導語：細胞是人體的基本組成單位，一個成年人體內約有40萬億至60萬億個細胞。干細胞作為具有無限自我更新能力的細胞，能夠產生至少一種高度分化的子代細胞。按發育階段來分，干細胞可分為胚胎干細胞和成體干細胞。根據分化潛能，干細胞可分為全能干細胞、多能干細胞和單能干細胞。鑒于其出色的分化潛能和更新能力，干細胞可用于治療多種疾病。

成年人的心臟基本不具備損傷修復能力。相比可以修復心臟損傷的兩棲動物和魚類，哺乳動物在修復受損心臟方面有其局限性。許多心臟病會導致心肌細胞和血管細胞死亡，并留下彈性較差的疤痕組織，使心臟功能惡化，進一步導致心臟病患者心力衰竭。

2022年5月12日，來自德國慕尼黑工業大學、瑞典卡羅林斯卡研究所和阿斯利康的科學家在Nature Cell Biology發文，這項研究中，科學家利用干細胞創造了一種使用人類心室祖細胞（Human ventricular progenitors，HVPs）在豬體內再生心臟細胞的新技術。該研究證實HVPs在發育過程中對器官的形成至關重要，可以在需要時變成心臟細胞，從而達到修復瘢痕和受損心臟的積極效果（圖1）[1]。

圖1 研究成果（圖源：[1]）

豬心臟在生理上與人類心臟極為相似，因此科學家重點研究HVPs修復豬受損心臟的有效性，從而為后期研究進一步修復人類心臟提供更多線索。主要研究成果如下：

1、為了在單細胞水平上對HVPs介導的心臟修復進行分子解剖，科學家在體外利用成人心臟組織模型來模擬心力衰竭的關鍵步驟。圖2顯示HVPs通過CXCL12/CXCR4信號被吸引到心臟損傷部位，在損傷部位進行動態修復。研究結果表明，HVPs通過協調心臟發育的順序程序能有效促進心臟細胞再生；

圖2 HVP被吸引到心臟損傷部位進行損傷修復的動態過程（圖源：[1]）

2、為了進一步研究HVP在體內遷移和重新修復受損心肌的能力，研究人員在普遍表達LEA29Y的豬中進行了HVPs移植（LEA29Y是一種人類CTLA4-Ig衍生物，可減弱全身T細胞反應），經CD68免疫檢測評估，發現移植后并未出現急性移植排斥反應。此外，以往使用干細胞培養心臟細胞的過程中，患者可能會出現的心律不齊和致命性心律失常等常見副作用，在此項研究中并未出現。

慕尼黑工業大學的Karl Laugwitz教授介紹：“在實驗室研究中，我們能夠動態展示HVPs如何追蹤心臟受損區域，遷移到損傷部位并熟練地為心臟細胞工作，防止形成疤痕組織。”

阿斯利康研究員Regina Fritsche-Danielson博士說：“該技術成功證實心臟新組織的形成。更為重要的是，它改善了心臟功能并減少了疤痕組織，是我們一直在尋找的重建心臟的理想細胞。”

科學家們希望在未來兩年內對人體進行臨床研究，轉化目前的研究成果，為人類心臟病患者開發一種新的治療方法。若是此項可以修復受損心臟組織的新技術能順利投入臨床使用，那么心臟病患者可能會有更好的預期壽命。

在干細胞研究中，間充質干細胞（Mesenchymal stem cells，MSCs）是當前最為熱門的干細胞之一。MSCs具有多向分化的潛能，且免疫原性低、來源廣泛，能定向遷移至受損組織部位，重建受損組織與器官，在器官修復領域發揮重要作用。

近年來，科技部每年投入大量資金推動干細胞研究與轉化。2022年4月29日，國家科技部發布了2022年度國家重點研究計劃《干細胞研究與器官修復》重點專項申報項目指南，涵蓋了干細胞治療新冠肺炎等相關領域（圖3）。

圖3 通知頁面（圖源：科技部官網）

隨著再生科學技術領域的突破以及與生物技術領域不斷的交叉融合，使得目前尚無有效治療手段的器官損傷或有治愈的可能。下面，讓我們結合前沿研究和具體案例，了解干細胞修復器官的諸多應用：

1. 干細胞修復肺部損傷

武漢新冠肺炎爆發期間，部分重癥患者會患上肺纖維化后遺癥，極大影響患者的生活質量。自疫情爆發以來，干細胞多次被提及并多次應用于臨床實驗，其療效及安全性也得到了認可。在武漢，超過200例患者曾接受干細胞治療。從體外回輸的間充質干細胞，可以通過其多向分化的機制，再生出新的肺泡組織，修復受損的肺組織，平衡肺部微環境，在8至10天內實現治愈肺纖維化的目標。

2020年2月15日，科技部生物中心主任張新民在國務院聯防聯控機制發布會上表示，“從目前看，干細胞治療能夠抑制免疫系統過度激活，通過改善微環境促進內源性修復，可抑制肺部急性炎癥進展，緩解呼吸窘迫癥狀，療效顯著（圖4）。”

圖4 科技部生物中心主任張新民發布會發言

2. 干細胞修復卵巢早衰

卵巢早衰不僅導致不孕，還會增加心血管疾病、骨質疏松癥和性功能障礙的發病風險。目前，大多數治療方法收效甚微，干細胞移植成為治療卵巢早衰的研究熱點之一。

2021年，發表在Reproductive Sciences和Stem Cell Research & Therapy上的兩篇綜述均認為，間充質干細胞移植是治療卵巢早衰中最有效的方法，可顯著改善卵巢功能、增加卵泡數量、提高性激素水平、減少顆粒細胞凋亡，可用于治療卵巢早衰和不孕癥（圖5）[2][3]。

圖5 研究成果（圖源：[2]&[3]）

卵巢早衰是當今醫學的一大難題，目前我國已啟動5項干細胞臨床研究項目，可深入評價干細胞治療恢復卵巢功能的安全性和有效性。干細胞治療卵巢早衰或可成為患者的新選擇，為卵巢早衰引起的絕經、不孕不育等疾病帶來治愈希望，幫助女性留住年輕芳華。

3. 干細胞修復胰島β細胞

胰島β細胞功能異常導致的胰島素分泌不足，是I型和II型糖尿病的共同特征之一，許多患者也因此需要終生使用胰島素進行治療。

2020年3月19日，中科院研究組在Cell發文“Long-term expansion of pancreatic islet organoids from resident Procr+progenitors”，首次堅定了小鼠胰島中成體干細胞的“身份”，回答了長期以來胰島中是否存在干細胞的疑問。

圖6 研究成果（圖源：[4]）

該研究成功鑒定了小鼠胰島中的干細胞類群，將Procr+胰島β干細胞和血管內皮細胞共同培養，可以再生出具有功能的胰島類器官。該新器官包含了胰島的所有細胞類型，在功能、形態、超微結構以及轉錄組方面，都與真正的小鼠胰島非常相似，能夠迅速地響應糖刺激并分泌胰島素，為治愈糖尿病提供了一種可能。

4 干細胞修復大腦

科學家曾經認為哺乳動物在進入成年期后，大腦內所有神經元都已經形成，不會新增。直到上世紀60年代才發現，成年人的大腦的某些部位，依然可能產生新的神經元。

2016年6月2日，美國斯坦福大學醫學院的Gary Steinberg在Stroke發文證實，干細胞移植技術可顯著改善患者中風癥狀，讓患者重新獲得行走、運動、講話等生活技能。

圖7 研究成果（圖源：[5]）

SB623細胞屬于MSCs，采集自兩名健康捐贈者的骨髓，并通過實驗室培養加以修飾增強大腦功能。研究團隊選取SB623干細胞作為治療細胞，將其注入患者因中風而損傷的大腦區域后發現干細胞移植技術可以讓患者重新獲得基本生活技能。盡管目前的臨床結果僅僅在小部分患者身上得到了積極的驗證，但是結果卻是振奮人心的。該技術逆轉了中風癥狀，有望改變中風患者已被宣判的人生，并可應用于創傷性腦損傷、神經性衰退疾病等多種腦疾病的治療中。

5 干細胞修復骨關節

骨關節炎是目前骨科領域患病率最高、患者人群最廣的一種疾病。作為一種曾經“專屬于”老年群體的疾病，近年來骨關節炎卻因馬拉松等運動成為當代人的常見病。

近年，科研人員成功地分離了人和動物的MSCs，并發現其在體外仍能保持干細胞特性，使其成為了研究的熱點。由于MSCs高增殖及多向分化能力，已經被用作潛在的軟骨修復再生治療細胞。

MSCs可以局部再生半月板、軟骨內的軟骨細胞，從而治療骨關節炎，或者靜脈輸注間充質干細胞，刺激患者自身軟骨細胞的再生，緩解骨關節炎，恢復骨關節功能。得益于MSCs與各種支架材料有良好的生物相容性，間充質干細胞在軟骨修復應用中具有很好的應用前景[5]。

5月8日，中國科學院院士、清華大學教授中國細胞生物學學會理事長陳曄光在《人民日報》撰文，全面地介紹了干細胞的神奇之處和臨床應用前景。陳院士表示，未來干細胞最重要的應用或是再生醫學，干細胞技術有望用于修復衰老器官，使人延年益壽并享受高質量生活。生命和健康是科學問題，更是每個人都要面對的人生命題。隨著研究成果不斷出現，干細胞將繼續為疑難復雜疾病提供新的治療策略，為人類健康做出新的貢獻。

[1]Poch CM, Foo KS, De Angelis MT, et al. Migratory and anti-fibrotic programmes define the regenerative potential of human cardiac progenitors. Nat Cell Biol. 2022 May;24(5):659-671. doi: 10.1038/s41556-022-00899-8. Epub 2022 May 12. PMID: 35550611; PMCID: PMC9106586.
[2]Ulin M, Cetin E, Hobeika E, et al. Human Mesenchymal Stem Cell Therapy and Other Novel Treatment Approaches for Premature Ovarian Insufficiency. Reprod Sci. 2021 Jun;28(6):1688-1696. doi: 10.1007/s43032-021-00528-z. Epub 2021 May 6. PMID: 33956339; PMCID: PMC8144118.
[3]Shareghi-Oskoue O, Aghebati-Maleki L, Yousefi M. Transplantation of human umbilical cord mesenchymal stem cells to treat premature ovarian failure. Stem Cell Res Ther. 2021 Aug 11;12(1):454. doi: 10.1186/s13287-021-02529-w. PMID: 34380572; PMCID: PMC8359553.
[4]Wang D, Wang J, Bai L, et al. Long-Term Expansion of Pancreatic Islet Organoids from Resident Procr+ Progenitors. Cell. 2020 Mar 19;180(6):1198-1211.e19. doi: 10.1016/j.cell.2020.02.048. PMID: 32200801.
[5]Steinberg GK, Kondziolka D, Wechsler LR, et al. Clinical Outcomes of Transplanted Modified Bone Marrow-Derived Mesenchymal Stem Cells in Stroke: A Phase 1/2a Study. Stroke. 2016 Jul;47(7):1817-24. doi: 10.1161/STROKEAHA.116.012995. Epub 2016 Jun 2. PMID: 27256670; PMCID: PMC5828512.
[6]劉志剛.間充質干細胞在關節軟骨修復中的作用研究進展[J].繼續醫學教育,2016,30(07):104-106.