干细胞是生命的起源细胞，凭借其自身特点和独特功能，已经在美容抗衰、疾病治疗等领域发挥重要作用，而本次抗击新冠肺炎的临床应用中，干细胞用它出色的成绩，又让我们重新认识了它，更激起了大家对干细胞更多优势特点的好奇。
本系列撰文《干细胞的五大特点》，将带您继续深入探究干细胞临床应用价值的背后机理，从分子层面，探究干细胞自身特点：自我复制、高活性、低免疫原性、趋炎性、不成瘤等。干细胞凭借自身独特优势，在实际临床实践中发挥了巨大应用价值，并且拥有更为广阔的商业价值。
受精卵发育为一个“完整的个体”后，生命在进行，细胞的复制、更新、替代也没有停止。
虽然人类平均寿命现在飞跃到了75岁，但是人体内许多单细胞的寿命却非常短，尤其是那些“身兼巨任”的细胞，细胞寿命和生命长度的不匹配就导致细胞需要自我复制、更新、替代衰老、死亡的细胞，辅佐人类的生命。
比如，处于人体最外层的皮肤上皮细胞，因为它所处的位置特殊，随时会经受物理磨损、紫外线辐射、病原微生物侵袭等外界因素影响，因此皮肤上皮细胞每28天需要复制、更新一次。
血液中的免疫细胞，因为随时要抵御有害物质的入侵，同异物斗争，因此免疫细胞的寿命也只有7-14天。
工作条件最恶劣的当属小肠上皮细胞，它们负责从肠道中吸收营养物质，不仅要浸泡在消化液中经受肠蠕动带来的摩擦，还要面对几百种肠道病原微生物及其代谢产物的挑战，所以小肠上皮细胞寿命极短，一般只有2-3天。
除了上述几种细胞类型，在人漫长的一生中，人体亦会经受多次损伤，这些损伤细胞的更新、替代、修复正是由人体中的“种子”细胞——干细胞来完成的。
因为理想情况下，这些干细胞可以维持人体一生的更新需求，源源不断地提供新鲜细胞来替代老化、死亡的细胞，就像一个富饶的仓库，取之不尽。有些人即便高龄，也仍然耳聪目明、思维敏捷、行动迅速、面色红润，就是因为他们体内的干细胞仍然具有强大的生命力，仓库依然运转良好。
但如果体内的干细胞数量减少，反应迟缓，或者干细胞工作负荷过重，干细胞便不能支撑人体细胞的更新，随着“种子”的减少，人就会逐渐走入衰老。
这个时候，如果体外输入年轻的干细胞仍然可以逆转衰老的过程，这就是源于干细胞的自我复制机制。干细胞在体外先扩大培养，形成一定的干细胞数量，再回输至人体，利用归巢特点到达身体各处，发挥其更新、替代衰老、死亡细胞的作用。奥妙在于，干细胞使用了一种特殊的更新方式，“不对称分裂”来进行自我复制。有一首歌里有一句歌词是“我们一个像夏天，一个像秋天。”干细胞“不对称分裂时”，会一分为二，产生一个子细胞仍然是干细胞，另一个则分化为功能性较强的祖细胞。干细胞在更新、替代原有目标细胞的时候，并不是一步到位，直接生成目标细胞，而是先分化为“祖细胞”，即目标细胞的替补细胞，这些细胞一般只有有限的自我复制、更新能力，它们会在大量增殖的同时，寻找合适的时机进行分化，生成目标细胞。这种分裂方式在其他类型细胞中非常罕见，因为它高效地完成了两个任务，即生产替补细胞维持组织内稳态，又维持干细胞池（stem cell pool）的稳定。基础研究也在一系列动物模型中证实了干细胞“不对称分裂”特性的存在。如下图示意图所示[1]，在不同物种，小鼠（图A、C）和果蝇（图B）中，不同的干细胞均能够以“不对称分裂”的方式增殖，即自我更新保证干细胞数量，又分化为功能细胞参与组织运作。以干细胞专家Juergen A. Knoblich教授领导完成的论文“The Par Complex and Integrins Direct Asymmetric Cell Division in Adult Intestinal Stem Cells”中，深入研究了上图B的果蝇小肠干细胞（ISC）的分裂过程.在这篇论文中[2]，研究人员发现小肠干细胞的不对称分裂是通过一种独特的细胞外和细胞内极性机制实现的。研究人员发现依赖于整合素（integrin）的基膜粘附能诱导细胞内源性极性。下图A是干细胞如果“对称分裂”的示意图，但图B显示，在真实情况下，干细胞是“不对称分裂的”，分为一个红色Delta标记的干细胞，和绿色GFP标记的分化细胞。这种“不对称的分裂”会导致Par蛋白：Par-3（果蝇同源蛋白BAZ），Par-6和aPKC不对称分离到顶端子细胞中。研究人员通过RNAi敲低实验，验证了Par蛋白家族参与干细胞“不对称分裂”的过程。研究人员还通过过表达实验（over-expression），如下图B，发现aPKC活性增加会增强两个子细胞中一个的Notch信号通路，从而引发终末分化。如果这个机制受到干扰，或者改变分裂的方向，就会导致肠道肿瘤的生成。这些数据表示，内源性不对称分裂的机制，能够保证干细胞具有无限的自我复制、更新能力，能够提高干细胞池的稳定性和灵活性，源源不断地为生命活动提供新鲜细胞，替代老旧、死亡的细胞。作为人体内的“种子细胞”，干细胞随着人的年龄增长，数量和质量也在不断下降，而受损的干细胞会调整为经典的有丝分裂——“对称分裂”，也就是一分为两个子干细胞，用来增加干细胞数量，维持稳定。
然而，这种方式只能应付短期的干细胞耗损，而干细胞的衰老是一个缓慢长期过程，体内的干细胞没办法继续支撑细胞的更新。
有碍于这种体内微环境的影响，干细胞在体内不能完成大量的自我复制，这也就意味着它不能真正对疾病产生有效的应用价值。
既然体内无法实现大量复制，那么在体外呢？
鉴于干细胞自我复制的特点，越来越多的科研实验发现，将人体内干细胞进行体外的扩增培养，可以持续获得数量更多的干细胞资源，再将这些生物资源通过低温冻存技术存放在-196℃的液氮环境中，就能长久地、完整地保存其生物特征及活性。
△ 2012年诺奖得主山中伸弥（诱导多能干细胞iPS发现者）在实验室制备干细胞
当人体有需要之时，再将这些大量扩增培养的“种子细胞”回输至体内，那么将迅速补充体内干细胞池的数量，继续更新、替代老化、死亡的细胞，重塑内环境的稳态，支撑身体的健康。
由此看来，无论是在体内稳定干细胞池，还是体内耗损时体外补充大量干细胞“种子细胞”，干细胞利用其自我复制机制，能够更新一批又一批体内老化、死亡的细胞，并接收合适的外界信号，比如各种诱导因子，选择分化为各种不同的祖细胞。最终，干细胞能够通过自我复制，一方面保留了自身的实力，一方面支援了人体的更新重塑。
[1]Mayu Inaba, and Yukiko M. Yamashita, etc. Asymmetric Stem Cell Division: Precision for Robustness[J]. Cell Stem Cell, 2012, 11:461-469.[2]Spyros Goulas, Ryan Conder, etc. The Par Complex and Integrins Direct Asymmetric Cell Division in Adult Intestinal Stem Cells[J]. Cell Stem Cell, 2012, 11:529-540.细胞治疗领域专业推广品牌
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