受精卵發育為一個“完整的個體”後,生命在進行,細胞的複制、更新、替代也沒有停止。整個生命都由幹細胞相伴,幹細胞的數量決定生命的質量。
雖然人類平均壽命現在飛躍到了75歲,但是人體内許多單細胞的壽命卻非常短,尤其是那些“身兼巨任”的細胞,細胞壽命和生命長度的不匹配就導緻細胞需要自我複制、更新、替代衰老、死亡的細胞,輔佐人類的生命。
△ 胚胎幹細胞不斷增殖與分化
比如,處于人體最外層的皮膚上皮細胞,因為它所處的位置特殊,随時會經受物理磨損、紫外線輻射、病原微生物侵襲等外界因素影響,因此皮膚上皮細胞每28天需要複制、更新一次。
血液中的免疫細胞,因為随時要抵禦有害物質的入侵,同異物鬥争,因此免疫細胞的壽命也隻有7-14天。
工作條件最惡劣的當屬小腸上皮細胞,它們負責從腸道中吸收營養物質,不僅要浸泡在消化液中經受腸蠕動帶來的摩擦,還要面對幾百種腸道病原微生物及其代謝産物的挑戰,所以小腸上皮細胞壽命極短,一般隻有2-3天。
除了上述幾種細胞類型,在人漫長的一生中,人體亦會經受多次損傷,這些損傷細胞的更新、替代、修複正是由人體中的“種子”細胞——幹細胞來完成的。
01
幹細胞:人體的種子細胞
為什麼稱幹細胞為人體的“種子”細胞呢?
因為理想情況下,這些幹細胞可以維持人體一生的更新需求,源源不斷地提供新鮮細胞來替代老化、死亡的細胞,就像一個富饒的倉庫,取之不盡。
△ 幹細胞,維持着人體更新需求
有些人即便高齡,也仍然耳聰目明、思維敏捷、行動迅速、面色紅潤,就是因為他們體内的幹細胞仍然具有強大的生命力,倉庫依然運轉良好。
但如果體内的幹細胞數量減少,反應遲緩,或者幹細胞工作負荷過重,幹細胞便不能支撐人體細胞的更新,随着“種子”的減少,人就會逐漸走入衰老。
這個時候,如果體外輸入年輕的幹細胞仍然可以逆轉衰老的過程,這就是源于幹細胞的自我複制機制。幹細胞在體外先擴大培養,形成一定的幹細胞數量,再回輸至人體,利用歸巢特點到達身體各處,發揮其更新、替代衰老、死亡細胞的作用。
02
幹細胞:歸巢效應(自動“導航”到身體需要修複的地方)
歸巢是幹細胞聰明的一個表現。這個概念早在1983年就提出來了,原本是指循環在血液中的淋巴細胞,有遷移回派生出它們的淋巴組織部位(如淋巴結)的傾向,這一回歸現象稱為“淋巴細胞的歸巢”。後來“歸巢”這一概念也逐漸引申到幹細胞。
幹細胞歸巢就是指自體或外源性幹細胞在多種因素的作用下,能定向趨向性遷移,越過血管内皮細胞至靶向組織,并定植存活的過程,類似于人體局部炎症反應後大量白細胞遷移至炎症周圍。幹細胞的歸巢能力就像自帶了GPS,通過定位系統自動導航去身體需要它的地方,及時修複受損細胞。
幹細胞周圍的細胞形成像搖籃樣的環境保護着幹細胞,這一環境被稱為微環境(幹細胞巢,niche),它是幹細胞存在的基礎。微環境由和幹細胞相鄰的各種細胞、細胞外基質(ECM)以及多種細胞因子等構成。微環境不僅給幹細胞提供養分,同時還指導幹細胞的行動,決定幹細胞的分化方向。
微環境改變是幹細胞歸巢的始動因素,組織損傷局部表達多種趨化因子、黏附因子、生長因子等各種信号分子。不同的微環境分泌不同的信号分子,吸引幹細胞定向到達該組織。幹細胞歸巢,最終歸巢至骨髓,歸巢至各個髒器,歸巢至炎症及創傷部位,甚至歸巢至腫瘤部位。
本講總結:幹細胞存在于生命的整個過程,通過自我複制去替代病亡的細胞,當體外補充進新的幹細胞,會遵循“歸巢”效應,主動找到有炎症的病體去修複。
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