◎[英]乔纳森·斯莱克
《干细胞》
作者：[英]乔纳森·斯莱克
译者：孙则书
出版：译林出版社
每个人都会衰老、死亡，这是一个令人难以接受的事实。
我们在一生中的多数时候都试图回避这个事实。尽管我们可以回避对死亡的思考，但依然渴望免受病痛折磨——无论是脑瘫等先天性疾病，还是由事故导致的失明、瘫痪等严重伤害，抑或是年事渐高之后由阿尔茨海默症、中风、心力衰竭或癌症等疾病导致的独立性丧失。如果亲友之中有人正在遭受这些痛苦或照料这类病人，那么这种渴望免受病痛折磨的愿望就会更加强烈。人们祈祷奇迹出现，可以治愈病痛，让患者恢复健康。
大多数人，都对干细胞研究十分重视，因为他们认为这项研究可以为当前难以治愈的疾病找到有效的新疗法。这就是目前人们将大量研究资金投入到该领域的主要动力。受到这一目标的驱使，某些科学家也致力于研发新型疗法，但在具体到研究特定生物现象时，他们的目标又往往变得极为局限。举这个例子，只是为了说明不同群体对干细胞研究持有不同的看法。
什么是干细胞？干细胞是一种既能进行自我更新又能生成具有不同功能子代细胞的细胞。要理解干细胞的定义，还得从普通细胞的基本特征讲起。细胞是动物或植物的基本结构单位。细胞很小，其直径通常约为五十分之一毫米。每个细胞都含有细胞核和细胞质——细胞核内含有遗传物质（DNA），细胞质内含有蛋白质和用于执行特定任务的其他分子。人体内大约有200种具有显著差异的细胞。其中，多数细胞被称为分化细胞，每种分化细胞都具有特定的功能且在显微镜下呈现特定的形态。肝细胞、心肌细胞和脑细胞（神经元）都是众所周知的分化细胞。细胞所属的分化类型取决于细胞核内活跃的特定基因。一个基因编码一种蛋白质，基因被激活后会合成相应的蛋白质，从而决定细胞的类型。基因表达指的就是基因被激活后合成相应蛋白质的过程。细胞核中的一整套基因被称为基因组，除了少数例外情况，体内每个细胞都含有相同的基因组。胚胎中的未分化细胞会随着时间的推移发育成各种类型的分化细胞。某些癌症中也存在未分化细胞，这是一种很糟糕的情况，因为这些细胞可以无限制地分裂生长。还有一些未分化细胞是干细胞。
干细胞有两种特性：可以自我增殖，也可以形成分化的子代细胞。这里要补充一个知识点——干细胞可终生存活于生物体内。
皮肤细胞、血液细胞以及肠道黏膜细胞，就是典型的由干细胞分化形成的细胞。以皮肤为例：皮肤的最外层被称为表皮，由角化细胞构成。最上层的表皮细胞每天都会脱落，但由于基底层源源不断地生成新细胞，因此皮肤作为一种功能性组织可以持续存在。表皮的基底层中含有表皮干细胞。当基底层中的表皮干细胞开始分裂时，约有50%的子代细胞仍然以干细胞的形式留在基底层，而其余子代细胞在经过几次分裂之后会进行分化，最终形成角化细胞。当角化细胞发育成熟后，会沿着皮肤向上移动，最终成为构成表皮的细胞。这些细胞会激活新的基因，生成大量角蛋白（一种纤维蛋白），从而让皮肤变得柔韧、强健，并具有抗渗透能力。最后，表皮细胞死亡，变成由角蛋白构成的扁平圆盘状物质。皮肤外层不断脱落的细胞正是这些死亡的表皮细胞。
表皮是一种再生组织，表皮细胞在人的一生中通过细胞分裂不断更新。如果没有干细胞，就不可能有再生组织，人体中最为典型的干细胞就是负责组织再生的干细胞。这些干细胞通常被称为组织特异性干细胞，因为每种干细胞只能生成特定组织的细胞，而无法生成其他组织类型的细胞。
再生组织的结构中总是包含某种形式的微环境，这种微环境被称为干细胞龛，有利于干细胞的长期存活和功能发挥。例如，表皮干细胞与皮肤下层中的真皮乳头有关；肠道干细胞与肠道小坑（被称为隐窝）底部含有颗粒的潘氏细胞有关；造血干细胞位于骨髓，与骨细胞或血管有关。
干细胞并不是人体内唯一处于分裂状态的细胞。胚胎、青少年和成人的再生组织中都含有许多处于分裂状态的其他细胞，但这些细胞不会一直存在，在经过几次细胞分裂后它们会变成其他类型的细胞。这类细胞被称为祖细胞，特别是在再生组织中，它们被称为过渡放大细胞。
再生组织中的细胞，具有自我更新和形成分化的子代细胞等特征，干细胞行为的最初定义便由此而来。其中最著名的干细胞是胚胎干细胞。胚胎干细胞确实符合干细胞的基本定义：这类细胞是未分化细胞，可以无限分裂；同时又可以生成具有功能的分化细胞，甚至可以生成体内常见的所有细胞类型。胚胎干细胞来源于早期胚胎。人们之所以不把体内的胚胎干细胞当成真正的干细胞，是因为在正常的胚胎发育过程中，这些细胞很快就会变成其他细胞，因此不同于前文提到的基底层表皮干细胞，体内的胚胎干细胞只能存活几天时间。但在培养瓶中进行体外培养后，胚胎干细胞就变成了真正的干细胞，因为它们既能够以干细胞的形式存活多年，也能够分化成一系列功能性细胞类型。为了避免将两者混淆，需要明确区分组织特异性干细胞（如表皮中的干细胞）和仅存在于组织培养中的干细胞（如胚胎干细胞）。胚胎干细胞的关键特征是具有多能性，也就是说，胚胎干细胞可以生成正常人体内的任何细胞类型。组织特异性干细胞不具有多能性，因为它们只能形成一种组织的细胞类型。
细心的读者可能已经发现，我在书中介绍的被生物医学家普遍接受的干细胞定义，是对行为的定义，而不是对“事物”的定义。换句话说，我们无法通过观察外观形态来判断一个细胞是否为干细胞，只能通过细胞的行为进行判定。这不仅是一个形而上学的问题，更是一个有关实际操作的问题。一直以来，许多科学家都在寻找这样的基因，即可以表达所有干细胞都具备的特征，但均以失败告终。他们只找到了与细胞存活、细胞分裂相关的基因，这些基因当然会在干细胞中被激活，但这一发现几乎毫无意义。尤其是让胚胎干细胞表现出多潜能行为的基因，在组织特异性干细胞中通常并不活跃。因此，我们不得不承认：干细胞只能通过细胞行为进行判定。