伸彌(Shinya Yamanaka)和英國籍古爾登(John Gurdon)﹐已經成功地研究出一種﹐讓體細胞反向(逆)分化的方法﹐也就是能將普通細胞返老還童﹐重新回到具有複功能幹細胞的程度。這種突破意味著﹐人類將來可以用自己的細胞﹐更換老化或受損的組織﹐但願這個夢想能在未來的歲月中﹐逐步被實踐﹐並且祝福這一套技術﹐能快速運用在﹐許多目前仍是絕症的治療上﹐造福全人類。如果有興趣想知道細胞如何逆分化﹐不妨參考:
https://scitechvista.nat.gov.tw/Article/C000003/detail?ID=e0e3a39f-a7cd-4edc-aca8-bbc3e618df5c
如果曾經有過不同血型幹細胞的移植﹐在接受輸血之前﹐移植病患要特別提醒醫護人員。因為其紅血球﹑血型及血漿分型等﹐與捐贈者一致之前﹐會有一段過渡時期﹐冒然輸血﹐可能會出現某些意外排斥的情形﹐需要特別小心。
http://jiajiahealth.blogspot.com/2009/02/aging.html
此外﹐許多癌細胞在組織形態學上﹐都屬於分化不全或未分化的細胞﹐這也提高了癌細胞與幹細胞的相似性。
(1)對稱分裂﹐不停地自我複製(Self-renewal)﹐但這種時間很短﹐而且受到限制﹐因而使得幹細胞的數目﹐在器官中極為稀少。
(2)不對稱分裂﹐將保有分化成不同組織能力的幹細胞﹐根據身體的需要﹐轉變成不同形態與功能的細胞﹐這就是所謂的定向(Commit)分化。
癌幹細胞與體幹細胞類似,也具有自我更新的特性﹐但其後代完全不受身體的控制﹐不懂也不會定向分化。
幹細胞有一種自我更新的特性﹐也就是細胞分裂之後﹐至少有一個子細胞﹐能繼承母細胞未分化的能力﹐而長生不老﹐不斷地分裂。在某種角度來看﹐的確與癌細胞很類似。
因此﹐有一部份科學家主張治療癌症的方法﹐並非要著重在殺死所有的癌細胞﹐而是要專注在消滅那些﹐會形成癌細胞的癌幹細胞(癌母細胞)上。癌細胞抗藥性的增強與轉移性的提高﹐均與癌母細胞的存在有關。如果治療不能徹底清除掉這些癌母細胞﹐癌症復發的機會是相當高的。有關癌症與幹細胞的資料﹐請參閱癌症的簡介一文。
但是癌症的起源﹐也可能來自已經分化的細胞。在對斑馬魚黑色素瘤的實驗中發現﹐只要一個變異體細胞回復到幹細胞的狀態﹐並開始分裂﹐就會變成癌瘤。因此﹐癌變並非絕對發生在﹐尚未分化完成的幹细胞中。
自體脂肪幹細胞(Adipose- Derived Stem Cell,ADSC),屬於人體間質幹細胞(Mesenchymal Stem Cell,MSC)的一種,富含多潛能幹細胞(Multipotent stem cell),簡稱脂肪幹細胞,脂肪幹細胞具有極高可塑性,能分化成軟骨、肌肉、神經及皮膚等各種器官與組織,具有修復組織與再生的功能,在醫療應用上潛力無限。
http://stemcells.nih.gov
http://stemcells.com
https://www.youtube.com/watch?v=jF2iXpoG5j8
http://www.pbs.org/wgbh/nova/sciencenow/3209/04.html