細胞生物學/組織幹細胞

幹細胞生物學 - 幹細胞概述 - 胚胎幹細胞 - 組織幹細胞 - 幹細胞與醫學
組織幹細胞是在成體組織內具有自我更新能力及能分化產生一種或一種以上特化細胞的原始細胞。在活體內，組織幹細胞存在於特定的微環境(microenvironmenl)中，具有直接參與其組織器官結構和功能動態平衡的維持的功能。所以，對於組織幹細胞生物學特性的認識，不僅需要研究幹細胞本身，而且更需要研究幹細胞與其微環境之間的關係。隨著研究的深入和研究手段的不斷進步，人們對組織幹細胞自身的生物學特性有了逐漸深入的認識，包括造血幹細胞在內的許多其他組織的細胞已被成功分離或鑑定, 而且對其生物學行為和其發生機制也開始有了很深入的研究。

組織幹細胞的基本特徵

組織幹細胞的增殖相對緩慢而且具有自穩定性

1、幹細胞的增殖速率相對較緩慢 生理狀態下成體組織中幹細胞的分裂比較慢，例如小鼠的造血幹細胞每2.5周才複製一次，人的造血幹細胞每10個月才複製一次。目前認為，於細胞的這種緩慢增殖對維持組織穩態具有重要意義。一方面有利於幹細胞對特定的外界信號作出反應，以決定其細胞是進入增殖狀態，還是進入特定的分化程序，另一方面還可以減少DNA複製過程中基因發生突變的機率，降低突變的累積。
2、幹細胞增殖系統具有自穩定性 自穩定性(self-maintenance)是指幹細胞可以在生物個體生命期間內自我更新(self-renewing)並維持其自身數目恆定的特性，它是幹細胞的基本特徵之一。幹細胞要維持自我更新，幹細胞必須要進入細胞周期進行分裂，而且後代細胞必須至少有一個細胞能保待未分化狀態，這兩個方面如果不能保持相對平衡就會導致細胞缺損或者組織異常。研究表明，這種平衡的實現，即幹細胞自我更新的維持，是通過幹細胞不對稱分裂來實現的。當幹細胞發生分裂後，如果所產生的兩個子代細胞都是幹細胞或都是分化細胞，這種分裂方式稱為對稱分裂(symmetry division)；如果產生一個幹細胞和一個分化細胞，則稱之為不對稱分裂(asymmetry division)。
對無脊椎動物而言，不對稱分裂是幹細胞維持自身數目恆定的基本方式。例如，在果蠅的外周神經組織中，其感覺器官的前體細胞的不對稱分裂是受一系列基因調控的，insc 基因就是其中的一個。該基因的表達產物（即Insc蛋白）至少在三個方面對不對稱分裂進行調控：①不對稱地分配細胞膜上的膜聯細胞命運因子(membrane-associated cell fate determinant), 如Numb；②不對稱地分配細胞內mRNA；③決定細胞分裂時紡錘體的取向。
但對哺乳動物而言，卻並非如此簡單。除了存在與上述類似的單個細胞的不對稱分裂外，在有些哺乳動物的可自我更新的組織中，幹細胞產生的兩個子細胞既可能是兩個千細胞，也可能是兩個特定分化細胞，即所謂的對稱分裂。但平均而言，每一個幹細胞可以產生一個子代幹細胞和一個特定分化細胞。因此，從某種意義上講，哺乳動物的幹細胞是種群不對稱分裂(populational asymmetry division)。幹細胞不對稱分裂機制的存在，使得機體對幹細胞的調控更具靈活性，可以更靈活的應對機體生理變化的需要。為了保持幹細胞數目的恆定，機體需要對幹細胞的分裂進行十分精密的調控。有研究表明，在小腸隱窩(crypt)中，如果額外多產生一個幹細胞，則該幹細胞進而就會多產生64～128個子代細胞，而每個正常隱窩僅由大約250個細胞組成。由此可見，維持幹細胞數目的恆定有保持組織的穩定和功能的重要性。以此，哺乳動物幹細胞分裂方式的調控機制也一度成為研究入員關注的熱點。
不對稱分裂是維持幹細胞數量和幹細胞特性的重要條件，但分裂後幹細胞靜息狀態的維持和激活的調控更是在組織維持、再生、功能發揮、可塑性以及組織衰老和死亡中起決定作用的因素。目前研究試圖解釋幹細胞維持靜息狀態的機制，比如E. Llorens-Bobadilla等2015年利用二代測序技術，從成體腦室管膜下區中分離出幾種神經幹細胞並對其單細胞基因表達譜進行了分析，發現這些細胞對大腦急性缺血性損傷的反應各不相同。這些處於從靜息到激活之間各種狀態的於細胞共存於一個幹細胞巢內。單細胞基因表達譜的分析為解釋千細胞靜息狀態的維持和激活機制提供了重要的資料。此外，毛囊幹細胞也是研究這一問題的很好的模型。但是靜息幹細胞由於缺乏明確的分子標誌而且數量較少，所以分離和鑑定都非常困難，而通過組織損傷等手段分離獲得的幹細胞往往被認為是被激活的幹細胞。
3、過渡放大細胞的增殖速率遠高於幹細胞 在發育過程中，當新的組織和器官形成需要時，幹細胞分裂會相應加快，但是，當機體成熟，幹細胞分裂會逐漸變慢，並逐漸進入靜息狀態，以避免成熟前過度消耗和減少突變機率。過渡放大細胞(transit amplifying cell, TAC)是激活的幹細胞經過不對稱分裂產生的位於幹細胞和分化細胞之間的一種細胞類型, 具有一定的分化潛能，所以也有人將其稱為過渡放大前體細胞(transit amplifying progenitor cell, TAP), 其主要特性就是其增殖速率顯著高於幹細胞。如小腸過渡放大細胞比小腸幹細胞分裂速度大約快一倍。目前發現有很多組織幹細胞都會通過不對稱分裂產生過渡放大細胞，包括人和小鼠的角膜幹細胞、人乳腺幹細胞、前列腺上皮、哺乳動物表皮、胃腸道幹細胞、哺乳動物毛囊幹細胞等。一方面，幹細胞可以藉助這種不對稱分裂，保持自身幹細胞特性和數目的穩定性，另一方面可以藉助千過渡放大細胞較高的增殖速率和分化潛能來增加分化細胞的數目，以滿足組織更新或修復的需要。例如小鼠表皮基底層的幹細胞所產生的過渡放大細胞對維持表皮的組織穩態有重要作用。表皮基底層細胞通過不對稱分裂產生一個子代細胞（幹細胞）保留在基底層，另一個子代細胞位於基底上層，也就是會快速分裂的過渡放大細胞。由於不對稱分裂，基底層的幹細胞數目能夠保持穩定，而過渡放大細胞的數址快速上升，並繼而分化產生新的表皮層或進行組織修復。可以觀察到在成層活動發生時，在基底表皮層中，有絲分裂紡錘體超過70%的是垂直朝向基底膜的。

組織幹細胞分化具有很強的可塑性

1、組織幹細胞的分化具有譜系限定性 在個體發育的整個過程中，其個體的各種組織中都有幹細胞的存在，處於不同發育階段和不同組織器官中的幹細胞的分化潛能，則具有嚴格的譜系限定性。一種組織幹細胞它通常只能分化產生其所在組織內的或與之相應的特定功能的細胞，即只產生其細胞譜系以內的細胞類型，而不產生其他組織中的細胞類型，如小腸幹細胞可分化產生小腸組織細胞（即吸收細胞、杯細胞、嗜酸細胞和腸內分泌細胞），神經幹細胞只能產生神經組織細胞（即神經元、星形膠質細胞或少突膠質細胞）。幹細胞（包括全能幹細胞、多能幹細胞和位於各種成體組織中的組織特異性幹細胞）分化譜系的限定性有其複雜而嚴格的調控機制，由於它是認識和理解許多生物醫學現象的複雜性以及其發生機制的基礎，所以，幹細胞分化調控機制的研究是當今幹細胞生物學中的重要研究領域之一。
2、組織幹細胞的分化潛能又可稱之為幹細胞分化的可塑性 可塑性是指細胞對外源和內源因子作出反應從而改變細胞現有狀況的能力。從分化的角度，幹細胞的分化潛能又可稱之為細胞的可塑性，比如神經幹細胞可以分化為神經元、星形膠質細胞和少突膠質細胞。而在某些特殊的條件下，神經千細胞的分化為造血細胞，甚至有的研究結果提示植入小鼠胚胎內的神經幹細胞可以分化成三個胚層來源的細胞，這也是幹細胞分化的可塑性。1997年，M. A. Eglitis 等人將從成年雄性C57BL/6j小鼠中分離的造血幹細胞移植到受亞致死扯照射的雌性WBB6Fl/J-kitW/kitW-V小鼠體內，三天後在受體雌鼠的膠質細胞中檢測到Y染色體的存在，雖然該實驗方法受到一定的質疑，但這暗示了成年動物的造血幹細胞可分化成為腦組織中的膠質細胞。隨後，類似的發現還包括成體造血幹細胞分化形成肌細胞和肝細胞。然而，在活體內（包括在生理狀態和病理狀態下），組織幹細胞是否具有這種特性，則目前尚不明確，但要強調的是，不論是離體還是載體研究，都要通過利用報告基因追蹤觀察這些細胞的活動，不僅要證明被標記的成體幹細胞具備新組織的關鍵結構和生化特性，還要證明這些細胞能適應新組織的內環境並能生存下來，同時也能像該組織內的其他成熟細胞那樣發揮作用。
3、分化細胞可以通過去分化過程獲得組織幹細胞可塑性 一般認為，組織和器官穩態的維持主要是靠組織幹細胞的增殖和分化來補充或替代受損細胞來實現，但近年來研究表明，內源性的非幹細胞在組織更新中的作用也是非常重要的，該結論在三腸渦蟲、兩棲類、魚類、甚至是哺乳動物非上皮組織中都得到了證實。研究發現，非幹細胞參與損傷組織的修復主要是通過自身的去分化和轉分化的過程實現的，這也可以說是組織細胞的「可塑性」。
所謂去分化(dedifferentiation)，是指用分化細胞失去原來的分化特性獲得了同樣組織譜系的前體細胞的能力，而轉分化(transdifferentiation)，是指分化細胞在某個既定的組織中變成了相同組織譜系的分化細胞。雖然轉分化的過程中似乎並不涉及幹細胞可塑性的獲得，但是也並不排除該組織細胞經過了短暫的幹細胞階段然後形成另外一種組織細胞的可能性。
近年來細胞重編程(cellular reprogramming)領域的發展也支待了包括幹細胞在內的許多其他類型的細胞的分化行為的可塑性，研究人員可以在體外對幹細胞或分化細胞進行各種誘導轉變，除了轉分化和去分化，還可以將一種分化細胞直接誘導為另一細胞譜系的幹細胞，但是人們最關心的還是在體內，分化末端的細胞是否能通過轉分化和去分化從而獲得幹細胞的特性，然後行使組織幹細胞在組織修復中的作用呢？
目前很多利用譜系示蹤(lineage tracing)方法進行的體內研究，從多個角度證實了體內分化細胞的可塑性。比如小腸中Lgr5⁺小腸幹細胞的活動是正常生理狀況下小腸隱窩維持的主要成員，它能分化成多種細胞，其中Biml⁺細胞就是由Lgr5⁺小腸幹細胞分化而來，但是在小腸幹細胞－巢單元受到破壞時，Biml⁺細胞能通過去分化形成新幹細胞池行使幹細胞功能；哺乳動物成體腎中的上皮細胞可以通過去分化執行腎修復的功能；在毒物損傷和膽管結紮的清況下，成熟肝細胞可以轉分化為膽管細胞。據此有人提出組織特異性的再生策略除了「幹細胞策略」外，如何在體內或體外喚醒分化細胞的可塑性也是值得深入探討的。

組織幹細胞生理活動的微環境

增殖與分化是調控組織中幹細胞群體穩定性的基本方式，也是調控組織器官結構和功能動態平衡的基本方式。目前一般認為，幹細胞的增殖與分化存在一個嚴密的調控機制，這個調控機制可能就與它所在的組織中的微環境有關， 這種微環境也可稱為幹細胞巢或幹細胞龕(stem cell niche)。目前已經知道，不同幹細胞巢的結構和組成存在很大的差別，這也許就是不同於細胞的生物學行為都受到特定機制調控的結構基礎。目前一般認為，幹細胞巢中各種因素的相互作用決定了幹細胞的休眠、增殖或分化狀態的轉變。幹細胞巢的重要性還體現在，即使在沒有幹細胞的情況下（如通過照射治療去除幹細胞後），幹細胞巢的微環境仍可保留其關鍵作用，允許招募外源性幹細胞並使其歸巢到原有的幹細胞巢。另外，幹細胞巢的功能紊亂與幹細胞衰老或腫瘤轉化有密切關係。由於幹細胞與賴以生存和維持功能的微環境之間不可分割的關係，所以目前經常會用「幹細胞－巢單元」(stem cell-niche unit)來代替「幹細胞巢」或「幹細胞龕」的慣用名詞。

「幹細胞-巢單元」由執行不同功能的異源性成員組成

1. 幹細胞-巢單元不僅僅指幹細胞的定居的物理位置 各種組織幹細胞的存在雖然都有相對固定的組織學部位，但幹細胞-巢單元卻不僅僅是指幹細胞定居的物理部位。這裡是幹細胞與外源性信號發生相互作用的場所，在結構上是一個由幹細胞及其外圍細胞、細胞外基質以及參與其增殖分化調控的相關因子所組成的，並具有動態平衡特性的局部環境。
2. 整聯蛋白和胞外基質參與幹細胞-巢單元的結構體系的形成 整聯蛋白(integrin)是一類細胞黏附分子，其作用依賴於Ca²⁺, 介導細胞與細胞間的相互作用以及細胞與細胞外基質間的相互作用。現在已經知道，幾乎所有動植物細胞均表達整聯蛋白。其中細胞與胞外基質的附著可以由多種受體介導，但目前認識最多的是整聯蛋白。高表達β-整聯蛋白對維持表皮幹細胞(epidermal stem cell)的增殖分化至關重要。β-整聯蛋白還通過MAP激酶(mitogen-activated protein kinase, MAPK)途徑調節角質化細胞等細胞的分化。此外，整聯蛋白有維繫幹細胞在組織中空間位置的作用，否則幹細胞會脫離生存環境而分化或凋亡。胞外基質還有調節幹細胞微環境中局部分泌因子濃度的作用，整聯蛋白的激活和表達也要受胞外基質蛋白的調節。
3. 幹細胞-巢單元中的分泌因子是幹細胞增殖分化的調控因子 在幹細胞-巢單元中，分泌因子(secreted factors)可以是幹細胞自身分泌的，也可以來自外圍細胞或者其他組織細胞。它們對於幹細胞增殖與分化的調控具有重要作用。在不同的幹細胞微環境中，以及不同的生理或發育狀態下，分泌因子的種類及其水平可有很大差別，但這種差異總是與機體發育或生理狀態的需求是相適應的。目前發現，TGF-β(transforming growth factor beta)和Wnt家族的信號分子在多種幹細胞的不對稱分裂以及維持幹細胞自我更新方面起重要作用。
4. 幹細胞-巢單元中過渡放大細胞和分化的子代細胞對幹細胞產生反饋調控 由幹細胞不對稱分裂產生的過渡放大細胞也成為幹細胞-巢單元的一個組成部分。目前認為幹細胞-巢單元成員通過刺激活化的幹細胞進行分裂從而建立「過渡放大細胞池」(TAC pool), 過渡放大細胞池又能夠反過來作為信號中心提供某些幹細胞-巢單元信號，從而調控幹細胞的增殖狀態，體現出調控的「雙向性」。
   

最近的研究提出一些分化的幹細胞後代也能夠作為巢成員並對幹細胞產生反饋調控。例如，毛囊中已經分化的幹細胞在幹細胞-巢單元內形成由分化的Keralin6⁺(K6⁺)細胞組成的隆起的內層，這層細胞能夠抑制隆起外層幹細胞的激活；造血系統中，分化的巨噬細胞歸巢到骨髓後，能增強造血幹細胞的滯留，限制其向外周血移動。總之，目前認為，處於分化末端的子代細胞形成的「譜系反饋循環」在其所處的幹細胞巢單元中發揮調控幹細胞分化的作用。

器官水平上各幹細胞-巢單元之間存在協同作用

「幹細胞－巢單元」的研究讓我們了解到幹細胞-巢單元和幹細胞之間相互作用的基本模式，但是放眼於器官或組織再生、重塑等問題的研究，研究人員不能忽略的是散布在整個組織和器官的所有幹細胞-巢單元之間的相互協同作用。這些單元組成成員的分子特性、分裂模式、群體大小的差異非常大。目前也有越來越多的研究結果支持大部分自我更新的組織是受到多維度幹細胞-巢單元的支持的，所以組織和器官更新過程所面臨的挑戰呈現多層次的特點，不但包括單個幹細胞-巢單元內部的調控，還包括組織和器官中所有巢之間的協同調控。這也是幹細胞生物學研究所面臨的下一個挑戰。

幾種組織幹細胞的研究現狀

造血幹細胞

20世紀40年代後期，在核輻射對造血系統損傷的動物實驗發現，正常骨髓可以修復已被嚴重損傷的骨髓，由此出現了造血幹細胞(hematopoitic stem cell, HSC)的概念。l961年，J. E. Till和E. A. McCulloch首次通過小鼠脾集落形成實驗(spleen colony-forming assay)證實了造血幹細胞在成體內的存在。造血幹細胞在所有骨韻細胞中所占的實際比例很少，但它們卻具有強大的增殖和分化能力。有研究表明，一個單獨的造血幹細胞就可以重建整個造血系統。
在哺乳動物的個體發育中，造血幹細胞最早被發現於早期胚胎的卵黃囊囊壁的血島(blood island)中，隨後被發現於「主動脈-性腺-中腎」(Aorta-gonad-mesonephros, AGM)區，進而被發現於肝和脾中，最後被發現於骨髓中。骨髓是胚胎中後期和出生後整個生命期間的造血場所。
造血幹細胞的分離純化可以通過表面標誌來實現。目前比較明確的人造血幹細胞的表面標誌有CD34⁺、CD38^-、Lin^-、HLA^-、DR^-、Thy⁺、c-Kit⁺、CD45RA^-和CD71^-等。其中，CD34是臨床上應用最多的造血幹細胞標誌物。
造血幹細胞特性的維持與細胞分化方向的抉擇與造血微環境有著密切的關係。研究發現，在哺乳動物骨髓中，一部分HSC存在千骨小梁的骨內膜區，緊靠成骨細胞；另一部分HSC與血竇周圍的血管內皮細胞相連。這提示HSC棲息於兩種微環境一成骨巢和血管周圍巢。研究顯示成骨巢維持HSC的靜態，成骨細胞提供了調節HSC數量及功能所需的調節因子；血管巢調控HSC的增殖、分化和動員等行為。
目前臨床上常用的骨髓移植或造血幹細胞移植療法，實際上就是利用了造血幹細胞可以再殖(repopulate)損傷骨髓的生物學特性。這種療法在白血病的治療中取得巨大的成功，使白血病患者的長期生存率提高到50%～70%, 其療效遠遠地勝於化療。美國醫學家托馬斯(E. D. Thomas)於1956年成功執行了世界上首例人類骨髓移植手術，他也因此而獲得了1990年度的諾貝爾醫學獎。

間充質幹細胞

間充質幹細胞(mesenchymal stem cell, MSC)起源於胚胎期中胚層的間充質，已發現在許多由間充質分化來的成體組織都可以分離出來，包括脂肪組織、胎盤、皮膚、臍帶血、臍帶血管周細胞、牙髓、羊水、滑膜，以及母乳等。目前已有的研究結果證明了間充質幹細胞的多向分化潛能，在體內或體外特定的誘導條件下，可分化為脂肪、骨、軟骨、肌肉、肌健、韌帶、神經、肝、心肌、內皮等多種組織細胞。
儘管間充質幹細胞的研究已有很多，但這些研究大多是基千培養的間充質幹細胞的體外研究，而MSC的體內鑑定則遲遲沒有令人信服的方法和結論，所以關於間充質幹細胞的基本生物學特性的認識基本上都是體外培養的間充質幹細胞的特性。
不同來源的MSC的生物學特性存在著一定差異，這與組織來源，供體種屬特性、分離技術，培養條件以及傳代次數都有關係。目前根據國際細胞治療學會(International Society for Cellular Therapy, 2006)的標準，MSC的基本特性是：①能夠在塑料培養皿上黏附生長；②具有「三向分化」(tri-lineage differentiation)潛能，即脂肪細胞、軟骨細胞和成骨細胞。在此基礎上，還要求具有的特性是，其細胞表面表達CD105(endoglin, SH2)、CD73(ecto-50-nucleotidase)及CD90(Thyl)等分子標誌，不表達CD45、CD19或CD79、CD14或CDllb及HLA-DR等分子標誌。儘管這樣，單就MSC的鑑定來說，目前存在的一個最大的問題仍然是缺乏特異性的分子標誌。
在近十年中，雖然間充質幹細胞的基礎研究仍存在很多問題，但是間充質幹細胞臨床應用卻得到飛速發展，成為了幹細胞研究中的熱點領域之一，主要應用包括：①造血幹細胞移植，包括增強造血功能，促使造血幹細胞移植物的植入，治療移植物抗宿主病。②組織損傷的修復，包括骨、軟骨、關節損傷，心臟損傷；肝臟損傷；脊髓損傷和神經系統疾病。③自身免疫性疾病，包括系統性紅斑狼瘡、硬皮病、炎性腸炎等。④作為基因治療的載體。
有學者認為，MSC在臨床應用方面取得如此大的發展，很大一方面原因並不因為它的幹細胞性質，而是得益於MSC的免疫調節功能，這一獨特的性質使臨床研究為異基因型MSC的移植打開了方便之門。

神經幹細胞

哺乳動物胚胎發育中，在神經外胚層形成後，神經分化就開始了。在鄰近神經誘導信號的作用下，神經外胚層形成一個盤樣結構，稱為神經盤。最早的神經幹細胞就位於神經盤中。
傳統觀點認為，哺乳動物的中樞神經系統在出生後不久就喪失其再生能力，成人腦組織一經損傷就不能再生。然而，近些年的研究發現，在大多數成體哺乳動物神經系統的側腦室壁的室管膜下區(subventricular zone, SVZ)和海馬齒狀回的顆粒下區(subgranular zone, SGZ)有神經幹細胞(neural stem cells, NSC)的存在。NSC具有自我更新能力和分化產生成熟神經元、星形膠質細胞和少突膠質細胞的潛能，由此而賦予了成年個體整個生命期間神經系統特定結構和功能維持的基礎。
在正常生理情況下，SVZ NSC通常處於靜息狀態。但在損傷或其他特定病理清況下，這種細胞可以分化產生增殖性的過渡放大細胞，進而可以產生具有遷移特性的神經母細胞(neuroblast)。然後，神經母細胞可以通過由膠質細胞所形成的軌道網絡從SVZ區域向嗅球遷移。SVZ NSC的分子表型為：GFAP⁺、nestin⁺、及Lex/CD15⁺；過渡放大細胞的分子表型為：DCX⁺、nestin⁺、Tbr2⁺及Lex/CD15⁺；神經母細胞的分子表型為：DCX⁺、Dlx2⁺、PSA-NCAM⁺及nestin⁺；嗅球神經元的分子標誌為：NeuN⁺和DABA⁺。同樣地，在海馬齒狀回SGZ區域中的NSC的分子標誌與SVZ NSC相似，而且也可以分化為神經元，但其產生的過程有些特殊性。
SVZ和SGZ這兩個神經幹細胞微環境中，主要包括下述細胞組分：①星形膠質細胞，該細胞是微環境中的主要細胞組成成分；②基底膜以及伴隨基底膜生成的血管，它們是微環境中的重要成分；③在微環境中存在著某些「胚胎」形態發生因子，這些因子在成年個體的神經發生中發揮重要作用。
NSC的體外培養由B. A. Reynolds和S. Weiss於1992年首先建立。他們發現，這種細胞在EGF存在的條件下以非貼壁的球形（可稱其為「神經球」)的方式生長，當在生長因子被撤出後，就可分化為神經元和膠質細胞。

肝臟幹細胞

肝臟起源於前腸內胚層，與胚胎心臟相接觸的前腸部分受到來自心臟間充質細胞分泌的FGF家族細胞因子的作用而形成肝臟的原基。在肝的原基中，存在肝臟的前體細胞也被稱為肝母細胞(hepatoblast)。
成體肝臟於細胞(hepatic stem cell或liver stem cell)是指存在於成年個體肝臟中，具有分化為肝細胞和膽管細胞能力的一類幹細胞。通過多年的研究，目前通常認為存在於肝細胞和小葉內膽管交界處的赫令管(canal of Hering)或者小葉間膽管的膽管腺(peribiliary gland)上，但是成體肝幹細胞對肝臟穩態的維持方面的貢獻，一直是頗受爭議的。
肝臟是一個十分獨特的器官。與造血、小腸和皮膚等器官不同，生理狀況下肝臟細胞的新舊更替是通過成熟的肝細胞和膽管細胞的增殖來實現的，特別是已高度分化的成熟肝細胞，具有強大的增殖能力。1931年G.M. Higgins和R. M. Anderson建立了肝再生的經典實驗模型，即通過簡單的手術方式切除大鼠2/3的肝組織，大鼠的肝臟可進行再生並在兩星期內恢復至原來大小。在一些慢性藥物損傷中，肝細胞也發揮了主要的修復作用。肝細胞強大的自我修復能力削弱甚至掩蓋了肝幹細胞的貢獻。雖然目前還沒有發現肝幹細胞在2/3切除後的肝再生過程中起作用，也沒有證據表明肝幹細胞在肝臟的生理性更新中起作用，但是，有些實驗室觀察到在經典肝損傷模型中包括飼餵DDC(3,5-die-thoxycarbonyl-1,4-dihydrocollidine)飼料，CDE飲食（膽鹼缺乏、甲硫氨酸補充飼料）或者四氯化碳長期損傷後，源於膽管的肝干/前體細胞，可以一定程度的參與肝臟損傷修復，分化為成熟肝細胞或者膽管細胞。隨著近年來體內細胞示蹤技術的發展，許多研究團隊陸續證明了成體肝臟中不同細胞的作用，這也同時揭示了肝臟穩態維持機制的複雜性，肝細胞，肝星狀細胞，膽管細胞在不同的肝損傷情況下都有可能參與肝臟的修復。

精原幹細胞

精原幹細胞(spermatogonial stem cell)存在於睪丸曲細精管內，緊貼於曲細精管的基底膜。精原幹細胞在曲細精管內的精原細胞(spermatogonium)中所占的比例很小，是分化程度最低的一類原始細胞，它是精子發生的細胞基礎，對維持睪丸曲細精管結構和功能的穩定與平衡具有重要作用。精原幹細胞是研究較早、較多的組織於細胞。 早在60多年前，E.Rolshoven(1941)關於精原細胞的研究實際上就已經涉及了精原幹細胞的內容。經過這些年的發展，目前對於精原幹細胞的生物學特性已經有了較多的認識，並在技術上也已經能夠對精原幹細胞進行分離培養和活體睪丸內移植，這在一定程度上顯示了它在生殖醫學中的意義和作用。
精原幹細胞是精子發生的細胞基礎。精子發生(spermatogenesis)的全過程都發生在睪丸的曲細精管內。對於所有哺乳動物來說，其精子發生都遵循這一基本規律。但目前已經知道， 精子發生的細節在哺乳動物的不同物種之間則存在一定的差異，而這種差異主要存在於從精原幹細胞到初級精母細胞形成的這一分化階段。
小鼠為齧齒類哺乳動物，它的精原細胞分A、B 兩型。從精子發生的角度來講，它們是處於兩個連續分化階段的細胞，即A型精原細胞是較原始的精原細胞，B型精原細胞是由A型精原細胞分化而來的精原細胞。根據各種精原細胞的形態特徵，以及其在曲細精管的管壁內的空間排布特徵，可以觀察到的A型精原細胞有單體A型精原細胞(Asingle ,As)、雙合體A型精原細胞(Apaired,Apr)及鏈狀體A型精原細胞(Aaligned, Aal)三型。現在一般認為，As才是真正的精原幹細胞，而Apr 和Aal僅為精子發生的前體細胞(pro genitor cell)。As分裂可能有兩種方式： 一是其子細胞是互相分離的兩個幹細胞（即仍然是As型精原細胞）。通過這種分裂方式，可以保持幹細胞數量的平衡，以維持其幹細胞庫的穩定性；二是其細胞核分裂，但其細胞質分裂不完全，成為以胞質間橋(cytoplasmic bridge)相連的Apr。Apr的形成，就標誌著該細胞已經進入精子發生的程序。在此基礎上，Apr便可以同樣的方式進行多次分裂（即細胞核分裂而細胞質為不完全分裂），由此可以形成四合體細胞、八合體細胞、十六合體細胞，甚至三十二合體細胞。由於這些合體細胞中的核呈線性排列，其間是以胞質間橋連接，故將它們統稱為鏈狀體A型精原細胞。接下來，鏈狀體A型精原細胞將連續分裂6次，所產生的子細胞依次稱為Al、A2、A3、A4、In(interm ediate, 中間型）和B型精原細胞。B型精原細胞的分裂形成初級精母細胞，進而通過減數分裂Ⅰ形成次級精母細胞，再通過減數分裂lI形成精細胞，進而演變為成熟的精子。如果將鏈狀體A型精原細胞按十六合體計算，那麼，1個精原幹細胞（即As)進入精子發生的程序後， 經過10次有絲分裂，就可產生1024個初級精母細胞，再經過兩次減數分裂，就可產生4096個染色體為單倍體的精細胞。
人和非靈長類動物的精子發生過程的細節目前尚不十分明確。研究表明，基底膜的曲細精管上皮含有未分化型的精原幹細胞(A_dark and A_pale)和分化型精原幹細胞(B型）。A_dark是最初的精原幹細胞，它經過A_pale階段而分化為B型細胞。B型精原幹細胞產生初級精母細胞進入減數分裂並從基底膜移出，後續經減數分裂和精子發生依次產生精母細胞、精子細胞、和終末分化的精子，並釋放到曲細精管的管腔。
精原幹細胞的分化具有一個複雜的調控機制。目前已獲較多進展，如已發現Kit受體是精原細胞分化早期的一個關鍵的調控因素，而幹細胞因子(stem cell factor, SCF)是Kit受體的配體，它可通過Kit受體促進細胞增殖。而且已經知道，精原細胞能表達kit受體，而支持細胞表達其配體——SCF。