Question

【題目】閱讀下面的材料，完成（1）~（4）題。

誘導多能干細胞技術(shù)

在成體動物中許多組織如皮膚、血液和小腸上皮的細胞壽命很短，需要不斷地被相應(yīng)的新細胞替換。但是，在分化的過程中，細胞往往因為高度分化而失夫了再分裂的能力， 最終走上衰老死亡。為了彌補這一不足，機體在發(fā)育過程中還保留了一部分未分化的原始細胞，也就是干細胞。

在體內(nèi)，分化是不可逆的，但是科學家找到了在體外逆轉(zhuǎn)分化的方法—誘導多能干細胞（iPSC）。誘導多能干細胞最初是日本科學家山中伸彌于 2006 年利用病毒載體將四個重編程因子（Oct4， Sox2， Klf4 和 c-Myc）導入體細胞中使體細胞恢復分裂能力的方式。

誘導多能干細胞技術(shù)是一種新興的治療方法。目前，已經(jīng)在皮膚、心臟、眼睛、骨骼肌、神經(jīng)組織、胰腺、血液等方面建立起了干細胞治療的模型，通過特殊的移植技術(shù)將誘導多能干細胞移植到體內(nèi)，代替那些正�；蚍钦�常死亡的細胞，從而恢復機體功能。例 如，美國哈佛醫(yī)學院的科研人員將成體細胞來源的 iPSC 轉(zhuǎn)化為造血干細胞，該成果有望解決血液和骨髓供體不足的問題，對血液疾病的治療具有重要意義。日本京都大學的科研人員將人類 iPSC 來源的多巴胺能干細胞移植到患帕金森病的食蟹猴體內(nèi)，發(fā)現(xiàn)食蟹猴的帕金森病癥狀在兩年內(nèi)得到持續(xù)改善。干細胞還可以讓人類衰老細胞恢復活力，研究人員對衰老細胞利用幾種重編程因子處理一段時間后，通過比較不同組的實驗結(jié)果發(fā)現(xiàn)老年細胞的基因表達與年輕細胞更為相似。

由上可以看出，誘導多能干細胞的研究在疾病治療方面發(fā)揮了一定的作用。通過了解正常細胞的分化發(fā)育過程，了解調(diào)控干細胞分化的基因，將有助于洞悉疾病的形成原因， 并研發(fā)相應(yīng)的治療策略。

（1）舉例說出兩種類型的干細胞_____。干細胞分化成不同組織細胞的機理是_____。胚胎干細胞可以分化成機體所有細胞，說明其具有發(fā)育的_____。

（2）教材所學的體外逆轉(zhuǎn)分化還包括_____。（舉出 2 個例子）

（3）結(jié)合課本知識和文中信息，寫出多能干細胞與誘導多能干細胞的異同_____。

（4）結(jié)合本文和所學內(nèi)容，說出干細胞在細胞和器官水平上的應(yīng)用_____。

Answer 1

【答案】胚胎干細胞、造血干細胞（或上皮組織基底層的干細胞） 基因的選擇性表達 全能性 植物組織培養(yǎng)過程中的脫分化和克隆動物形成過程中核移植形成重組細胞的過程 相同點：二者都具有分化出多種細胞組織的潛能、都可以用于人類疾病的治療；不同點：兩種細胞來源不同，多能干細胞是生物個體發(fā)育過程中分化形成的一類干細胞，而誘導多能干細胞通過采用導入外源基因的方法使體細胞逆轉(zhuǎn)分化為多能干細胞 細胞水平的應(yīng)用：誘導干細胞分裂分化為造血干細胞；器官水平的應(yīng)用：誘導干細胞分裂分化為組織和器官用于器官移植

【解析】

一、根據(jù)干細胞所處的發(fā)育階段分為胚胎干細胞和成體干細胞。

1、ES細胞也稱胚胎干細胞：胚胎干細胞是早期胚胎（原腸胚期之前）或原始性腺中分離出來的一類細胞，具有體外培養(yǎng)無限增殖、自我更新和多向分化的特性。

2、成體干細胞是指存在于一種已經(jīng)分化組織中的未分化細胞，這種細胞能夠自我更新并且能夠特化形成組成該類型組織的細胞。成體干細胞存在于機體的各種組織器官中。

二、根據(jù)干細胞的發(fā)育潛能分為三類：全能干細胞、多能干細胞和單能干細胞。

1、全能干細胞是能夠發(fā)育成為各種組織器官的完整個體潛能的細胞。全能干細胞是指受精卵到卵裂期32細胞前的所有細胞。全能干細胞是指具有無限分化潛能，能分化成所有組織和器官的干細胞。

2、多能干細胞是一類具有自我更新、自我復制能力的多潛能細胞。在一定條件下，它可以分化成多種APSC多能細胞，多能干細胞（Ps）具有分化出多種細胞組織的潛能，但失去了發(fā)育成完整個體的能力，發(fā)育潛能受到一定的限制。例如，造血干細胞可分化出至少12種血細胞，骨髓間充質(zhì)干細胞可以分化為多種中胚層組織的細胞(如骨、軟骨、肌肉、脂肪等)及其他胚層的細胞(如神經(jīng)元)。

3、單能干細胞(也稱專能、偏能干細胞) ：常被用來描述在成體組織、器官中的一類細胞，意思是此類細胞只能向單一方向分化，產(chǎn)生一種類型的細胞。在許多已分化組織中的成體干細胞是典型的單能干細胞，在正常的情況 下只能產(chǎn)生一種類型的細胞。如上皮組織基底層的干細胞、肌肉中的成肌細胞又叫衛(wèi)星細胞。

（1）根據(jù)以上分析可知，干細胞可以分為全能干細胞、多能干細胞、單能干細胞，全能干細胞如胚胎干細胞，多能干細胞如造血干細胞，單能干細胞如上皮組織基底層的干細胞。細胞分化的實質(zhì)是基因的選擇性表達。胚胎干細胞可以分化成機體所有細胞，說明其具有發(fā)育的全能性。

（2）根據(jù)題意，在體內(nèi)，分化是不可逆的，這是基因選擇性表達的結(jié)果，但是在體外條件下可以發(fā)生逆轉(zhuǎn)分化，如教材中的植物組織培養(yǎng)過程中的脫分化和克隆羊形成過程中通過核移植形成重組細胞的過程。

（3）根據(jù)題意和所學知識可知，多能干細胞是生物個體發(fā)育過程中分化形成的一類具有自我更新、自我復制能力的多潛能細胞。多能干細胞（Ps）具有分化出多種細胞組織的潛能，但失去了發(fā)育成完整個體的能力，發(fā)育潛能受到一定的限制。誘導多能干細胞通過采用導入外源基因的方法使體細胞逆轉(zhuǎn)分化為多能干細胞，對于這類干細胞我們稱之為誘導多能干細胞。誘導多能干細胞在一定條件下也可以分化出多種細胞組織，用于人類的多種疾病的治療和緩解衰老。綜上所述，可見多能干細胞與誘導多能干細胞的相同點：二者都具有分化出多種細胞組織的潛能、都可以用于人類疾病的治療；不同點：兩種細胞的來源不同，多能干細胞是生物個體發(fā)育過程中分化形成的一類干細胞，而誘導多能干細胞通過采用導入外源基因的方法使體細胞逆轉(zhuǎn)分化為多能干細胞。

（4）根據(jù)題意可知，誘導干細胞已經(jīng)在皮膚、心臟、眼睛、骨骼肌、神經(jīng)組織、胰腺、血液等方面建立起了干細胞治療的模型，通過特殊的移植技術(shù)將誘導多能干細胞移植到體內(nèi)，代替那些正�；蚍钦�常死亡的細胞，從而恢復機體功能。例如，美國哈佛醫(yī)學院的科研人員將成體細胞來源的 iPSC 轉(zhuǎn)化為造血干細胞，該成果有望解決血液和骨髓供體不足的問題，對血液疾病的治療具有重要意義。在器官水平上可以誘導干細胞分裂分化為相應(yīng)的組織和器官用于器官移植的治療。