Question

阅读下面的材料，完成（1）~（4）题。

诱导多能干细胞技术

在成体动物中许多组织如皮肤、血液和小肠上皮的细胞寿命很短，需要不断地被相应的新细胞替换。但是，在分化的过程中，细胞往往因为高度分化而失夫了再分裂的能力， 最终走上衰老死亡。为了弥补这一不足，机体在发育过程中还保留了一部分未分化的原始细胞，也就是干细胞。

在体内，分化是不可逆的，但是科学家找到了在体外逆转分化的方法—诱导多能干细胞（iPSC）。诱导多能干细胞最初是日本科学家山中伸弥于 2006 年利用病毒载体将四个重编程因子（Oct4， Sox2， Klf4 和 c-Myc）导入体细胞中使体细胞恢复分裂能力的方式。

诱导多能干细胞技术是一种新兴的治疗方法。目前，已经在皮肤、心脏、眼睛、骨骼肌、神经组织、胰腺、血液等方面建立起了干细胞治疗的模型，通过特殊的移植技术将诱导多能干细胞移植到体内，代替那些正常或非正常死亡的细胞，从而恢复机体功能。例  如，美国哈佛医学院的科研人员将成体细胞来源的 iPSC 转化为造血干细胞，该成果有望解决血液和骨髓供体不足的问题，对血液疾病的治疗具有重要意义。日本京都大学的科研人员将人类 iPSC 来源的多巴胺能干细胞移植到患帕金森病的食蟹猴体内，发现食蟹猴的帕金森病症状在两年内得到持续改善。干细胞还可以让人类衰老细胞恢复活力，研究人员对衰老细胞利用几种重编程因子处理一段时间后，通过比较不同组的实验结果发现老年细胞的基因表达与年轻细胞更为相似。

由上可以看出，诱导多能干细胞的研究在疾病治疗方面发挥了一定的作用。通过了解正常细胞的分化发育过程，了解调控干细胞分化的基因，将有助于洞悉疾病的形成原因， 并研发相应的治疗策略。

（1）举例说出两种类型的干细胞_____。干细胞分化成不同组织细胞的机理是_____。胚胎干细胞可以分化成机体所有细胞，说明其具有发育的_____。

（2）教材所学的体外逆转分化还包括_____。（举出 2 个例子）

（3）结合课本知识和文中信息，写出多能干细胞与诱导多能干细胞的异同_____。

（4）结合本文和所学内容，说出干细胞在细胞和器官水平上的应用_____。

Answer

胚胎干细胞、造血干细胞（或上皮组织基底层的干细胞） 基因的选择性表达 全能性 植物组织培养过程中的脱分化和克隆动物形成过程中核移植形成重组细胞的过程 相同点：二者都具有分化出多种细胞组织的潜能、都可以用于人类疾病的治疗；不同点：两种细胞来源不同，多能干细胞是生物个体发育过程中分化形成的一类干细胞，而诱导多能干细胞通过采用导入外源基因的方法使体细胞逆转分化为多能干细胞 细胞水平的应用：诱导干细胞分裂分化为造血干细胞；器官水平的应用：诱导干细胞分裂分化为组织和器官用于器官移植

【解析】

一、根据干细胞所处的发育阶段分为胚胎干细胞和成体干细胞。

1、ES细胞也称胚胎干细胞：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，具有体外培养无限增殖、自我更新和多向分化的特性。

2、成体干细胞是指存在于一种已经分化组织中的未分化细胞，这种细胞能够自我更新并且能够特化形成组成该类型组织的细胞。成体干细胞存在于机体的各种组织器官中。

二、根据干细胞的发育潜能分为三类：全能干细胞、多能干细胞和单能干细胞。

1、全能干细胞是能够发育成为各种组织器官的完整个体潜能的细胞。全能干细胞是指受精卵到卵裂期32细胞前的所有细胞。全能干细胞是指具有无限分化潜能，能分化成所有组织和器官的干细胞。

2、多能干细胞是一类具有自我更新、自我复制能力的多潜能细胞。在一定条件下，它可以分化成多种APSC多能细胞，多能干细胞（Ps）具有分化出多种细胞组织的潜能，但失去了发育成完整个体的能力，发育潜能受到一定的限制。例如，造血干细胞可分化出至少12种血细胞，骨髓间充质干细胞可以分化为多种中胚层组织的细胞(如骨、软骨、肌肉、脂肪等)及其他胚层的细胞(如神经元)。

3、单能干细胞(也称专能、偏能干细胞) ：常被用来描述在成体组织、器官中的一类细胞，意思是此类细胞只能向单一方向分化，产生一种类型的细胞。在许多已分化组织中的成体干细胞是典型的单能干细胞，在正常的情况 下只能产生一种类型的细胞。如上皮组织基底层的干细胞、肌肉中的成肌细胞又叫卫星细胞。

（1）根据以上分析可知，干细胞可以分为全能干细胞、多能干细胞、单能干细胞，全能干细胞如胚胎干细胞，多能干细胞如造血干细胞，单能干细胞如上皮组织基底层的干细胞。细胞分化的实质是基因的选择性表达。胚胎干细胞可以分化成机体所有细胞，说明其具有发育的全能性。

（2）根据题意，在体内，分化是不可逆的，这是基因选择性表达的结果，但是在体外条件下可以发生逆转分化，如教材中的植物组织培养过程中的脱分化和克隆羊形成过程中通过核移植形成重组细胞的过程。

（3）根据题意和所学知识可知，多能干细胞是生物个体发育过程中分化形成的一类具有自我更新、自我复制能力的多潜能细胞。多能干细胞（Ps）具有分化出多种细胞组织的潜能，但失去了发育成完整个体的能力，发育潜能受到一定的限制。诱导多能干细胞通过采用导入外源基因的方法使体细胞逆转分化为多能干细胞，对于这类干细胞我们称之为诱导多能干细胞。诱导多能干细胞在一定条件下也可以分化出多种细胞组织，用于人类的多种疾病的治疗和缓解衰老。综上所述，可见多能干细胞与诱导多能干细胞的相同点：二者都具有分化出多种细胞组织的潜能、都可以用于人类疾病的治疗；不同点：两种细胞的来源不同，多能干细胞是生物个体发育过程中分化形成的一类干细胞，而诱导多能干细胞通过采用导入外源基因的方法使体细胞逆转分化为多能干细胞。

（4）根据题意可知，诱导干细胞已经在皮肤、心脏、眼睛、骨骼肌、神经组织、胰腺、血液等方面建立起了干细胞治疗的模型，通过特殊的移植技术将诱导多能干细胞移植到体内，代替那些正常或非正常死亡的细胞，从而恢复机体功能。例如，美国哈佛医学院的科研人员将成体细胞来源的 iPSC 转化为造血干细胞，该成果有望解决血液和骨髓供体不足的问题，对血液疾病的治疗具有重要意义。在器官水平上可以诱导干细胞分裂分化为相应的组织和器官用于器官移植的治疗。