多细胞有机体是由各种不同类型的细胞组成的(表14-1),而这些细胞通常是由一个受精卵细胞经分裂增殖和分化衍生而来的后代。在个体发育中,由一种细胞类型经细胞分裂后逐渐在形态、结构和功能上形成稳定性差异,产生不同的细胞类群的过程称为细胞分化( cell differentiation)。细胞分化的关键在于不同类型细胞中决定细胞命运和功能的特异性转录因子网络的建立,其实质是这些特异性基因在发育的特定时间和空间中选择性表达的结果。细胞分化是多细胞有机体发育的基础,也是目前千细胞( stem cell)l究中所面临的核
心问题。
在个体发育过程中,通过有控制的细胞分裂增加细胞数目,通过有序的细胞分化增加细胞类型,进而由不同类型的细胞构成生物体的组织与器官,执行不同的功能。显然,细胞分化为各种细胞类型,这一过程为细胞通过相互作用完成各种生物学功能,并构建精密而复杂的多细胞生命体奠定了基础,为生命向更高层次的发展与演化创造了必要条件有限基因的选择性表达如何分化出形态功能各异的细胞,精确地构建成各种组织、器官以及多姿多彩的生命体,一直是生命科学面临的最具有挑战性的问题之一。通过对各种不同的模式生物的研究,人们逐渐加深了对上述问题的了解,尤其是干细胞体外分化研究的进展,使我们对于细胞分化和个体发育过程认识,达到了前所未有的高度。
干细胞是一群具有自我更新能力和分化潜能的细胞。多细胞生命体源于受精卵,受精卵即是一个全能性的干细胞。在胚胎发育早期以及成体的不同组织中也都存在分化潜能不同的干细胞。干细胞在胚胎发育、成体组织再生等方面起着至关重要的作用。通过在体外建立不同种类的干细胞系,以及诱导分化产生各种功能细胞的硏究,特别是诱导性多潜能干细胞( induced pluripotent stem cell, iPS细胞)的建系及其相关研究使人们对细胞命运的决定有了全新的认识,并将开启条个体化疾病治疗的新途径。