超多能分化性（pluripotency）－分化潛能 -下

Posted on 2014/05/20 in 生命科學, 生物科技, 細胞、組織、個體培養, 醫療科技 with 沒有迴響 15,398 views

超多能分化性（pluripotency）－分化潛能 -下
臺中市雙十國中自然領域王淑卿教師

幹細胞可依分化潛能的差異分類

研究分離出不同階段的幹細胞，科發現具有不同的細胞潛能（cell potency），即分化成不同類型細胞的能力。依幹細胞的分化潛能可區分為：

$$(1)$$ 全能分化性（totipotency）：生物體中單一個細胞可分裂與分化產生所有細胞的能力，例如孢子和受精卵（zygote）。人類從第一個細胞－受精卵到約第 $$4$$ 天，會分裂成 $$8$$ 個細胞的桑椹胚（morula）時期，從這時胚胎內分離出的細胞稱為全能性幹細胞（totipotent stem cell）。

全能性幹細胞具有分化成為體內所有的組織和胎盤的能力，有潛力可分化成胚胎的三個胚層（three germ layers），包括內胚層（endoderm）－可發育為消化管、肝、胰和肺等；中胚層（mesoderm）－可發育為血液、肌肉、骨骼、結締組織、泌尿器官和生殖器官等；外胚層（ectoderm）－可發育為表皮組織、皮膚、牙齒琺瑯質、眼睛水晶體和神經系統等。全能分化性也就是具有可發育成完整個體的潛能，目前人類對此複雜的機轉尚未完全了解。

$$(2)$$ 超多能分化性（pluripotency）：細胞可發育為體內的任何組織的能力，但並非全能而有部分限制。以人類為例，受精後約第 $$4$$ 天，受精卵會分裂成 $$16$$ 個細胞的桑椹胚期，約第 $$4$$～$$5$$ 天可發育成中空的囊胚期（blastocyst stage）。

囊胚主要由三層構造組成，其最外層是滋養外胚層，其細胞稱為滋養外胚層細胞（trophoblast cell），是從桑椹胚的外部細胞發育形成，將來會發育為胎盤（placenta）；囊胚內層是由充滿液體的中空囊胚腔（blastocoel）和具有 $$32$$～$$64$$ 個細胞的內細胞團（inner cell mass，ICM）所構成。

若由此時的內部細胞團抽取分離出的細胞，稱為囊胚胚胎幹細胞（blastocyst embryonic stem cell）。囊胚期的內部細胞團可分化成胚胎的三個胚層的所有細胞，發育成胚胎本體和胚胎外的膜，如卵黃囊膜（yolk sac）、尿囊膜（allantois）及羊膜（amnion）。但是囊胚胚胎幹細胞並非全能分化性，它雖然能發育為體內的任何組織，但仍有部分限制性，例如無法發育成完整的個體或胎盤，其分化能力稱為超多能分化性。

具有超多能分化性的細胞除了囊胚期的胚胎幹細胞（ES），目前已知有生殖幹細胞（embryonic germ cell，EG）、胚胎癌細胞（embryonic carcinoma cell，EC）和誘導式超多能幹細胞（iPS）。生殖幹細胞是從受精後約5~9週胎兒的原始生殖細胞（primordal germ cell）中分離出後，在試管中體外培養（in vitro）所增生的細胞，稱為生殖幹細胞（EG），是性腺的前驅細胞（precursor cell）。

原始生殖細胞（PGCs）是發育過程中，配子的前身（precursor）在性腺以外的地區稱之，當原始生殖細胞遷移到達適當處會開始發育為原始性腺，然後發育為性腺，卵巢或睾丸，再經減數分裂後產生配子，精子或卵。在體外（in vitro）實驗證實胚胎幹細胞（ES）和生殖幹細胞（EG）都具有超多能分化性，但生物體內（in vivo）只有胚胎幹細胞可表現超多能分化性，生殖幹細胞則無法。

還有胚胎癌細胞（EC），是由癌細胞（teratocarcinoma）所分離出來的，屬於惡性的人類胚胎幹細胞（hES）。但胚胎癌細胞與上述二者的最大差異是它通常是非整倍體（aneuploid），所謂非整倍體不同於多倍體，其原因可能是一對或多對同源染色體不分離的結果，造成染色體數目的突變，增加或減少，一條或幾條；或可能是染色體片段缺失或重複等。

$$(3)$$ 多能分化性（multipotency）：具有多能分化性的前驅細胞（原始細胞，progenitor cell）主要存在骨髓內，有基因活化的潛能，因此可增生、遷移並分化成多種成熟細胞類型的能力，但是有所限制。類似超多能分化性卻不相同，超多能分化性的胚胎幹細胞可以無限次複製而且尚未分化；具有多能分化性的前驅細胞僅可有限次數的複製，而且已是較分化的（specific），較接近形成目標細胞。

例如由骨髓製造取得的造血幹細胞（hematopoietic stem cells，HSCs）具有多能分化性，可分化出骨髓幹細胞（myeloid stem cell，myeloid progenitor）和淋巴幹細胞（lymphoid stem cell，lymphoid progenitor），共可分化出至少十一種的血液細胞，但無法分化出循環系統以外的其他細胞如神經細胞或肌肉細胞等（圖四）。

$$(4)$$ 寡能分化性（oligopotency）：如骨髓內的前驅細胞僅具有分化出一些類型細胞的能力，稱為寡能分化性，提取出的細胞稱為寡能幹細胞（oligopotent stem cell），例如淋巴幹細胞或骨髓幹細胞。淋巴幹細胞可分化淋巴母细胞（lymphoblast），再分化出 B 淋巴球、T 淋巴球和天然殺手細胞等，不同細胞各有不同功能。

骨髓幹細胞可分化出紅血球、血小板、成髓細胞（myeloblast）和內皮前驅細胞（endothelial progenitor cells，EPCs），成髓細胞分化出不同白血球如巨噬細胞、嗜鹼性球、嗜中性球、和嗜酸性球等。內皮前驅細胞則能重建血管內皮層（re-endothelialization）和血管新生（neovascularization）功能。

$$(5)$$ 單能分化性（unipotency）：一個幹細胞具有分化成只有一個細胞類型的能力的概念，目前尚未清楚是否有單能分化性的細胞存在，已知肝母細胞（hepatoblast）可分化出肝細胞（hepatocyte）和構成膽管上皮的膽管細胞（cholangiocyte）仍是雙能分化性（bipotent）。