(一)按分化潜能分类
从发育生物学的角度,终末分化细胞的生成经历了许多阶段,最原始的
干细胞是受精卵,具有分化为任何类型组织,包括胚胎外组织的能力。囊胚期的内细胞团细胞将形成体内所有类型的细胞。此后,随着胚层分化,各胚层内的细胞分化方向逐渐确定并成定向前体细胞(committed progenitor),再分化为特定的细胞,形成组织。当组织受到外伤、老化、疾病等的损伤时,很多成体组织中存在一些可增至分化以修复组织的细胞。
1、全能干细胞(totipotent stem cells)。这类干细胞除了可以根华集体的所有细胞类型外,还可以分化为胚胎外的滋养细胞。因而,最严格意义的全能干细胞是受精卵,在体内,一般认为,这类细胞质存在于内细胞团形成前桑葚胚之前。但是胚胎干细胞在体外培养和分化中,由于环境的变化,一些细胞也可以分化为具有滋养层干细胞类型的细胞,表明细胞在一定的时期内有一定的可塑性。
2、多能干细胞( pluripotent stem cells)。多能干细胞可以分化为个体的所有细胞类型,具有形成完整个体的分化潜能,如内细胞团的细胞。体外培养条件下,胚胎干细胞具有与内细胞团细胞相似的特征,可以无限增殖,并分化成为全身200多种细胞类型,是最有代表性的全能干细胞。此外,胚胎生殖干细胞( embryonic germ cells, EG cells),胚胎肿瘤细胞(em-
bryonal carcinoma cells, EC cells) 和诱导性多能干细胞( induced pluripotent stem cells , iPS cells)等也属于这一类。在体外培养条件下,确定多能干细胞重要的标准是这些细胞是否可形成生殖细胞,并将表型传递至下一代。
对于人类细胞,由于不能进行传统的遗传学操作,因而延用稍有不同的标准。如分离自内细胞团人胚干细胞,表达多种胚胎干细胞标记,可以分化成人体的各种细胞,并在小鼠体内形成具有3个胚层的畸胎瘤。具备这3方面的特征一般认为是多能干细胞。
3、 定向的多能干细胞(multipotent stem cells)。定向的多能干细胞具有分化出多种细胞类型的潜能,但不能发育成完整个体。多数成体干细胞即是定向的多能干细胞,如骨髄多能造血干细胞,可分化出血细胞,但一般不能分化出造血系统以外的其他细胞。
4、单能干细胞( unipotent stem cells)也称专能干细胞,多数前体细胞属于这一类。这些干细胞只能向1种类型或密切相关的几种类型细胞分化,如上皮组织基底层的干细胞、肌肉中的成肌细胞或肌卫星细胞。
(二)按细胞来源分类
干细胞可以从囊胚和个体发育的不同阶段、不同部位分离。从细胞培养的角度,按照干细胞来源、发育阶段,干细胞可分为胚胎干细胞和成体干细胞2大类。此外,通过核移植、细胞融合或过表达特定的转录因子灯光方法,可以将体细胞变成为多能干细胞或将一类体细胞直接转变为另一类体细胞。
1、胚胎干细胞:ES细胞是一种高度未分化细胞。它具有发育的全能性,能分化出成体动物的所有组织和器官,包括生殖细胞。研究和利用ES细胞是当前生物工程领域的核心问题之一。在未来几年,ES细胞移植和其它先进生物技术的联合应用很可能在移植医学领域引发革命性进步。
胚胎干细胞可来源于畸胎瘤细胞(EC)、桑椹球细胞(ES)、囊胚内细胞团(ES)、拟胚体细胞(ES)、生殖原基细胞(EG)等。当受精卵分裂发育成囊胚时,将内细胞团(Inner Cell Mass)分离出来进行培养,在一定条件下,这些细胞可在体外“无限期”地增殖传代,同时还保持其全能性,因此被称为胚胎干细胞。胚胎干细胞在培养条件下,若加入白血病抑制因子LIF(Leu kaemia Inhlbitory Factor),则能保持在未分化状态,若去掉LIF,胚胎干细胞迅速分化,最终产生多种细胞系,如肌肉细胞、血细胞、神经细胞或发育成“胚胎体”。
2、成体干细胞:成年动物的许多组织和器官,比如表皮和造血系统,具有修复和再生的能力。成体干细胞在其中起着关键的作用。在特定条件下,成体干细胞或者产生新的干细胞,或者按一定的程序分化,形成新的功能细胞,从而使组织和器官保持生长和衰退的动态平衡。
成体干细胞可以由下列几个方面得到:⑴胚胎细胞——由胚胎干细胞定向分化,或移植分化而成。⑵胚胎组织——由分离胚胎组织、细胞分离、或培养而成。⑶成体组织——由脐血、新生儿胎盘、骨髓、外周血、骨髓间质、脂肪细胞等得到。