干细胞与再生

自更新干细胞如何维持和替换组织，细胞命运如何重置，以及某些生物体如何再生失去的身体部位。

Definition

干细胞是既能自我更新又能分化成一种或多种特化细胞的细胞；再生是丢失或受损细胞、组织或身体部位的发育性再生长或替换。

Scope

本领域涵盖干细胞生物学——包括自我更新和多能性、胚胎干细胞与成体干细胞的区别、干细胞微环境——以及分化细胞的实验性重编程、组织再生和修复的机制，以及再生能力如何随衰老而变化。它借鉴发育原理来解释组织如何构建、维持和恢复。

Sub-topics

• 衰老与发育衰退
• 诱导多能性与重编程
• 发育中的干细胞生物学
• 组织再生与修复

Core questions

• 是什么赋予了干细胞自我更新和分化的能力？
• 胚胎干细胞和成体干细胞在多能性和作用上有何不同？
• 分化细胞的命运能否重置，以及如何重置？
• 为什么有些动物可以再生器官而另一些则不能？

Key theories

胚胎干细胞的多能性

源自早期胚胎的细胞可以无限增殖，同时保留形成身体所有细胞类型的能力，从而确立了多能性作为一种可定义和可维持的细胞状态。

诱导重编程至多能性

一小部分特定的转录因子可以将分化细胞逆转回多能状态，这表明多能性受调控输入控制，并且可以通过实验恢复。

Mechanisms

干细胞在自我更新和分化之间取得平衡，通常受周围微环境（即微生态位）信号的调节，该微环境维持干细胞特性并控制细胞何时分化。多能性范围从能够形成所有身体细胞类型的多能胚胎干细胞，到维持特定器官的更受限的成体（组织）干细胞。分化细胞并非永久固定：提供特定的转录因子可以将其重编程为多能性，并且一些细胞可以转分化。再生利用发育程序——增殖、模式形成和分化——来重建丢失的结构，再生能力的程度在物种之间差异很大，并倾向于随年龄增长而下降。

Clinical relevance

干细胞生物学和重编程是再生医学、疾病建模和药物发现的基础，对再生的理解为组织修复方法提供了信息。本条目旨在提供教育信息，不提供医疗或治疗指导。

History

对造血细胞的研究确立了干细胞的概念；1998年人类胚胎干细胞的获得使得多能人类细胞可用于研究，2006年从分化细胞诱导多能性改变了该领域，并因此获得了诺贝尔奖。

Key figures

• James Thomson
• Shinya Yamanaka
• John Gurdon
• Ernest McCulloch
• James Till

Seminal works

• thomson1998
• takahashi2006
• gilbert2016

Frequently asked questions

什么使细胞成为干细胞？

干细胞既可以通过分裂自我更新，又可以产生更特化的细胞类型，从而维持或补充组织。

为什么有些动物可以再生失去的肢体而另一些则不能？

再生依赖于重新激活发育程序；不同物种的细胞重新进入这些程序的难易程度不同，因此再生能力在动物界中差异很大。