第一章 细胞工程基础
细胞衰亡
机体的绝大部分细胞都经由未分化到分化、衰老、死亡的历程。在机体内总是有细胞在不断地衰老和死亡，同时又有新增殖的细胞来替代它们。在人的机体内，仅仅红细胞，每分钟就要死亡数百万至数千万之多。因此，细胞衰老和死亡是细胞生命活动中的必然规律，也是重要的细胞生命现象。
细胞的衰老是细胞内部结构的衰变，细胞生理功能衰退或丧失。表现为细胞呼吸率减慢，酶活性降低，最终反映出形态结构的改变，表现出对环境变化的适应能力降低和维持细胞内环境能力的减弱，出现功能紊乱等多种变化。
细胞衰老与细胞的寿命密切相关。同一机体内的所有细胞都来自受精卵，这些不同组织器官的细胞以不同速率、不同方式衰老死亡。同时又有细胞增殖与新生，处于动态平衡。故绝大多数细胞的寿命与机体的寿命是不相等的。而且各种细胞的寿命差异很大。如表皮细胞为4～10天，红细胞为3周至3个月。一般来说，能保持继续分裂能力的细胞是不容易衰老的；而分化程度高、不分裂的细胞寿命有限。衰老现象容易在短寿命细胞中见到。
细胞发育到一定的阶段就会死亡，细胞死亡如同细胞的生长、增殖、分化一样，是细胞的生命现象。细胞死亡的一般定义是细胞生命现象不可逆的停止。单细胞生物的细胞死亡即个体的死亡，而多细胞生物个体死亡时，并非机体的所有细胞都立即停止生命活动。当然活体内的细胞也并非全都活着，无论是青年机体和老年机体内都存在着大量的衰老死亡细胞。
引起细胞死亡的因素很多。如物理因素、化学因素、病原体侵入等都可造成细胞死亡。根据死亡的模式不同，可分为程序性细胞死亡和细胞的病理性死亡——坏死两种类型。
程序性细胞死亡又称为细胞凋亡，是指在一定生理和病理条件下由基因控制的细胞自主有序的死亡过程。与细胞的坏死不同，细胞凋亡就如同树叶或花的自然凋落一样，是一种主动过程，是更好地适应生存环境而主动采取的死亡过程。细胞坏死则是病理刺激引起的细胞死亡，细胞坏死是不可逆的被动过程。
细胞的衰老和死亡是细胞生长发育的必经阶段，是不以人的意志为转移的自然规律，对于细胞死亡的研究，尤其是对于细胞凋亡的研究，无疑有利于疾病机制阐明，以及对疾病新的冶疗方法的探索，具有十分重要的意义。
干细胞
干细胞是一类具有自我更新、高度增殖及多向分化潜能的细胞群。这些细胞既可以通过细胞分裂来维持自身的大小，又可以分化成各种不同的组织细胞。也就是说干细胞是指那些尚未发育成熟的细胞，它们具有再生为各种组织和器官的潜能，医学上称其为“万能细胞”。
自20世纪90年代以来，有关干细胞研究的热潮此起彼伏，各国科学家都在因为组织或器官损伤或功能衰竭影响人类健康（尽管接受相应的冶疗，如外科修复、人工假肢、机械装置、甚至移植，仍难以恢复到以前的功能）的问题，寻找更好的解决办法。这时，一些学者便把解决问题的着眼点放在干细胞上，并先后在国际著名的杂志上发表文章及宣布研究成果。
那么，为什么干细胞具有这么大的神力呢？原来，地球上绝大多数的动物出生后，组织器官在生长发育过程中只有体积的增大，而不再有其他类型细胞的分化和发育。但在生命的进程中，许多细胞是需要不断地更新的，比如血液细胞、皮肤和肠上皮细胞等。这种不断的更新不是无限量进行的，它是受到一定的控制，使之维持在相应范围之内。这种控制与维持就是干细胞这一特殊细胞群的功能决定的。可见动物机体为了弥补细胞分化过程中，由于高度分化而导致没有分裂能力这一不足，而保留了一部分未分化的原始细胞（干细胞），一旦需要这些细胞便可按照发育的途径，分裂而产生新的细胞以补充其生理需要，这也正是干细胞所具有的基本特征。
根据干细胞的基本能力，可将其分为三种类型，即全能干细胞，这种细胞具有形成完整个体分化的潜能，如受精卵；多能性干细胞，如造血干细胞；单能性干细胞，如成肌细胞。
按照生存阶段，干细胞可分为胚胎干细胞和成体干细胞。传统上认为，胚胎干细胞是全能的，具有分化为几乎全部组织和器官的能力。而成年组织或器官内的干细胞一般认为具有组织特异性，只能分化成特定的细胞或组织。但近年最新的研究表明，组织特异性干细胞同样具有分化成其他细胞或组织的潜能，这为干细胞的应用开创了更广泛的空间。
干细胞的应用非常广泛，涉及到医学的多个领域。美国《科学》杂志1999年将干细胞研究列为世界十大科学成就之一，排在人类基因组测序和克隆技术之前。
……
展开
