以往我們談干細(xì)胞的時(shí)候，通常都是指動(dòng)物（人體）干細(xì)胞，今天我們就來(lái)談?wù)?strong>植物干細(xì)胞，以及它們和動(dòng)物干細(xì)胞之間的異同，最后再談?wù)勚参锔杉?xì)胞的應(yīng)用
大家都知道，植物不能運(yùn)動(dòng)，而且植物的壽命通常都很長(zhǎng)，許多樹(shù)木可以存活幾百年甚至上千年，植物擁有如此長(zhǎng)壽命的一個(gè)基本條件就是體內(nèi)必須具有一群長(zhǎng)期存在的干細(xì)胞，這樣它們才能一方面不斷的自我更新，另一方面分化成許多成熟的細(xì)胞或組織。這點(diǎn)和動(dòng)物干細(xì)胞很相近，只是動(dòng)物的干細(xì)胞衰竭的太快。

植物干細(xì)胞有助于植物一生的持續(xù)生長(zhǎng)，而動(dòng)物干細(xì)胞有助于成年人的再生和修復(fù)。此外，植物干細(xì)胞存在于分生組織而動(dòng)物干細(xì)胞存在于身體的大部分組織中。

什么是植物干細(xì)胞

植物干細(xì)胞是位于植物分生組織中未分化的細(xì)胞。它由全能細(xì)胞組成，能在植物體中產(chǎn)生任何類型的細(xì)胞。植物干細(xì)胞的主要功能是為植物組織的形成持續(xù)供應(yīng)前體細(xì)胞。
植物干細(xì)胞的特征包括：
1.能夠形成所有分化細(xì)胞的類型；
2.具有自我更新的能力，維持干細(xì)胞的數(shù)量；
3.位于分生組織或者原形成層。
盡管愈傷組織具有干細(xì)胞樣屬性，但是從根本上來(lái)講愈傷組織和植物干細(xì)胞不同。愈傷組織的分化能力與干細(xì)胞相似，但兩者的不同在于它們的來(lái)源。植物干細(xì)胞存在于植物分生組織及原形成層；愈傷組織來(lái)自于體細(xì)胞，是體細(xì)胞對(duì)損傷的暫時(shí)響應(yīng)，是一個(gè)臨時(shí)獲得刺激的細(xì)胞。
植物干細(xì)胞和愈傷組織之間的差異還在于細(xì)胞分化和增殖的能力是不同的，只有位于分生組織中的干細(xì)胞在植物的整個(gè)生命周期可以產(chǎn)生并形成新的組織和器官。如下圖所示。

什么是動(dòng)物干細(xì)胞

動(dòng)物干細(xì)胞按照潛能分為全能干細(xì)胞、多能干細(xì)胞和專能干細(xì)胞，成體干細(xì)胞一部分屬于多能干細(xì)胞，一部分屬于專能干細(xì)胞，它們存在于身體的大多數(shù)組織中，包括骨髓、骨骼肌、肝臟、胰腺、大腦、眼睛、牙髓、皮膚、血液和胃腸道內(nèi)壁。這些組織中的動(dòng)物干細(xì)胞持續(xù)分裂以形成新的細(xì)胞，這些新的細(xì)胞可以保留為干細(xì)胞或者在需要時(shí)分化成組織中的細(xì)胞。

植物和動(dòng)物干細(xì)胞的相似點(diǎn)

1.植物和動(dòng)物干細(xì)胞都是未分化的細(xì)胞。

2.它們通過(guò)不斷分裂產(chǎn)生新細(xì)胞來(lái)負(fù)責(zé)生長(zhǎng)。

3.兩者都自我更新以維持干細(xì)胞數(shù)量。

4.它們負(fù)責(zé)身體各部分的再生和修復(fù)。

植物干細(xì)胞和動(dòng)物干細(xì)胞的區(qū)別

植物干細(xì)胞與動(dòng)物干細(xì)胞在細(xì)胞特征、功能、信號(hào)傳導(dǎo)、研究方法等方面均有所不同。

位置
植物干細(xì)胞存在于分生組織中，而動(dòng)物干細(xì)胞存在于大多數(shù)動(dòng)物組織中。
功能
植物干細(xì)胞負(fù)責(zé)植物體的持續(xù)生長(zhǎng)，而動(dòng)物干細(xì)胞負(fù)責(zé)組織的再生和修復(fù)。
效力
許多植物干細(xì)胞在它的整個(gè)生活周期中都具有全能性。例如存在于植物苗端分生組織和根端分生組織中的干細(xì)胞，具有旺盛的再生能力，在干細(xì)胞的整個(gè)生活周期中能使植物生長(zhǎng)并且產(chǎn)生新的器官。
在動(dòng)物中，通常將干細(xì)胞分為全能干細(xì)胞(如胚胎干細(xì)胞可以分化形成所有的成體組織細(xì)胞，甚至發(fā)育成為完整的個(gè)體)、多能干細(xì)胞(具有多向分化的潛能，可以分化形成除自身組織細(xì)胞外的其它組織細(xì)胞，如造血干細(xì)胞、神經(jīng)干細(xì)胞、間充質(zhì)干細(xì)胞、皮膚干細(xì)胞等)和單能干細(xì)胞。真正具有全能性的細(xì)胞是受精卵和其分裂產(chǎn)生的子細(xì)胞。

研究方法的異同
研究動(dòng)、植物中干細(xì)胞的方法不同。在動(dòng)物中，追蹤干細(xì)胞的方法是進(jìn)行細(xì)胞分離培養(yǎng)，觀察這些細(xì)胞在誘導(dǎo)分化條件下的命運(yùn)。研究人員曾嘗試通過(guò)不同途徑實(shí)現(xiàn)動(dòng)物體細(xì)胞重編程以獲取胚胎干細(xì)胞或胚胎干細(xì)胞樣的細(xì)胞或多潛能干細(xì)胞(induced pluripotent stem cells，iPS細(xì)胞)。
但是植物細(xì)胞被厚厚的細(xì)胞壁包圍，無(wú)法進(jìn)行單個(gè)細(xì)胞的分離培養(yǎng)。研究植物干細(xì)胞主要是通過(guò)觀察體細(xì)胞胚的形成過(guò)程。通過(guò)懸浮培養(yǎng)分離出的細(xì)胞可以獲得體細(xì)胞胚，此外早期發(fā)育的胚甚至是成熟組織都可以誘導(dǎo)體細(xì)胞胚的再生。哺乳動(dòng)物的干細(xì)胞無(wú)法通過(guò)定位進(jìn)行分離及鑒定。
動(dòng)、植物干細(xì)胞龕（stem cell niche）?
干細(xì)胞的定向分化需要一個(gè)比較固定的、有調(diào)控活性的微環(huán)境，稱之為龕。干細(xì)胞的龕是由容納干細(xì)胞，并控制干細(xì)胞自我更新的組織細(xì)胞以及細(xì)胞外基質(zhì)組成，干細(xì)胞龕的大小往往由信號(hào)分子來(lái)源及其所能到達(dá)的有效范圍而限定。
以造血干細(xì)胞為例，骨髓為造血干細(xì)胞的生長(zhǎng)提供了由基質(zhì)細(xì)胞和細(xì)胞外基質(zhì)構(gòu)成的三維微環(huán)境，即造血干細(xì)胞龕。造血干細(xì)胞龕的三維結(jié)構(gòu)利于細(xì)胞與細(xì)胞、細(xì)胞與基質(zhì)間的交流。造血干細(xì)胞龕對(duì)造血干細(xì)胞的調(diào)控正是通過(guò)造血干細(xì)胞與微環(huán)境的這些信號(hào)傳遞，使細(xì)胞表現(xiàn)出相應(yīng)的生物學(xué)行為。
植物干細(xì)胞龕則如下圖所示。

維持動(dòng)、植物干細(xì)胞功能的主要信號(hào)分子?在哺乳動(dòng)物，Wnt和Notch經(jīng)典信號(hào)途徑調(diào)控造血干細(xì)胞、腸上皮干細(xì)胞、皮膚干細(xì)胞和神經(jīng)干細(xì)胞的自我更新。
在植物，WUS(wuschel)基因和CLV(clavata)基因之間形成一個(gè)反饋調(diào)節(jié)通路，控制著干細(xì)胞的數(shù)量和莖端分生組織中心區(qū)域的大小，調(diào)控莖尖干細(xì)胞穩(wěn)態(tài)。Scarecrow(SCR)- Shortroot(SHR)信號(hào)通路對(duì)根尖細(xì)胞起調(diào)控作用。SCR和SHR屬于GRAS家族的轉(zhuǎn)錄因子，對(duì)根尖分生區(qū)的維持起關(guān)鍵作用。SCR在靜態(tài)中心及內(nèi)皮層表達(dá)；SHR在根尖中柱細(xì)胞表達(dá)。SHR和SCR都是維持靜態(tài)中心功能必需的，共同為干細(xì)胞微環(huán)境提供信號(hào)。近年來(lái)研究也證實(shí)生長(zhǎng)素和細(xì)胞分裂素等植物激素通過(guò)相互作用，共同調(diào)控植物干細(xì)胞的分裂和分化。

植物干細(xì)胞的應(yīng)用

植物干細(xì)胞的研究和應(yīng)用主要集中在兩個(gè)方面，主要包括建立細(xì)胞系庫(kù)和提取物應(yīng)用。

建立細(xì)胞系庫(kù)和種質(zhì)資源的保存?
在建立細(xì)胞系庫(kù)中，如果凍存一般的植物細(xì)胞，那么凍存后復(fù)活，其存活率極低。而如果選擇形成層的干細(xì)胞系，其在溫度較低的環(huán)境中保存占絕對(duì)的優(yōu)勢(shì)，存活率高，并且生長(zhǎng)速度較快，穩(wěn)定性極強(qiáng)。將更有利于構(gòu)建細(xì)胞系庫(kù)和種質(zhì)資源的保存。
植物干細(xì)胞提取物應(yīng)用
植物干細(xì)胞的提取物，相較于動(dòng)物源有自己獨(dú)特應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，包括如生物多樣性、應(yīng)用安全、對(duì)環(huán)境更友好、獲取容易等等（如下圖）。

植物干細(xì)胞的培養(yǎng)過(guò)程中，會(huì)有大量的細(xì)胞產(chǎn)物產(chǎn)生，并且這些成分都可用于化妝品、藥品、食品等行業(yè)當(dāng)中。

以人參干細(xì)胞為例，它的細(xì)胞產(chǎn)物的功效有：
1.有效治療各種綜合征，如免疫缺陷和神經(jīng)機(jī)能障礙等；
2.可以有效預(yù)防、治療肝疾病，有效阻止肝炎病毒的再次繁殖；
3.可以抑制癌細(xì)胞生長(zhǎng),防止腫瘤的再次形成、生長(zhǎng)
4.可以有效預(yù)防衰老等病癥，抑制由UV輻射引起的活性氧。
有研究證明來(lái)自青蒿形成層的干細(xì)胞及其培養(yǎng)物可用于藥品、 化妝品，有抗炎的效果，能有效抑制環(huán)氧合酶；
紫杉干細(xì)胞及其培養(yǎng)物有抗癌活性的療效，如在一定程度上抑制腫瘤血管的生成，誘導(dǎo)癌細(xì)胞死亡；
番茄干細(xì)胞及其培養(yǎng)物在保護(hù)皮膚免受重金屬毒性引起的副作用方面具有巨大的潛力，番茄干細(xì)胞具有較高含量的抗氧化劑和螯合劑植物螯合素，它們負(fù)責(zé)螯合重金屬，可用于捕獲金屬，防止對(duì)細(xì)胞物質(zhì)和細(xì)胞器的潛在損害。
生姜干細(xì)胞及其培養(yǎng)物在研究中顯示出對(duì)女性50%的皮膚結(jié)構(gòu)有改善的跡象，這種效果由于隨之而來(lái)的皮脂的顯著減少而得到增強(qiáng)，在體外試驗(yàn)中觀察到皮膚中彈性蛋白纖維的合成增加，從而降低了皮脂產(chǎn)生的速率。
另外在各種植物中發(fā)現(xiàn)了抗氧化劑和抗炎化合物，如葡萄、紫丁香，還有瑞士蘋(píng)果等等，含有這些提取物的化妝品能夠?qū)ψ贤饩€引起的損傷表現(xiàn)出光保護(hù)作用，蘋(píng)果干細(xì)胞也被認(rèn)為富含植物營(yíng)養(yǎng)素，如類胡蘿卜素和類黃酮等，有蘋(píng)果干細(xì)胞提取物應(yīng)用效果如下圖。

圖片來(lái)自“植物干細(xì)胞提取物延長(zhǎng)皮膚和頭發(fā)壽命”的研究論文，發(fā)表于2008年5月國(guó)際應(yīng)用科學(xué)雜志，可見(jiàn)應(yīng)用后皮膚凹陷明顯減少。

結(jié)語(yǔ)

上文綜述了植物干細(xì)胞和動(dòng)物干細(xì)胞的異同，以及植物干細(xì)胞的應(yīng)用，我們認(rèn)為植物干細(xì)胞還有很多應(yīng)用潛能有待挖掘。

我們有理由相信植物干細(xì)胞和動(dòng)物干細(xì)胞領(lǐng)域的各種最新發(fā)展都是有望尋找人類組織更新的重要來(lái)源。
當(dāng)前，在植物干細(xì)胞的應(yīng)用上，我們還應(yīng)該擦亮眼睛，看清楚在人體上不是直接應(yīng)用植物干細(xì)胞，而是應(yīng)用植物干細(xì)胞的細(xì)胞產(chǎn)物（許多化妝品制造商聲稱他們的產(chǎn)品含有干細(xì)胞，而實(shí)際上它們含有干細(xì)胞提取物，而不是活的干細(xì)胞），拿人體干細(xì)胞來(lái)做比方這就有點(diǎn)類似于干細(xì)胞外泌體而非干細(xì)胞。只有正確的科學(xué)認(rèn)識(shí)，才能更好的開(kāi)發(fā)和利用好植物干細(xì)胞。

參考資料：

[1] 游云, 蔣超, 黃璐琦. 試析植物干細(xì)胞與動(dòng)物干細(xì)胞的異同[J]. 中國(guó)中藥雜志, 2014, 39(2):3.

[2] 徐春明, 王英英, 龐高陽(yáng),等. 藥用植物干細(xì)胞培養(yǎng)技術(shù)及其應(yīng)用[J]. 中草藥, 2013, 44(20):6.

[3] Aggarwal S, Sardana C, Ozturk M, Sarwat M. Plant stem cells and their applications: special emphasis on their marketed products. 3 Biotech. 2020 Jul;10(7):291. doi: 10.1007/s13205-020-02247-9. Epub 2020 Jun 5. PMID: 32550110; PMCID: PMC7275108.

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