幹細胞的命運及影響因素

來自專欄守望

編者：托馬斯林 醫學博士

幹細胞 幹細胞的影響因素

細胞一旦分化成熟，就會隨著時間的推移而老去，但幹細胞的命運不是這樣的。

依據自我更新過程中的表現，幹細胞可能存在4種不同的結局。如下圖所示，絕大多數幹細胞在體內處於靜息狀態（A），少量細胞進入細胞增殖周期，通過非對稱性分裂的方式產生一個幹細胞和一個祖細胞（C），從而保持體內幹細胞池的穩定。然而，在特殊情況下，如胚胎髮育期、病人接受大劑量放化後、骨髓移植後，HSC也通過對稱分裂實現數量的擴增（B）。隨著機體的老化，體內幹細胞數量逐新減少。這種變化自然與幹細胞本身的老化有關，當機體受損傷或未知因素刺激時，進入細胞周期的幹細胞也可能產生兩個祖細胞（D），從而導致幹細胞總量的減少。

那麼，決定幹細胞命運和功能的調節因素是什麼呢？研究表明，細胞的乾性或其多向分化是某些蛋白質分子決定的，而這些分子的表達主要由基因的甲基化修飾、組蛋白的甲基化和乙醯化修飾和微小RNA控制，幹細胞的命運由其所處的微環境（或稱龕）調節。可概括為以下幾點：

1. OCT-4、Nanog-3、Sox-2是維持ES細胞乾性最重要的轉錄因子；
2. DNA甲基化狀態是造成造血幹細胞自我更新所必須的，DNA的甲基化可避免幹細胞多早的激活分化程序；
3. 在幹細胞増殖分化過程中，特定染色質上的組蛋白受到不同的甲基化和乙醯化修飾，這些修飾決定了特定染色質區域的開放成關閉狀態，從而影響該區域基因轉錄的活化或失活。這些修飾在細胞分裂過程中可以遺傳，因面形成了影響基因轉錄的」組蛋白代碼」。
4. 微小RNA（ micro RNA， MIRNA）也叫miRNA,是調控網路的重要組成部分。造血幹細胞中相關 miRNA的發現和功能的研究，揭示了 miRNA可能在幹細胞的自我更新和多向分化中發揮重要作用；
5. 幹細胞的微環境即幹細胞龕，幹細胞龕提供一個不對稱的結構，因此幹細胞分裂後一些子代細胞留在龕中保持幹細胞的特性，另一些子代細胞則離開龕發生增殖和分化最終形成成熟的功能細胞。把造血幹細胞龕看成是貯藏造血幹細胞的場所，它既可以保護造血幹細胞免受分化刺激及來自外部環境的損傷而使其不被耗盡，又可以防止過多的造血幹細胞增殖而引起癌症。

幹細胞的命運，因其分子表達不同而發揮不同的功能，期待更多的研究進展，推進幹細胞更多的應用，造福人類。

No.BNC-GW20180015