Question

【題目】閱讀下面的材料，完成（1）~（4）題。

誘導(dǎo)多能干細(xì)胞技術(shù)

在成體動物中許多組織如皮膚、血液和小腸上皮的細(xì)胞壽命很短，需要不斷地被相應(yīng)的新細(xì)胞替換。但是，在分化的過程中，細(xì)胞往往因為高度分化而失夫了再分裂的能力， 最終走上衰老死亡。為了彌補(bǔ)這一不足，機(jī)體在發(fā)育過程中還保留了一部分未分化的原始細(xì)胞，也就是干細(xì)胞。

在體內(nèi)，分化是不可逆的，但是科學(xué)家找到了在體外逆轉(zhuǎn)分化的方法—誘導(dǎo)多能干細(xì)胞（iPSC）。誘導(dǎo)多能干細(xì)胞最初是日本科學(xué)家山中伸彌于 2006 年利用病毒載體將四個重編程因子（Oct4， Sox2， Klf4 和 c-Myc）導(dǎo)入體細(xì)胞中使體細(xì)胞恢復(fù)分裂能力的方式。

誘導(dǎo)多能干細(xì)胞技術(shù)是一種新興的治療方法。目前，已經(jīng)在皮膚、心臟、眼睛、骨骼肌、神經(jīng)組織、胰腺、血液等方面建立起了干細(xì)胞治療的模型，通過特殊的移植技術(shù)將誘導(dǎo)多能干細(xì)胞移植到體內(nèi)，代替那些正�；蚍钦�常死亡的細(xì)胞，從而恢復(fù)機(jī)體功能。例 如，美國哈佛醫(yī)學(xué)院的科研人員將成體細(xì)胞來源的 iPSC 轉(zhuǎn)化為造血干細(xì)胞，該成果有望解決血液和骨髓供體不足的問題，對血液疾病的治療具有重要意義。日本京都大學(xué)的科研人員將人類 iPSC 來源的多巴胺能干細(xì)胞移植到患帕金森病的食蟹猴體內(nèi)，發(fā)現(xiàn)食蟹猴的帕金森病癥狀在兩年內(nèi)得到持續(xù)改善。干細(xì)胞還可以讓人類衰老細(xì)胞恢復(fù)活力，研究人員對衰老細(xì)胞利用幾種重編程因子處理一段時間后，通過比較不同組的實驗結(jié)果發(fā)現(xiàn)老年細(xì)胞的基因表達(dá)與年輕細(xì)胞更為相似。

由上可以看出，誘導(dǎo)多能干細(xì)胞的研究在疾病治療方面發(fā)揮了一定的作用。通過了解正常細(xì)胞的分化發(fā)育過程，了解調(diào)控干細(xì)胞分化的基因，將有助于洞悉疾病的形成原因， 并研發(fā)相應(yīng)的治療策略。

（1）舉例說出兩種類型的干細(xì)胞_____。干細(xì)胞分化成不同組織細(xì)胞的機(jī)理是_____。胚胎干細(xì)胞可以分化成機(jī)體所有細(xì)胞，說明其具有發(fā)育的_____。

（2）教材所學(xué)的體外逆轉(zhuǎn)分化還包括_____。（舉出 2 個例子）

（3）結(jié)合課本知識和文中信息，寫出多能干細(xì)胞與誘導(dǎo)多能干細(xì)胞的異同_____。

（4）結(jié)合本文和所學(xué)內(nèi)容，說出干細(xì)胞在細(xì)胞和器官水平上的應(yīng)用_____。

Answer 1

【答案】胚胎干細(xì)胞、造血干細(xì)胞（或上皮組織基底層的干細(xì)胞） 基因的選擇性表達(dá) 全能性 植物組織培養(yǎng)過程中的脫分化和克隆動物形成過程中核移植形成重組細(xì)胞的過程 相同點：二者都具有分化出多種細(xì)胞組織的潛能、都可以用于人類疾病的治療；不同點：兩種細(xì)胞來源不同，多能干細(xì)胞是生物個體發(fā)育過程中分化形成的一類干細(xì)胞，而誘導(dǎo)多能干細(xì)胞通過采用導(dǎo)入外源基因的方法使體細(xì)胞逆轉(zhuǎn)分化為多能干細(xì)胞 細(xì)胞水平的應(yīng)用：誘導(dǎo)干細(xì)胞分裂分化為造血干細(xì)胞；器官水平的應(yīng)用：誘導(dǎo)干細(xì)胞分裂分化為組織和器官用于器官移植

【解析】

一、根據(jù)干細(xì)胞所處的發(fā)育階段分為胚胎干細(xì)胞和成體干細(xì)胞。

1、ES細(xì)胞也稱胚胎干細(xì)胞：胚胎干細(xì)胞是早期胚胎（原腸胚期之前）或原始性腺中分離出來的一類細(xì)胞，具有體外培養(yǎng)無限增殖、自我更新和多向分化的特性。

2、成體干細(xì)胞是指存在于一種已經(jīng)分化組織中的未分化細(xì)胞，這種細(xì)胞能夠自我更新并且能夠特化形成組成該類型組織的細(xì)胞。成體干細(xì)胞存在于機(jī)體的各種組織器官中。

二、根據(jù)干細(xì)胞的發(fā)育潛能分為三類：全能干細(xì)胞、多能干細(xì)胞和單能干細(xì)胞。

1、全能干細(xì)胞是能夠發(fā)育成為各種組織器官的完整個體潛能的細(xì)胞。全能干細(xì)胞是指受精卵到卵裂期32細(xì)胞前的所有細(xì)胞。全能干細(xì)胞是指具有無限分化潛能，能分化成所有組織和器官的干細(xì)胞。

2、多能干細(xì)胞是一類具有自我更新、自我復(fù)制能力的多潛能細(xì)胞。在一定條件下，它可以分化成多種APSC多能細(xì)胞，多能干細(xì)胞（Ps）具有分化出多種細(xì)胞組織的潛能，但失去了發(fā)育成完整個體的能力，發(fā)育潛能受到一定的限制。例如，造血干細(xì)胞可分化出至少12種血細(xì)胞，骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞可以分化為多種中胚層組織的細(xì)胞(如骨、軟骨、肌肉、脂肪等)及其他胚層的細(xì)胞(如神經(jīng)元)。

3、單能干細(xì)胞(也稱專能、偏能干細(xì)胞) ：常被用來描述在成體組織、器官中的一類細(xì)胞，意思是此類細(xì)胞只能向單一方向分化，產(chǎn)生一種類型的細(xì)胞。在許多已分化組織中的成體干細(xì)胞是典型的單能干細(xì)胞，在正常的情況 下只能產(chǎn)生一種類型的細(xì)胞。如上皮組織基底層的干細(xì)胞、肌肉中的成肌細(xì)胞又叫衛(wèi)星細(xì)胞。

（1）根據(jù)以上分析可知，干細(xì)胞可以分為全能干細(xì)胞、多能干細(xì)胞、單能干細(xì)胞，全能干細(xì)胞如胚胎干細(xì)胞，多能干細(xì)胞如造血干細(xì)胞，單能干細(xì)胞如上皮組織基底層的干細(xì)胞。細(xì)胞分化的實質(zhì)是基因的選擇性表達(dá)。胚胎干細(xì)胞可以分化成機(jī)體所有細(xì)胞，說明其具有發(fā)育的全能性。

（2）根據(jù)題意，在體內(nèi)，分化是不可逆的，這是基因選擇性表達(dá)的結(jié)果，但是在體外條件下可以發(fā)生逆轉(zhuǎn)分化，如教材中的植物組織培養(yǎng)過程中的脫分化和克隆羊形成過程中通過核移植形成重組細(xì)胞的過程。

（3）根據(jù)題意和所學(xué)知識可知，多能干細(xì)胞是生物個體發(fā)育過程中分化形成的一類具有自我更新、自我復(fù)制能力的多潛能細(xì)胞。多能干細(xì)胞（Ps）具有分化出多種細(xì)胞組織的潛能，但失去了發(fā)育成完整個體的能力，發(fā)育潛能受到一定的限制。誘導(dǎo)多能干細(xì)胞通過采用導(dǎo)入外源基因的方法使體細(xì)胞逆轉(zhuǎn)分化為多能干細(xì)胞，對于這類干細(xì)胞我們稱之為誘導(dǎo)多能干細(xì)胞。誘導(dǎo)多能干細(xì)胞在一定條件下也可以分化出多種細(xì)胞組織，用于人類的多種疾病的治療和緩解衰老。綜上所述，可見多能干細(xì)胞與誘導(dǎo)多能干細(xì)胞的相同點：二者都具有分化出多種細(xì)胞組織的潛能、都可以用于人類疾病的治療；不同點：兩種細(xì)胞的來源不同，多能干細(xì)胞是生物個體發(fā)育過程中分化形成的一類干細(xì)胞，而誘導(dǎo)多能干細(xì)胞通過采用導(dǎo)入外源基因的方法使體細(xì)胞逆轉(zhuǎn)分化為多能干細(xì)胞。

（4）根據(jù)題意可知，誘導(dǎo)干細(xì)胞已經(jīng)在皮膚、心臟、眼睛、骨骼肌、神經(jīng)組織、胰腺、血液等方面建立起了干細(xì)胞治療的模型，通過特殊的移植技術(shù)將誘導(dǎo)多能干細(xì)胞移植到體內(nèi)，代替那些正�；蚍钦�常死亡的細(xì)胞，從而恢復(fù)機(jī)體功能。例如，美國哈佛醫(yī)學(xué)院的科研人員將成體細(xì)胞來源的 iPSC 轉(zhuǎn)化為造血干細(xì)胞，該成果有望解決血液和骨髓供體不足的問題，對血液疾病的治療具有重要意義。在器官水平上可以誘導(dǎo)干細(xì)胞分裂分化為相應(yīng)的組織和器官用于器官移植的治療。