干细胞演化——the Origin of Life

marrowstem

到此会碰到一个无法回避的问题，组成一个机体这么多种类的细胞又是如何产生及形成的？这个问题现在是有答案的，即细胞的分化。对多细胞生物来说，假如细胞不会分化，而只是一味地在数量上增值，那么所有产生的细胞都只能保持原始细胞的状态，结果形成的只能是一团乱糟糟的细胞团，肿瘤就是这样一种情况。因此如果没有相应的细胞分化，一个具有生命意义的有机个体肯定是没法形成的。所以细胞分裂虽然是细胞分化的基础，但仅有细胞分裂，生物体是不能进行正常的生长发育及成长壮大的。

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其实到目前为止，对于细胞怎样分化、又如何进行是所知不多的，目前认为勉强可以接受的一个概念是：在个体发育过程中，同一来源的细胞通过细胞分裂，产生的子代细胞逐渐在形态、结构和功能上产生稳定差异的过程；实质上就是基因选择性不同表达的结果。分化是指在空间上细胞之间出现差异、在时间上同一细胞会有年轻年老的状态。

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因此在机体内部，不仅在发育阶段存在，同样在机体成熟及衰老阶段也存在的细胞新旧更替机制是由细胞不停的分化和增值来实现和完成的。事实上，我们全身上下、由内到外，所有的组织和器官都是由这样一套机制来维持机体的稳态和健康有序的。现在也知道，这套机制的核心是机体内有一群分化还处于非常原始状态的幼稚细胞，他们在数量上很少、只有一小撮，这群细胞就是万能的干细胞。
$ \. w5 W0 ^% O        为什么说他是万能的，因为他能分化产生机体所需的各式各样的所需细胞。从某方面来说，干细胞可以象工厂般源源不断地产生各具功能的子细胞，但在产生和补充机体所需细胞的过程中，每一步都有严格的机制来调控，确保让干细胞的子代一代比一代成熟、一代比一代特化。

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我们知道，任何一种细胞在机体内都会有自己的身份和角色，如负责营养吸收的肠腺细胞，专干信号传导、有电线一样轴突结构的神经细胞，以及负责清除体内各种垃圾毒素的肝脏细胞，以及专门用来消灭外敌入侵、在血液中游走的各种免疫细胞等等。他们无一都会有自己的身份特征，表现出来的要么是细胞膜上有神经细胞的标记，要么在胞浆内有肝细胞的信号存在，这些各种各样的标记就是细胞的身份特征所在。

lemmon29

写的真好！

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对此干细胞却又是一个明显的例外，到目前为止一个不得不承认的事实是，研究发现干细胞罕有甚至没有相应细胞标志的存在。对于这个例外，也许可以这样来理解，干细胞本身就是未分化细胞的代名词，就像婴儿一样，还是一张白纸。因为是最幼稚的的细胞，所以干细胞几乎还没有任何基因的表达和转录，由此也就不会有任何分子标记可以被分离和鉴定出来。因此那些希望通过细胞表面标记来分离和筛选干细胞的人可能会无功而返了。

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干细胞往往隐藏在机体的最深处，有人形象地形容他就像蜂群王国里的蜂王一样，长寿且享有最舒适的生活，不用干活、吃住有人伺候，宛如一个君王，享受着人世间最美妙的生活。唯一的任务是产子、繁衍后代，来使这个群体兴旺发达。那么同样都是细胞，为什么只有干细胞能承担起机体这么重要的角色任务，答案是干细胞具备非凡力量的同时，又被赋予了不朽的生命。也许肯定是细胞演化的原因，多细胞生物在进化的征途中，体细胞与干细胞分家，同时干细胞获得了一个其他所有细胞都不具备的特定功能——他能不对称分裂。

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就像《西游记》中的齐天大圣孙悟空一样，具有分身术的本领——拔一根毛就能再变一个悟空出来，而自己的那个生身却永远在背后站着。具有不对称分裂性能的干细胞也是如此，在每次的的不对称细胞分裂后，所产生的两个子细胞，其中一个与母干细胞完全一致、且仍处处，即干细胞的巢中，此可避免自己被分化的命运发生；而另一个子细胞则获得相应的发育命运，会离开干细胞巢，一步步地走向进一步分化下去的不归路，但此可满足机体所需的各种细胞，并通过增值达到细胞数量上的要求，如有过多产生的细胞，通过凋亡来进行平衡。因此干细胞的一次不对称分裂能把两个任务同时完成，即一方面维持了干细胞数目上的稳定性，另一方面又发挥了满足机体所需的细胞补充作用。

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那么干细胞的不对称分裂又是怎样一回事呢？即他是如何进行的？这是一个新兴的研究领域，到目前为止，机制还不甚明了。虽然在果蝇（Drosophila）、美丽米线虫（C elegans）等模式生物中的研究有一些发现，但对哺乳动物的研究知道的并不多。

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2 r) Y& _6 ^. }目前已知并得到一定认可的几点是：
  |0 o6 m" v, z4 o' a" {. T       ①细胞复制时中性粒的极性分布，被认为是永远的中心粒，即在干细胞巢提供的外源信号的作用下，母细胞的中心粒总是停留在靠近细胞巢的那一侧，而子中心粒则移入细胞另一侧，由此产生的两个子细胞可获得不同的发育命运。
: G/ I& ^1 Z& j! R       ②是不朽的DNA链，有实验观察到母细胞的DNA链倾向于共同进入某一子细胞中，此从一定程度上暗示维持干细胞特性的子细胞保留母链DNA，以避免可能发生的复制错误和突变产生，该现象在体外细胞培养中也同样存在，说明其独立于体内的干细胞巢。
8 Z. t- N1 z7 k, N9 G       ③是干细胞分裂时，决定细胞命运因子的不对称分布，典型例子是果蝇成神经细胞的不对称分裂，研究发现一个进化中保守的细胞命运决定因子Numb不对称分布于将要分化的子细胞中，Numb是Notch信号通路的抑制因子，其不对称分布可导致细胞命运的不同。  c6 O9 p+ G9 d+ n5 j
       ④是细胞极性因子的不对称分布，在干细胞分裂时， Par3、Par6和aPKC这三种蛋白在细胞内的不对称分布决定了细胞极性轴的取向，进而引发其他命运决定蛋白和纺锤体的极性分布。, ~; w3 o# Q3 D$ L& j/ ^
       ⑤是染色体的表观遗传修饰，一些作用于细胞核内的活性因子，可激活或抑制组蛋白修饰，影响相应基因的表达，使表观修饰不同的子细胞具有不同的分化命运。) Q) g3 o8 N1 r  t
       ⑥是干细胞巢的影响作用，干细胞巢是维持干细胞状态的“微环境”，可通过信号传导和直接与干细胞相互作用调控其分裂面和胞内信号不均分布而导致干细胞的不对称分裂。! }5 l! v- l1 C" f