自從骨髓移植技術鎖定于造血干細胞（hematopoietic stem cell， HSC）這種不可思議的多能性實體細胞（可形成幾乎所有的血細胞）之后，它的理論就開始深入人心了。HSC的“自我更新”能力遵循著層次分化路徑進行，包含嚴格編排的事件流。目前，HSC原理作為一種范例，用以解釋其它哺乳動物組織中出現(xiàn)的實驗觀察現(xiàn)象。但是，進化為何會以如此類同的方式來解決組織更新的問題，其中的原因尚不明晰。而人們試圖將實體組織的觀察結果套入HSC的層次模式，結果卻產(chǎn)生了混淆不清的理論、術語、實驗方法和激烈的辯論，而且大多仍無法解決。試想，既然不同大小、結構和功能的器官經(jīng)受的是*不同的生物學和生理學挑戰(zhàn)；那么各種組織也有不同的再生需求，自然也會進化出不同的方式來恢復細胞數(shù)量，這樣的說法似乎也有道理。

日本廣島遭受爆炸事件之后，人們開展了多項實驗，用輻射小鼠建立模型，進行對抗白細胞減少的骨髓移植研究。這種治療性骨髓移植技術使得科學家們減少了對限制性環(huán)境（通過異體骨髓挽救血細胞的生成）的關注，轉而研究有形實體物質(zhì)HSC的特性。同時，人們開發(fā)出替代性定量分析方法（脾臟病灶形成分析）來檢測活體中的HSC；隨之又開發(fā)出多種體外分析法，用以檢測克隆性HSC和譜系限制型祖細胞。上述成果使得人們對HSC的界定特性及其激發(fā)的細胞分化層次產(chǎn)生了共識。

HSC屬于稀有細胞，它本身極少發(fā)生分裂（即“靜止”），這是因為DNA復制帶有變異的風險。HSC即便是發(fā)生分裂，也是不對稱的，產(chǎn)生一個具有分裂活性的子代祖細胞和一個新的靜止干細胞。由于HSC具有*的限制性自我更新能力，因此壽命很長。而分裂出來的子代祖細胞隨之下移一級，逐漸成為譜系限制性細胞，zui終產(chǎn)生各種成熟的血細胞。所以，細胞通過這個等級分層系統(tǒng)單向流動，逐漸背離原有的HSC。其實，人們早就獲知了上述觀點，數(shù)十年之后才能夠研究其它哺乳動物組織中的更新。那么，自此之后，我們又知道了些什么呢？

干細胞功能分散化

20世紀70年代，細胞培養(yǎng)技術的發(fā)展促使增殖性表皮細胞得以廣泛擴增，形成大片皮膚；借助自體移植技術，還挽救了眾多燒傷患者的生命。這實在是激動人心的干細胞潛能范例。然而，迄今為止，表皮干細胞的身份仍然存在爭議。因為它只產(chǎn)生單種細胞——角化細胞，這一點不符合干細胞多能性的特點。但是，在這個定義事件的背后，一個更深層次的問題浮現(xiàn)出來了。目前為止，人們還是無法識別那種靜止的稀有干細胞。它潛藏在大量增殖性祖細胞（組成表皮基底層）之中。確實，對這類增殖細胞進行隨機標記，結果產(chǎn)生的表皮克隆產(chǎn)物總是在不斷地改變形狀和大小，并且終生存在。

食管、腸隱窩、胃腺體和睪丸也有類似的情形。這些組織中隱藏著大量具有同等潛能的增殖性類干細胞，每一個都擁有產(chǎn)生長生譜系細胞后代的固有能力。這些干細胞不斷地進行擴增，競爭生態(tài)位空間；由機遇來決定哪一個細胞將長期存留，其余則zui終消失。然而，這些活性干細胞卻不符合HSC的界定特性：它們量多（并非稀有），周期循環(huán)（并非靜止），且大多呈對稱性分裂（并非不對稱）；而且，它們的壽命并非預先設定，而是隨機決定。因此，盡管上述組織中明確地隱藏著組織更新的功能，卻分散在大量細胞群中。在單體細胞水平，存在著具有原型干細胞特性的非罕見固有干細胞。

靜止性

非增殖狀態(tài)在實驗上的定義就是具有保留化學DNA標記的能力，該定義廣泛用于界定干細胞的特性。但是，我們體內(nèi)的絕大多數(shù)細胞都是不發(fā)生細胞分裂的，這使得靜止成為一種不具差別化的參數(shù)。而且，細胞存在的*原因就是產(chǎn)生是子代細胞，若是極少發(fā)生分裂，那就顯得有點兒悖于常理。

當然，確實存在靜止干細胞的范例。毛囊隆突部中*被界定的干細胞就是靜止的。此外，橫紋肌中也含有靜止的典型細胞——衛(wèi)星細胞。我們知道，正常的肌纖維是大塊、長生的非增殖性合胞體，與之親密并存的卻是細小的（僅僅比細胞核稍大）非分裂細胞（即衛(wèi)星細胞）。這種衛(wèi)星細胞長年處于靜止狀態(tài)，僅在肌肉受損時才會產(chǎn)生行動。它們通過不對稱的細胞分裂進行自我更新，同時也產(chǎn)生子代——收縮性肌纖維。

在腸隱窩中，可持續(xù)性增殖的Lgr5干細胞（圖1）處于基底部位，“儲備”的靜止干細胞則居于腸隱窩基底順數(shù)+4位。有觀點認為，這類細胞占據(jù)了層級的zui高位，產(chǎn)生可增殖的Lgr5細胞。近來，遺傳跟蹤研究揭示了另一種替代機制：+4細胞代表了已出現(xiàn)細胞周期的子代，其目的是zui終分化成分泌細胞。Lgr5干細胞的突發(fā)缺失可誘導+4細胞定位于隱窩基底部位，使之重新獲取多能性Lgr5干細胞表型。這些靜止的+4細胞具有*性——壽命短，這是由于它們將會發(fā)生分化和凋亡的緣故。但作為一個類別，這些可轉運的細胞扮演著儲備性干細胞池的角色，違反干細胞應當以單向層級流動的規(guī)則。

可塑性

+4分泌祖細胞可能會被認為能夠展現(xiàn)出某種可塑性。在其它組織中，已經(jīng)觀察到類似的現(xiàn)象。因此，當基底部位的干細胞池缺失時，氣道上皮的管腔分泌細胞也能轉化為多能性干細胞狀態(tài)。此外，zui終分化的、可產(chǎn)生*的主細胞位于胃腺基底部位，也以一種緩慢的不易覺察的速度走上多能性干細胞的命運之路，這個過程極大地加速了增殖性干細胞池的缺失。在上述例子中，“靜止”細胞在對抗損傷的組織更新方面發(fā)揮了關鍵的作用。但是，在非干擾狀態(tài)時，這類細胞會停止分裂，同時進行分化，這個過程的產(chǎn)生并非源于干細胞的作用。

共存的干細胞類型

成熟的毛囊是多種干細胞寄居的大本營，每一種都有其獨占的居所。在毛囊維護的過程中，這些干細胞僅產(chǎn)生其特定位置所需要的特化細胞類型。但若是在受損情況下，它們就會展示出明顯的可塑性，產(chǎn)生表皮任一部分的細胞。有兩項關于哺乳動物干細胞的經(jīng)典研究采用了HSC原理。研究將單種哺乳動物上皮細胞移植到適合的位置——脂肪墊，識別出了那種細胞，以其力量產(chǎn)生了完整的、具有功能的乳腺，其結構包括兩層：基底（或稱肌上皮）層，以及管腔層。盡管兩項研究都使用遺傳物質(zhì)在活體內(nèi)進行標記，并已證實這類多能干細胞的存在，但另一項研究卻表明基底和管腔中的細胞系都各自通過相互獨立的干細胞進行維護。而在前列腺干細胞域中，也出現(xiàn)了類似的困惑情形：有報道稱多能干細胞位于基底部位，也有報道稱它們其實在管腔層，簡直莫衷一是。而zui近的研究表明，長期以來，基底部位和管腔的細胞系都是通過相互獨立的干細胞進行維系的。不過，有一點是明確的，上述觀察結果中無一與經(jīng)典的干細胞分層*吻合。

分化細胞也有更新功能

肝臟是哺乳動物組織中的再生*。在半肝切除術中，殘留肝的實質(zhì)細胞在未進行去分化的情況下進入了分裂周期。數(shù)周之內(nèi)，原肝臟的質(zhì)量和功能都恢復了，所有的細胞都恢復到非增殖狀態(tài)。只有極少部分啟用了“自我更新”，以利用剩余的肝細胞迅速取代經(jīng)手術切除的肝實質(zhì)細胞。于是，當毒性制劑（例如毒素或病毒）同時影響所有肝實質(zhì)細胞的正常運轉時，另一種更為普通的替代性肝臟修復機制就被激活了。在肝臟整體受損的情況下，膽管網(wǎng)絡系統(tǒng)中的細胞轉為具有雙重效用的干細胞狀態(tài)（“卵形細胞”），它能使肝實質(zhì)細胞和膽細胞再生。目前為止，人們已努力識別出肝臟中的“專職”干細胞——除分化外無其它功能的細胞，但是，正常肝臟中也有可能根本沒有這類干細胞，只是*依賴于兩種已分化細胞的增殖能力。同時，對于其它在健康狀態(tài)下極少顯示增殖活性的內(nèi)臟器官——如胰臟和腎臟，類似的考慮也可能適用。

如何定義干細胞功能？——“恐怕應該從尋找干細胞的實體轉為尋找干細胞的功能”

HSC原理的關鍵在于：血細胞數(shù)量的維持和再生是通過相互離散、數(shù)量的實體物質(zhì)——HSC單獨完成的。HSC理論的靚麗外表和內(nèi)在成功簡直是勢不可擋。此后，關于其它組織的研究也幾乎是不可避免地將重點放在發(fā)現(xiàn)HSC等效物的課題中。不過，是否適合將HSC理論作為經(jīng)*例的爭論卻并未實質(zhì)性地發(fā)生。這兒給出的例子提到了關于哺乳動物組織更新模型研究，但沒有一個能明確地與HSC理論相匹配。另外，還有一些值得注意的例外，比如肌肉衛(wèi)星細胞或者隆突部干細胞，而在大多數(shù)組織中，尚未尋找到稀有的固定型干細胞。

如果有更為開放的方法，那么恐怕人們需要將尋找作為實體存在的干細胞轉為對干細胞功能的尋找。這在操作上的定義是：某種器官能夠替代損失組織的能力。在有條件的情況下，應該開展的實驗應以下述問題作為切入點：關注在組織更新過程中出現(xiàn)增殖性活動的細胞群及其起源?；蛟S，干細胞的功能確實體現(xiàn)于某些組織中固定的干細胞上，但也可能分散在范圍更廣闊的具有中性競爭力、未出現(xiàn)分化的細胞群中。其實，組織更新是可能在兼性干細胞中完成的，讓機會去選擇那些定向細胞甚至是*分化的細胞群。不過，組織也有可能會*避免使用未分化的干細胞，而讓分化的細胞直接進行增殖，從而取代喪失的組織。zui后要說明的是，機體組織到底如何更新，這個問題可能并無一般規(guī)律，因為富有創(chuàng)意的進化力量是沒有止境的。