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| 皮膚幹細胞 |
皮膚是人體最大的器官，它被覆於身體表面，由表皮、真皮、皮下組織及附屬器組成。在抵禦微生物入侵、紫外線輻射以及防止水分的丟失、調節體溫和維持人的外貌等方面起着十分重要的作用。
皮膚有極強的修復和再生能力，這與皮膚幹細胞的存在具有直接的關係。雖然目前對皮膚幹細胞的位置、種類和數量報道不一，但研究較多的主要有表皮幹細胞（Epidermalstemcells）和毛囊幹細胞(follilarstemcells)。2015年7月，美國科學家利用皮膚幹細胞培育出人類「迷你」心臟。
目錄
細胞介紹
細胞特徵
臨床應用
應該案例
細胞介紹
表皮幹細胞是各種表皮細胞的祖細胞，來源於胚胎的外胚層，具有雙向分化的能力。一方面可向下遷移分化為表皮基底層，進而生成毛囊；另一方面則可向上遷移，並最終分化為各種表皮細胞。表皮幹細胞在胎兒時期主要集中於初級表皮嵴，至成人時呈片狀分布在表皮基底層。表皮幹細胞在組織結構中位置相對穩定，一般是位於毛囊隆突部皮脂腺開口處與豎毛肌毛囊附着處之間的毛囊外根鞘。
表皮幹細胞與定向祖細胞在表皮基底層呈片狀分布，在沒有毛髮的部位如手掌、腳掌，表皮幹細胞位於與真皮乳頭頂部相連的基底層；在有毛髮的皮膚，表皮幹細胞則位於表皮基部的基底層。其中有1%～10%的基底細胞為幹細胞。不同發育階段的人皮膚表皮幹細胞的含量不同。胎兒期表皮基底層增殖細胞均為表皮幹細胞和短暫擴增細胞，而少兒表皮基底層中部分細胞為表皮幹細胞和暫時擴增細胞，成人表皮幹細胞和暫時擴增細胞所占比例則進一步降低。
細胞特徵
皮膚幹細胞的生物學特性
表皮幹細胞最顯著的是慢周期性(slow cycling)、自我更新能力以及對基底膜的粘附。
①慢周期性在體內表現為標記滯留細胞(label-retaining cell)的存在，即在新生動物細胞分裂活躍時參入氚標的胸苷，由於幹細胞分裂緩慢，因而可長期探測到放射活性，如小鼠表皮幹細胞的標記滯留可長達2年。表皮幹細胞慢周期性的特點足以保證其較強的增殖潛能和減少DNA複製錯誤；
②表皮幹細胞的自我更新能力表現為在離體培養時細胞呈克隆性生長，如連續傳代培養，細胞可進行140次分裂，即可產生1×1040個子代細胞；
③對基底膜的黏附，其主要通過表達整合素來實現黏附過程，而且不同的整合素作為受體分子與基底膜各種成分相應的配體結合。
表皮幹細胞對基底膜的黏附是維持其自身特性的基本條件，也是誘導幹細胞脫離幹細胞群落，進入分化周期的重要調控機制之一。此外，體外分離、純化表皮幹細胞也是利用幹細胞對細胞外基質的黏附性來進行的。
毛囊幹細胞最重要的特點之一也是慢周期性，而且可以有無限多次細胞周期。一個完整的毛囊周期要經過生長期、退化期和休止期。在毛囊生長期時，位於隆突部的細胞可快速增殖，產生基質細胞，進而分化出髓質、皮質和毛小皮等。
而後，毛基質細胞突然停止增殖，進入退化期。最後毛乳頭被結締組織鞘遷拉，定位於毛囊底部，在毛囊處於休止期時，通過毛乳頭上移，使毛囊進入下一個循環。
儘管已經在皮膚表皮、毛囊中發現有幹細胞的存在，但目前一些研究學者對確定皮膚幹細胞的最終來源仍存在爭議。
皮膚幹細胞的分離
皮膚幹細胞的分離主要利用發現的相對特異的表面標誌（如整合素家族成員和角蛋白家族成員）結合流式細胞術進行。
皮膚幹細胞的鑑定
利用皮膚幹細胞一些相對特異的標誌建立了一系列的皮膚幹細胞鑑別方法。最初，一些學者是從研究細胞黏附特性入手的。他們發現，在表皮基底細胞定向分化時，它會失去其對基底膜蛋白的黏附性，而這種黏附性是受細胞表面受體-整合素家族調控的。
整合素為異源雙聚體，包括α和β兩種亞基。在基底層細胞定向分化過程中，β1整合素表達下調，直至細胞完全脫離基底層，其細胞表面β1整合素才喪失表達，故β1整合素可作為表皮幹細胞的一個表面標誌。
表皮幹細胞高度表達3 種整合素家族的因子：α2β1 、α3β1和α5β1。另外，β1整合素高表達也可作為毛囊幹細胞的一個表面標誌；
角蛋白(Keratins)是表皮細胞的結構蛋白，它們構成直徑為10nm的微絲，在細胞內形成廣泛的網狀結構。隨着分化程度的不同，表皮細胞表達不同的角蛋白，因而角蛋白也可作為幹細胞、定向祖細胞以及分化細胞的鑑別手段。
表皮幹細胞表達角蛋白19(K19)，定向祖細胞表達角蛋白5和14(K5和K14)，而分化的終末細胞則表達角蛋白1和10(K1和K10)；有實驗結合表皮幹細胞表面的α6整合素及另一個與增殖有關的表面標誌10G7，可以區分幹細胞與定向祖細胞。
α6陽性而10G7陰性的細胞處於靜息狀態，在體外培養中具有很強的增殖潛能，認為是表皮幹細胞。而α6與10G7均陽性的細胞是定向祖細胞，體外培養證實其增殖能力有限；有p63 (一種與p53 同源的轉錄因子)也可區分人類表皮幹細胞和暫時擴大細胞。表皮幹細胞分化為暫時放大細胞後p63 表達量迅速減少，連續培養的表皮幹細胞可維持p63 分泌。
臨床應用
皮膚幹細胞的臨床應用
皮膚幹細胞的臨床應用主要表現在幾個方面：（1）在細胞替代治療中的應用。當皮膚受到外傷、疾病等的損傷時，位於皮膚表皮基底層和毛囊隆突的皮膚幹細胞就會在內外源因素的調控下，及時增殖分化生成相關細胞，以修復機體受損表皮、毛囊等結構。
特別是大面積Ⅲ度燒傷、廣泛瘢痕切除、外傷性皮膚缺損以及皮膚潰瘍等導致的嚴重皮膚缺損，僅靠創面自身難以實現皮膚的再生，需要足夠的皮膚替代物進行修復。這時可以進行自體皮膚細胞的培養並應用於創面覆蓋。
培養的皮片在體外及移植於創面後均保持有正常表皮的自我更新能力，即保留了幹細胞自我更新與分化潛能的特性。培養的表皮除用於自體移植外，還用於異體移植，如應用於慢性潰瘍與Ⅱ度燒傷創面。直接利用皮膚幹細胞進行組織原位修復。
組織工程中的應用
人工真皮是利用組織工程技術形成商品化用於臨床的真皮替代物，它可誘發正常的皮膚癒合過程，已用於治療大面積燒傷病人的暫時性皮膚覆蓋及慢性皮膚潰瘍的治療。
基因治療中的應用[1]
幹細胞因具有高度自我更新和多向分化潛能，因此一直為基因治療首選的靶細胞。將表皮幹細胞作為皮膚遺傳性疾病等基因治療的靶細胞已成為可能。將外源基因通過逆轉錄病毒導入表皮幹細胞並植入體內後，機體可長期維持轉導基因的表達，這就為表皮幹細胞應用於基因治療提供了可靠的依據。
基因治療除可用於皮膚遺傳性疾病治療外，對於各種原因引起的皮膚腫瘤等也同樣適用。如毛囊腫瘤，在了解其發生機制的基礎上，通過導入腫瘤抑制基因阻斷或抑制腫瘤發生過程，還可將耐藥基因或造血生長因子基因導入正常毛囊幹細胞或耐藥細胞株，提高化療耐受力。
應該案例
北京時間2015年7月16日，美國科學家對從人體皮膚提取的多能幹細胞進行遺傳重組，培育出了一顆擁有人的心臟細胞的微心室。這顆「小心臟」能像完整大小的心臟那樣跳動。研究人員表示，這種「迷你」器官可替代動物實驗，篩查新藥或測試藥物對嬰兒的影響，而且還將幫助科學家們揭示更多人體心臟形成和發育的秘密。