生殖
生物个体由产生、生长发育至最后衰老、死亡是生命现象发展的自然规律，因此，产生新个体的生殖活动具有延续种系的重要意义。随着生长发育的成熟，到青春期后，生物体具有产生与自己相似子代个体的能力，这种功能称为生殖 (reproduction)，在高等动物中，生殖是通过两性生殖器官的活动来实现的。本章主要阐述男、女两性的生殖功能及其调节，同时简单介绍与生殖相关的性生理学知识。
第一节 男性生殖功能与调节
男性的主性器官是睾丸(testis)，
附属性器官包括附睾、输精管、精囊腺、前列腺、尿道球腺和阴茎等。睾丸实质主要由100~200个睾丸小叶组成，睾丸小叶内有曲细精管与间质细胞(interstitial cell，Leydig cell)，前者是生成精子的部位，后者则具有内分泌功能，可分泌雄激素 (androgen)。睾丸的功能受下丘脑一腺垂体一睾丸轴活动的调节。
一、睾丸的功能
(一)睾丸的生精作用
精子 (spermatozoa，sperm)
是在睾丸小叶的曲细精管生成的。曲细精管上皮由生精细胞和支持细胞构成。在青春期，从紧贴在曲细精管基膜上的原始生精细胞 (精原细胞)依次经历初级精母细胞、次级精母细胞、精子细胞各个不同发育阶段，最终发育为成熟精子，这一过程称为睾丸的生精作用。精原细胞发育成为精子需两个半月左右。一个精原细胞经过大约7次分裂可产生近百个精子，每天1g成人睾丸组织可生成上千万个精子。
精子的生成是一个连续的过程。首先，位于曲细精管基底部的精原细胞进入增殖期，通过多次有丝分裂变成初级精母细胞。然后，初级精母细胞经第一次成熟分裂 (减数分裂)形成次级精母细胞，染色体数目减少一半，为22条常染色体和1条X或Y性染色体。此后随即进行第二次成熟分裂形成精子细胞，此时染色体数目不再减半。最后，靠近管腔的精子细胞经过复杂的形态变化形成精子，精子发育成熟后脱离支持细胞进入管腔中 (图12-1)。
精子形成时，丢失了大部分细胞器，没有核糖体、粗面内质网及高尔基复合体，而核高度浓缩变长。在显微镜下精子形如蝌蚪，全长60μm，分头、尾两部分，头部主要由核、顶体及后顶体鞘组成，尾部又称鞭毛。新生成的精子自身没有运动能力，需被输送至附睾进一步成熟，停留18~24h后，才获得运动能力。
从青春期到老年期，睾丸都有生精能力，但在45岁以后，随着曲细精管的萎缩，生精能力将逐渐减弱。精子的生成需要适宜的温度，阴囊内温度较腹腔内低2℃左右，适合精子的生成。在胚胎发育期间由于某种原因，睾丸未能下降到阴囊内，
则称为隐睾症。
是男性不育的原因之一。正常男子每次射出精液3~6ml，每毫升精液含 (0.2~4)×108个精子。如精子数量少于每毫升0.2×108个，则不易使卵子受精。吸烟、酗酒也可导致精子活力降低、畸形率增加，甚至少精或无精。
(二)睾丸的内分泌功能
1．雄激素 雄激素 (androgen)由睾丸的间质细胞 (也称Leydig细胞)分泌，主要包括睾酮 (testosterone，T)、脱氢表雄酮 (dehydroiepiandrosterone，DHEA)、雄烯二酮 (androstenedione)和雄酮 (androsterone)等几种。在以上这些雄激素中，睾酮的生物活性最强，其余几种雄激素的生物活性不及睾酮的1/5；但睾酮在进入靶组织后可转变为活性更强的双氢睾酮 (dihydrotestosterone，DHT)。
(1)睾酮的合成、运输与代谢：睾酮是间质细胞线粒体内的胆固醇经羟化、侧链裂解，先形成孕烯醇酮，再经17-羟化脱去侧链而形成的。血浆中仅约2％的睾酮以游离的形式存在，以这种形式存在的睾酮是具有生物活性的。其余绝大部分的睾酮与血浆蛋白结合，其中，约65％的睾酮与血浆中的性激素结合球蛋白 (sex hormone-bindingglobulin，SHBG)结合，SHBG是存在于血浆中与睾酮亲和力很高的一种蛋白质，而余下的33％左右则与血浆白蛋白或其他血浆蛋白质结合。结合与游离形式的睾酮处于动态平衡状态，结合形式的睾酮可作为血浆中的储存库。睾酮主要在靶器官组织中降解，在肝内经还原、氧化及侧链裂解转变为17-酮类固酮，包括雄酮、异雄酮及胆烷醇酮等代谢产物随尿液排出，少数经粪便排出。
正常男子血中睾酮以20~50岁含量最高，为19~24nmol/L，50岁以上则随年龄增长而逐渐减少。此外，成年男子血中睾酮水平还表现有年节律、日节律及脉冲式分泌的现象，且个体差异较大。
(2)睾酮的生理作用：睾酮的作用比较广泛，主要有以下几个方面。
1)影响胚胎分化：雄激素可诱导含Y染色体的胚胎向男性分化，促进内生殖器的发育。
2)维持生精作用：睾酮自间质细胞分泌后，可进入支持细胞并转变为双氢睾酮，随后进入曲细精管，促进生精细胞的分化和精子的生成过程。在患有间质细胞瘤
的病儿，可见到肿瘤附近曲细精管早发的生精过程，说明提高与维持雄激素在曲细精管的局部浓度，有利于生精过程。
3)刺激附性器官的生长和维持性欲：睾酮能刺激附性器官的生长发育，也能促进男性副性征的出现并维持在正常状态 (见第四节)。在人类，若于青春期前切除睾丸，成年时生殖器呈幼稚状态，体貌、体态近似女性，且性欲极低，如成年后切除睾丸，其附属性器官和第二性征也会逐渐退化，性欲显著降低。
4)对代谢的影响：睾酮能促进蛋白质的合成，特别是促进肌肉和生殖器官的蛋白质合成，同时还具有促进骨骼生长与钙、磷沉积以及红细胞生成等作用。
2．抑制素 抑制素 (inhibin)是由睾丸支持细胞分泌的一种分子量约32000的糖蛋白激素，由α和β两个亚单位组成，由于β亚单位的差异，可分为抑制素A (αβA)和抑制素B (αβB)两种形式。抑制素可选择性作用于腺垂体，对FSH的合成和分泌具有很强的抑制作用，而生理剂量的抑制素对LH的分泌却无明显影响。此外，在性腺还存在与抑制素结构近似但作用相反的物质，它是由抑制素的两种β亚单位组成的同二聚体或异二聚体，称为激活素 (activin)，激活素可促进腺垂体FSH的分泌。
二、睾丸功能的调节
睾丸的生精作用和内分泌功能均受到下丘脑-腺垂体的调节，下丘脑、腺垂体、睾丸在功能上联系密切，构成下丘脑-腺垂体-睾丸轴 (hypothalamus-adenohypophysis-testesaxis)。睾丸分泌的激素又对下丘脑-腺垂体进行反馈调节，从而维持生精过程和各种激素水平的稳态。此外，在睾丸内生精细胞、支持细胞和间质细胞之间还存在复杂的局部调节机制。
(一)下丘脑-垂体对睾丸活动的调节
下丘脑弓状核等部位肽能神经元分泌的促性腺激素释放激素 (gonadotropin-releasinghormone，GnRH)经垂体门脉系统直接作用于腺垂体，促进腺垂体促性腺细胞合成与分泌促卵泡激素 (follicle-stimulatinghormone，FSH)与黄体生成素 (luteinizing hormone，LH)，进而对睾丸的生精作用以及支持细胞和间质细胞的内分泌活动进行调节。
1．腺垂体 对生精作用的调节腺垂体分泌的FSH与LH对生精过程均有调节作用。给未成年雄性大鼠注射FSH，可使曲细精管上的生精细胞数量明显增加，生精过程加强。成年雄性动物在摘除垂体后，虽然缺乏FSH和LH，但注射睾酮仍能维持生精过程；而在幼年动物生精过程尚未开始时即摘除垂体，则仅有睾酮仍难以启动生精过程。因此认为，FSH对生精过程有启动作用，而睾酮对生精过程则具有维持效应。进一步研究表明，LH对生精过程也有调节作用，但并非直接影响生精细胞，而是通过刺激睾丸间质细胞分泌睾酮而间接地发挥作用。
近年来的研究表明，生精细胞上无FSH和睾酮受体，而在支持细胞却存在FSH和睾酮受体，因此推测，FSH可能作用于支持细胞上的受体，促进支持细胞产生雄激素结合蛋白 (androgenbinding protein，ABP)，ABP与睾酮结合，可维持曲细精管局部睾酮的高浓度，从而促进生精过程。但生精过程的调控仍有许多问题尚待进一步研究。
2．腺垂体 对睾酮分泌的调节腺垂体分泌的LH可促进间质细胞合成与分泌睾酮，因此，LH又称间质细胞刺激素 (interstitialcell stimulating hormone，ICSH)。LH与间质细胞膜上的受体结合后，通过G蛋白介导，可使细胞内cAMP生成增加，加速细胞内功能蛋白质的磷酸化过程，导致胆固醇酯水解增强，并促进胆固醇进入线粒体合成睾酮。同时，LH也可使间质细胞线粒体和滑面内质网中与睾酮合成有关的酶系的活性增强，从而加速睾酮的合成。LH还可增加间质细胞膜对Ca2+的通透性，使细胞内Ca2+浓度升高，促进睾酮的分泌。
腺垂体分泌的FSH具有增强LH刺激睾酮分泌的作用。在摘除垂体的大鼠，注射LH可引起血中睾酮水平升高；如果先用FSH处理后再注射LH，血中睾酮水平将明显升高，说明FSH和LH对间质细胞分泌睾酮有协同作用。其机制可能与FSH使LH受体的数量增加以及受体对LH的亲和力增强有关。
(二)睾丸激素对下丘脑-腺垂体的反馈调节
睾丸分泌的雄激素和抑制素在血液中的浓度变化，也可对下丘脑和腺垂体的GnRH、FSH和LH分泌进行负反馈调节 (图12-2)。
1．雄激素 当血中睾酮浓度达到一定水平后，可作用于下丘脑和腺垂体，通过负反馈机制抑制GnRH和LH的分泌。整体与离体实验都表明，切除动物的睾丸后，垂体门脉血中的GnRH含量增加；在去势大鼠垂体细胞培养系统中加入睾酮，可抑制LH的分泌。研究表明，在下丘脑与垂体都存在雄激素受体，提示睾酮的负反馈作用可发生在下丘脑与垂体两个水平。另有实验证明，睾酮可降低大鼠腺垂体对GnRH的反应性。睾酮对腺垂体促性腺激素的影响只限于LH合成与分泌，而对FSH分泌无影响。
2．抑制素 在离体培养的成年大鼠睾丸支持细胞，给予FSH可刺激抑制素分泌，两者之间呈剂量一效应关系。给大鼠注射抑制素后，可使血液中FSH含量明显下降，而对LH浓度无显著影响。这些观察提示FSH可促进抑制素的分泌，而抑制素又可对腺垂体FSH的合成和分泌发挥选择性抑制作用。机体通过这一负反馈环路可调节腺垂体FSH的分泌。
(三)睾丸内的局部调节
在睾丸局部，特别是在支持细胞与间质细胞和生精细胞之间，还存在错综复杂的局部调节机制。如睾丸曲细精管支持细胞内存在芳香化酶，可把睾酮转化为雌二醇。实验证明，雌二醇可与间质细胞中的雌二醇受体结合，抑制DNA的合成，使睾酮的合成减少，同时也可对下丘脑一垂体进行反馈调节。另外，睾丸间质细胞还可产生多种肽类物质，如GnRH、IGF-1、转化生长因子 (TGF)、成纤维细胞生长因子等，尽管它们对生精细胞的作用尚无定论，但近年来已在睾丸间质细胞发现多种生长因子或细胞因子的受体，如IGF-1、TGF、肿瘤坏死因子以及白细胞介素的受体等，说明在睾丸局部产生的一些细胞因子或生长因子很可能通过旁分泌或自分泌的方式参与睾丸功能的局部调节。
睾丸、精索等疾病有关书籍：
甾体类口服避孕药的发明
口服避孕药的问世首先应归功于两位杰的出女性：玛格丽特·桑格（Margaret Sanger）和 卡瑟琳娜·迈考尔米克（Katharina Mai Kaur Mick）。玛格丽特·桑格是一位计划生育的长期倡 导者，她的母亲经历了 18 次怀孕，在 50 岁时便离开人世，她决心一生为减少妇女的痛苦和 妇女解放并致力于妇女的节育方法。1917 年，桑格结识了有着相同志向的迈考尔米克，并 陆续在美国开设了多家节育诊所，致力于节育的宣传以及寻找更安全、彻底的方法避免妇女 怀孕。 1950 年，桑格夫人找到了生殖生物学家格雷戈里·平卡斯（Gregory Pincus），详细地谈 了她的意图。平卡斯出生于美国新泽西州，在哈佛大学获得科学博士学位，是当时美国甾醇 类代谢和动物生殖方面的专家，也是马萨诸塞什鲁斯伯里武斯特实验生物学基金会实验中心 主任。在他的实验室中有一位来自中国的生物学家张明觉（M. C. Chang），张明觉出生于山 西省岚县，30 年代初毕业于清华大学，后来留学英国，获剑桥大学博士学位，于 1945 年转 赴美国工作。平卡斯对卵子的研究很有经验，而张明觉则对精子的研究极感兴趣，二人志趣 相投。桑格夫人说服了这两位生物学家开始从事口服避孕药的研究工作，并捐来一笔款资助 他们的实验。 事实上，在平卡斯的口服避孕药发明之前，已经有人发现给动物注射黄体酮会抑制实验 动物排卵。1937 年宾夕法尼亚大学的 3 位科学家曾报道，从动物卵巢中提取出来的孕酮注 射入于兔，可抑制排卵。但是由于当时孕酮是一种极其昂贵的化学物质，而且皮下注射听起 来不是一种有吸引力的节育方法，这项发现并没有引起节育倡导者的兴趣。 1939 年，美国宾夕法尼亚州学院的一位年仅 32 岁的有机化学教授马克耳（R. E. Marker），专攻甾体（类固醇）化学。他发现了一个人工合成孕酮的方法，开始寻找性激素 的商业制造原料。1940 年，他利用暑假，几经周折，终于在墨西哥找到一种野蕃薯类植物， 名叫 dioscorea，可以作为合成孕酮的、价格便宜、能大量供应的基本原料。这时，另一位 生于维也纳的化学家卡尔·杰拉西，1939 年到美国上学，年仅 21 岁就获得了博士学位。他 对马克耳的人工合成孕酮的工作极为推崇。但他认为，孕酮不能口服，必须注射才有效果， 会限制其应用范围。他为解决口服给药问题潜心研究，终于在 1951 年合成了一种新的孕酮 衍生物，称为炔诺酮（northisterone），该药不仅可以口服，而且其效力比注射用的天然孕酮 更强。不久，同类的许多制品相继问世，使人工合成的口服孕酮衍生物的价格竟从每克 200 美元暴跌至 3 美元。 在得到这些孕酮衍生物后，首先用实验动物筛选了 300 多种口服孕激素避孕制品，多数 无效，只有杰拉西的炔诺酮和芝加哥另一公司生产的羟炔诺酮（norethynodrel），口服后抑 制动物排卵的效力最强，约为天然孕酮的 10～15 倍。1956 年，平卡斯又找来不孕专家约翰·洛 克（John Rock），洛克本来是一位治疗不孕的专家，但正是这位治疗不孕的专家的临床试验， 产生了妇女口服避孕药。洛克出生于马萨诸塞州，毕业于哈佛大学医学院，他在波斯顿郊区 有一个生殖诊所。他在 50 名妇女自愿者身上观察到口服炔诺酮具有明显的阻止排卵作用， 并无不良反应。有了这项初步观察结果，他们三人拟合作进行大规模长期试验观察，并选择了离美国很近的波多黎各和海地作为试验基地。这些不发达地区，人口稠密，贫穷落后，适 合于开展这项工作。波多黎各大学医学院也同意合作。截至 1957 年初，共有 1600 名以上妇 女服用羟炔诺酮，总共超过 4000 次月经周期，无一怀孕者，说明成功率为 100%。1957 年， 避孕药就在这两位天才医学专家的研究和临床实验中产生，并于 1961 年剂获得美国食品和 药品管理局批准，作为甾体口服避孕药片公开应用，由于它的高效、方便、价格低廉，受到 全世界广大妇女的欢迎。 甾体口服避孕药片的研制与开发成功，使女性掌握了生育的主动权和控制权，是用生理 学原理控制人口增长的一次革命，是科学技术为人类谋福利的又一伟大范例，它被认为是 20 世纪最重要的发明之一。
试管婴儿之父——张明觉
本世纪40年代后期，在美国马萨诸塞州的一个实验生物研究所，两位生殖生理学博士用兔子的卵子和刚射出的精子，做体外受精试验，经各种方法、反复试验，结果都不成功。
这两位科学家，一位叫平卡斯（Gregory G. Pincus），对卵子的研究很有经验，自称是一个“卵子人”；另一个是一位美籍华裔学者张明觉（M. C. Chang），对精子的研究极感兴趣，人称为“精子人”。体外受精试验的失败，并没有使他们灰心丧气，他们仍在不断地试验和思考，终于在某种灵感的作用下获得了突破。
那是在1950年，张明觉应美国《生理学评论》（Physiol Rev）杂志社的邀请，撰写一篇关于哺乳类动物受精问题的综述。他查阅了几乎所有文献，惊奇地发现，哺乳动物从小白鼠、大白鼠、兔、豚鼠，直到猴和人，从受精到受精卵着床所用的时间，几乎都是5～7天。而且，在每一种哺乳动物，实际上是精子在输卵管内等候卵子，而不是卵子等候精子。他忽然灵机一动：莫非是精子需要在雌性生殖道内停留一段时间，发生一些变化，才具有受精能力？基于以上想法，他立即开始实验，实验结果证实了他的设想。即精子要在雌性生殖道内至少停留2～3小时。同年，澳大利亚的奥斯汀（C. R. Austin）也独立地发现了这个现象，被称为精子的“获能”（capacitation）。这是生殖生理中一个极为重要的现象，从而打开了哺乳动物体外受精的门扉。
1959年，张明觉用娴熟的卵子移植技术，将兔交配后由子宫内回收的精子，再与卵子在体外受精，然后，将受精卵移植到另一母兔的输卵管内，借腹怀孕，成功地生产出仔兔，这是张明觉第一次证实了哺乳类卵子在体外受精能够成功，同时，也为人类试管婴儿的诞生奠定了基础。20年后的1979年，英国两位医生应用张氏这一方法，成功的诞生了震动全世界的第一个“试管婴儿”，名为露易丝·布朗（Louise Brown）。为了纪念张氏的功绩，人们把这个女孩称为“张明觉的女儿”。
雌激素替代疗法
雌激素替代疗法（estrogen replacement therapy, ERT）是指通过补充雌激素来治疗雌激 素分泌减退或者缺乏所引起的疾病的治疗方法。雌激素替代疗法诞生于上世纪 40 年代，主 要用于改善更年期综合征。更年期综合征是由于卵巢功能衰退而出现的一系列泌尿生殖系统 萎缩、骨质疏松以及神经系统、心血管功能紊乱的症状，严重影响中老年妇女的身心健康。 雌激素的补充可以在一定程度上改善这些症状，目前发现，雌激素替代疗法有助于提高中老 年妇女的性欲和性功能，还有预防冠心病、骨质疏松、老年痴呆症等老年病的作用。由于雌 激素效果明显，在很长一段时间内，被认为是中老年妇女的“福音”，在欧美等发达国家被 广泛使用，在美国就有超过 40%的更年期妇女服用雌性激素替代药物。目前雌激素替代疗 法主要应用于：缓解更年期症状；治疗老年性泌尿生殖道萎缩；预防及治疗绝经后骨质疏松； 降低冠心病的发生率；预防老年性痴呆；降低结肠癌的发生；改善老年妇女共济失调。 虽然适量的雌激素，对于减轻更年期症状、骨质疏松症有较好的效果，但是在另一方面， 随着相关研究的继续深入，雌激素补充疗法的副作用也不断被揭示出来。2002 年，美国国 家卫生院“妇女健康活动”（the women’s health initiative, WHI）首次发表公布，发现雌激素 使用者更易得乳癌与心血管疾病。随后的研究也陆续发现，长期大量使用雌激素还可能诱发 子宫内膜癌以及容易增加患卒中、血栓栓塞事件、乳腺癌和胆囊炎的危险性等副作用。因此， 研究人员指出，要慎用激素替代疗法来缓解更年期综合征的症状，而对那些已经采取这一疗 法的人来说应考虑降低剂量。雌激素的使用应该在医生的指导和严格随访下进行，在应用时 也必须慎之又慎。
卵巢在女性一生中的变化
女性在一生中大致要经历以下几个阶段，分别为胎儿期、新生儿期、儿童期、青春期、 性成熟期、更年期和老年期。这几个阶段的出现主要决定于下丘脑-垂体-卵巢轴功能的发育 成长、成熟和衰退，同时体内的内分泌功能也有相应的变化。
1．胎儿期 原始生殖腺形成于胚胎第 5～6 周，来自 3 种不同组织的细胞，即原始生殖 细胞、体腔细胞和间充质细胞。在第 7 周之前男女两性胚胎的未分化性腺在外观上是无差别 的。女性胚胎的性染色体为 XX，在性腺发育过程，原始性腺的皮质发育成卵巢，髓质退化。 原始的生殖细胞分化为卵原细胞，卵原细胞进行活跃的有丝分裂，在胚胎 5 个月时数目达到 最高峰，可达 600～700 万个。之后卵原细胞进行减数分裂形成卵母细胞。胚胎七个月时卵 母细胞停滞在减数分裂前期。出生时卵母细胞减少到 200 万个左右。
2．新生儿期 胎儿出生到一个月为新生儿期。卵巢处于幼稚状态，出生时卵母细胞减 少到 200 万个左右。
3．儿童期 新生儿期后即进入儿童期，约为 10～12 年。下丘脑-垂体-卵巢轴功能处于 抑制状态。卵巢仍处于幼稚状态，卵巢内卵母细胞后继续退化和减少，大量卵泡闭锁。
4．青春期 青春期是指儿童期发育到性成熟期之间的一段生命时期。在此时期，卵巢 从幼稚状态向成熟状态过渡，卵巢表面光滑、有弹性，分泌功能旺盛。在激素的作用下，生 殖器官快速发育，出现第二性征。以月经初潮的出现标志着青春期的开始。
5．性成熟期 指青春期后，性功能成熟，具有生育能力，历时约 30 年，直到更年期。 规律的月经周期是性成熟的主要特征。卵巢可以周期性的排卵，雌激素、孕激素、黄体生成 素和卵泡刺激素也出现周期性变化。此期生殖器官均已发育成熟，性腺功能趋于稳定，也称 为生育期。女性一生在性成熟期约排出 400～500 个成熟的卵子。
6．更年期 女性从更年期逐渐进入老年期的过渡阶段。在此阶段，卵巢功能逐渐衰退 并终止，卵巢内卵细胞数目明显减少到基本耗尽。
7．老年期 老年期开始于 60 岁或 65 岁，妇女已经绝经将近 10 年。此期，卵巢功能已 经衰竭，卵巢功能已经完全消失。雌激素水平极低，不能维持女性第二性征，出现外阴瘙痒、 老年性阴道炎及尿失禁等。骨质疏松和冠心病发生率升高。
胚胎干细胞及其应用前景
（一）胚胎肝细胞
干细胞（stem cell）是集体内存在的一类特殊细胞，具有体外培养无限增殖、自我更新 和多向分化的特性。根据发生来源，干细胞可分为胚胎干细胞和成体干细胞。1999 年 12 月， Science 杂志公布了世界科学发展的评定结果，干细胞的研究成果名列十大科学进展榜首。 胚胎干细胞（embryonic stem cells, ES cell）简称 ES 细胞，是从早期胚胎的内细胞团或 胎儿原始生殖细胞分离得到的高度未分化、具有发育全能性的干细胞，能被诱导分化为机体 几乎所有的细胞类型。ES 细胞一方面具有早期胚胎细胞相似的形态结构，另一方面，ES 细 胞还具有细胞系的特征，可以在体外长期传代、冷冻保存以及进行核移植和遗传操作等。1970 年 MatinMvans 从小鼠中分离出胚胎干细胞并在体外培养成功，而人的胚胎干细胞的体外培 养直到 1999 年才获得成功。
（二）胚胎干细胞研究的意义和应用前景
胚胎干细胞具有自我更新、多向分化潜能，具有巨大的基础研究和临床应用价值，是人 类发育机制研究、临床药物筛选的理想模型，也为干细胞移植治疗疾病提供丰富的细胞来源。
1．用于发育生物学研究 早期胚胎由于体积小和需要在子宫内发育，因此很难在体内 研究其细胞分化及其机理。ES 细胞在培养过程中可以加入分化诱导因子，如牛黄酸、丁酰 环腺苷酸等，可诱导 ES 细胞向不同类型的组织细胞分化，因而 ES 细胞是研究体外细胞分 化的理想材料。ES 细胞是一种发育全能性的干细胞，在体外培养条件下可被诱导分化为神 经、肌肉、软骨、上皮细胞等 200 多种机体细胞，可以将带有遗传标记的 ES 细胞注入早期 胚胎的囊胚腔，通过组织化学染色，了解 ES 细胞的分化特点，为研究胚胎发育过程中的细 胞分化、组织和器官形成的规律等提供了可能。另外，由于仅靠自身胚胎干细胞是无法形成 胚胎的，也不会引起与胚胎实验研究相关的伦理问题。 2．用于药物的筛选的研究 全世界每年有大量的新药诞生，而药物的测试或者直接以 人体为测试对象会对人体产生巨大的副作用，或者以动物为测试对象则消耗大量的动物及人 力、物力、财力。用 ES 细胞进行药物的筛选则具有很大优点。 （1）与体内方法相比，不用考虑对人体及动物的副作用，而且可以区分生殖细胞和体 细胞突变剂。 （2）减少了药物实验所需的动物的数量，降低了成本。 （3）由于胚胎干细胞在体外可以经诱导分化成多种组织类型的细胞，因此不仅可以研 究药物等化合物对细胞的毒性，还可以研究对胚胎发育的毒性，有利于阐明发育毒理学。同 时就细胞毒性而言，ES 细胞对药物等化合物的敏感性也高于成体组织。 （4）可以结合分子生物学技术，定量分析药物等化合物作用下基因的表达，有利于胚 胎毒性定量测定。这些都使得 ES 细胞在药物筛选中显示出巨大的发展前景。 3．用于疾病治疗的研究 由于 ES 细胞的发育全能性，体外培养的 ES 细胞经过定向诱 导分化，可形成相应的细胞、组织和器官，通过细胞和组织器官的移植，使体内病变的组织 器官得以修复并恢复正常功能。任何涉及丧失正常细胞的疾病，均可通过移植由胚胎干细胞分化而来的特异细胞或组织来治疗。另外，由于用自体的细胞进行培养后移植，还可避免异 体移植所带来的免疫排斥问题。 目前已证明，用 ES 细胞诱导分化出的某些组织细胞已能或可能治疗许多相关疾病，如 用心肌细胞修复坏死的心肌，胰岛细胞治疗糖尿病，皮肤细胞治疗烧伤和创伤，神经细胞治 疗治疗神经退行性疾病（如帕金森病、亨廷顿舞蹈病、阿尔茨海默病等）。例如，帕金森氏 综合征是以某些运动障碍为临床特征的一组疾病，是由于多巴胺神经系统病变或损伤引起原 发性多巴胺缺损。如果在体外培养胚胎干细胞，并定向诱导其分化成生成多巴胺的神经细胞， 可用于治疗帕金森综合征。 干细胞技术最诱人的前景是可以将干细胞在体外进行“器官克隆”，干细胞在体外发育 成一完整的器官，特别是心、肝、肺等精细复杂的器官，以供病人移植。如果这一设想能够 实现，将是人类医学中一项划时代的成就，人体中的任何器官和组织一旦出现问题，可像更 换损坏的零件一样随意更换和修理。但是到目前，这一目标还处于研究阶段，也取得了一些 令人兴奋的成果，如英国爱丁堡大学的科学家在实验室中利用人的羊水和动物的胚胎细胞培 育出了人体肾脏。但是对于器官克隆，仍然存在许多难题，因为器官的形成是一个非常复杂 的三维过程，很多器官是两个不同胚层的组织相互作用而形成的，而且即便是发育完整的来 自自然机体的器官， 要离体培养并维持其正常的生理功能也很难做到。
（三）胚胎干细胞应用中的争议
虽然研究和利用胚胎干细胞是当前生物工程领域的核心问题之一，然而，人类胚胎干细 胞的研究工作在全世界范围内还是有着很大争议。支持者认为这项研究有助于根治很多疑难 杂症，是一种挽救生命的慈善行为，是科学进步的表现。反对者认为，由于涉及胚胎的应用， 胚胎干细胞研究就等于是怂恿他人“扼杀生命”，是不道德的，反伦理的，另外，而由于治 疗性克隆距生殖性克隆仅一步之遥，反对者也担心，迟早会导致克隆人的出现。由于争议， 许多国家都设立了由研究人员、伦理学家和其他利益相关者组成的咨询小组，制定了 ES 细 胞研究的各项法规，评估科学家的干细胞研究项目及其潜在风险，以确保干细胞研究与该国 规定的伦理标准一致。如何更好地利用科学技术造福人类，而又避免科学与伦理成为对立的 两方，这是需要科学家和社会共同思考并解决的问题。
