植物干细胞和动物干细胞的区别

以往我们谈干细胞的时候，通常都是指动物（人体）干细胞，今天我们就来谈谈植物干细胞，以及它们和动物干细胞之间的异同，最后再谈谈植物干细胞的应用

大家都知道，植物不能运动，而且植物的寿命通常都很长，许多树木可以存活几百年甚至上千年，植物拥有如此长寿命的一个基本条件就是体内必须具有一群长期存在的干细胞，这样它们才能一方面不断的自我更新，另一方面分化成许多成熟的细胞或组织。这点和动物干细胞很相近，只是动物的干细胞衰竭的太快。

植物干细胞有助于植物一生的持续生长，而动物干细胞有助于成年人的再生和修复。此外，植物干细胞存在于分生组织而动物干细胞存在于身体的大部分组织中。

什么是植物干细胞

植物干细胞是位于植物分生组织中未分化的细胞。它由全能细胞组成，能在植物体中产生任何类型的细胞。植物干细胞的主要功能是为植物组织的形成持续供应前体细胞。

植物干细胞的特征包括：

1.能够形成所有分化细胞的类型；

2.具有自我更新的能力，维持干细胞的数量；

3.位于分生组织或者原形成层。

尽管愈伤组织具有干细胞样属性，但是从根本上来讲愈伤组织和植物干细胞不同。愈伤组织的分化能力与干细胞相似，但两者的不同在于它们的来源。植物干细胞存在于植物分生组织及原形成层；愈伤组织来自于体细胞，是体细胞对损伤的暂时响应，是一个临时获得刺激的细胞。

植物干细胞和愈伤组织之间的差异还在于细胞分化和增殖的能力是不同的，只有位于分生组织中的干细胞在植物的整个生命周期可以产生并形成新的组织和器官。如下图所示。

1.分生组织 2.中柱(具有平衡肌层的平衡细胞) 3.尖端的侧面部分 4.死亡细胞 5.伸长区

什么是动物干细胞

动物干细胞按照潜能分为全能干细胞、多能干细胞和专能干细胞，成体干细胞一部分属于多能干细胞，一部分属于专能干细胞，它们存在于身体的大多数组织中，包括骨髓、骨骼肌、肝脏、胰腺、大脑、眼睛、牙髓、皮肤、血液和胃肠道内壁。这些组织中的动物干细胞持续分裂以形成新的细胞，这些新的细胞可以保留为干细胞或者在需要时分化成组织中的细胞。

植物和动物干细胞的相似点

1.植物和动物干细胞都是未分化的细胞。

2.它们通过不断分裂产生新细胞来负责生长。

3.两者都自我更新以维持干细胞数量。

4.它们负责身体各部分的再生和修复。

植物干细胞和动物干细胞的区别

植物干细胞与动物干细胞在细胞特征、功能、信号传导、研究方法等方面均有所不同。

位置

植物干细胞存在于分生组织中，而动物干细胞存在于大多数动物组织中。

功能

植物干细胞负责植物体的持续生长，而动物干细胞负责组织的再生和修复。

效力

许多植物干细胞在它的整个生活周期中都具有全能性。例如存在于植物苗端分生组织和根端分生组织中的干细胞，具有旺盛的再生能力，在干细胞的整个生活周期中能使植物生长并且产生新的器官。

在动物中，通常将干细胞分为全能干细胞(如胚胎干细胞可以分化形成所有的成体组织细胞，甚至发育成为完整的个体)、多能干细胞(具有多向分化的潜能，可以分化形成除自身组织细胞外的其它组织细胞，如造血干细胞、神经干细胞、间充质干细胞、皮肤干细胞等)和单能干细胞。真正具有全能性的细胞是受精卵和其分裂产生的子细胞。

研究方法的异同

研究动、植物中干细胞的方法不同。在动物中，追踪干细胞的方法是进行细胞分离培养，观察这些细胞在诱导分化条件下的命运。研究人员曾尝试通过不同途径实现动物体细胞重编程以获取胚胎干细胞或胚胎干细胞样的细胞或多潜能干细胞(induced pluripotent stem cells，iPS细胞)。

但是植物细胞被厚厚的细胞壁包围，无法进行单个细胞的分离培养。研究植物干细胞主要是通过观察体细胞胚的形成过程。通过悬浮培养分离出的细胞可以获得体细胞胚，此外早期发育的胚甚至是成熟组织都可以诱导体细胞胚的再生。哺乳动物的干细胞无法通过定位进行分离及鉴定。

动、植物干细胞龛（stem cell niche）

干细胞的定向分化需要一个比较固定的、有调控活性的微环境，称之为龛。干细胞的龛是由容纳干细胞，并控制干细胞自我更新的组织细胞以及细胞外基质组成，干细胞龛的大小往往由信号分子来源及其所能到达的有效范围而限定。

以造血干细胞为例，骨髓为造血干细胞的生长提供了由基质细胞和细胞外基质构成的三维微环境，即造血干细胞龛。造血干细胞龛的三维结构利于细胞与细胞、细胞与基质间的交流。造血干细胞龛对造血干细胞的调控正是通过造血干细胞与微环境的这些信号传递，使细胞表现出相应的生物学行为。

植物干细胞龛则如下图所示。

植物干细胞龛示意图

维持动、植物干细胞功能的主要信号分子

在哺乳动物，Wnt和Notch经典信号途径调控造血干细胞、肠上皮干细胞、皮肤干细胞和神经干细胞的自我更新。

在植物，WUS(wuschel)基因和CLV(clavata)基因之间形成一个反馈调节通路，控制着干细胞的数量和茎端分生组织中心区域的大小，调控茎尖干细胞稳态。Scarecrow(SCR)- Shortroot(SHR)信号通路对根尖细胞起调控作用。SCR和SHR属于GRAS家族的转录因子，对根尖分生区的维持起关键作用。SCR在静态中心及内皮层表达；SHR在根尖中柱细胞表达。SHR和SCR都是维持静态中心功能必需的，共同为干细胞微环境提供信号。近年来研究也证实生长素和细胞分裂素等植物激素通过相互作用，共同调控植物干细胞的分裂和分化。

植物干细胞的应用

植物干细胞的研究和应用主要集中在两个方面，主要包括建立细胞系库和提取物应用。

建立细胞系库和种质资源的保存

在建立细胞系库中，如果冻存一般的植物细胞，那么冻存后复活，其存活率极低。而如果选择形成层的干细胞系，其在温度较低的环境中保存占绝对的优势，存活率高，并且生长速度较快，稳定性极强。将更有利于构建细胞系库和种质资源的保存。

植物干细胞提取物应用

植物干细胞的提取物，相较于动物源有自己独特应用优势，包括如生物多样性、应用安全、对环境更友好、获取容易等等（如下图）。

植物干细胞的培养过程中，会有大量的细胞产物产生，并且这些成分都可用于化妆品、药品、食品等行业当中。

以人参干细胞为例，它的细胞产物的功效有：

1.有效治疗各种综合征，如免疫缺陷和神经机能障碍等；

2.可以有效预防、治疗肝疾病，有效阻止肝炎病毒的再次繁殖；

3.可以抑制癌细胞生长,防止肿瘤的再次形成、生长

4.可以有效预防衰老等病症，抑制由UV辐射引起的活性氧。

有研究证明来自青蒿形成层的干细胞及其培养物可用于药品、 化妆品，有抗炎的效果，能有效抑制环氧合酶；

紫杉干细胞及其培养物有抗癌活性的疗效，如在一定程度上抑制肿瘤血管的生成，诱导癌细胞死亡；

番茄干细胞及其培养物在保护皮肤免受重金属毒性引起的副作用方面具有巨大的潜力，番茄干细胞具有较高含量的抗氧化剂和螯合剂植物螯合素，它们负责螯合重金属，可用于捕获金属，防止对细胞物质和细胞器的潜在损害。

生姜干细胞及其培养物在研究中显示出对女性50%的皮肤结构有改善的迹象，这种效果由于随之而来的皮脂的显著减少而得到增强，在体外试验中观察到皮肤中弹性蛋白纤维的合成增加，从而降低了皮脂产生的速率。

另外在各种植物中发现了抗氧化剂和抗炎化合物，如葡萄、紫丁香，还有瑞士苹果等等，含有这些提取物的化妆品能够对紫外线引起的损伤表现出光保护作用，苹果干细胞也被认为富含植物营养素，如类胡萝卜素和类黄酮等，有苹果干细胞提取物应用效果如下图。

图片来自“植物干细胞提取物延长皮肤和头发寿命”的研究论文，发表于2008年5月国际应用科学杂志，可见应用后皮肤凹陷明显减少。

结语

上文综述了植物干细胞和动物干细胞的异同，以及植物干细胞的应用，我们认为植物干细胞还有很多应用潜能有待挖掘。

当前，在植物干细胞的应用上，我们还应该擦亮眼睛，看清楚在人体上不是直接应用植物干细胞，而是应用植物干细胞的细胞产物（许多化妆品制造商声称他们的产品含有干细胞，而实际上它们含有干细胞提取物，而不是活的干细胞），拿人体干细胞来做比方这就有点类似于干细胞外泌体而非干细胞。只有正确的科学认识，才能更好的开发和利用好植物干细胞。

参考资料：

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