談談植物干細胞和動物干細胞的異同，以及有何用
原標題：談談植物干細胞和動物干細胞的異同，以及有何用
以往我們談干細胞的時候，通常都是指動物（人體）干細胞，今天我們就來談談植物干細胞，以及它們和動物干細胞之間的異同，最后再談談植物干細胞的應用
大家都知道，植物不能運動，而且植物的壽命通常都很長，許多樹木可以存活幾百年甚至上千年，植物擁有如此長壽命的一個基本條件就是體內必須具有一群長期存在的干細胞，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胞或組織。這點和動物干細胞很相近，只是動物的干細胞衰竭的太快。
植物干細胞有助于植物一生的持續生長，而動物干細胞有助于成年人的再生和修復。此外，植物干細胞存在于分生組織而動物干細胞存在于身體的大部分組織中。
什么是植物干細胞
植物干細胞是位于植物分生組織中未分化的細胞。它由全能細胞組成，能在植物體中產生任何類型的細胞。植物干細胞的主要功能是為植物組織的形成持續供應前體細胞。
植物干細胞的特征包括：
1.能夠形成所有分化細胞的類型；
2.具有自我更新的能力，維持干細胞的數量；
3.位于分生組織或者原形成層。
盡管愈傷組織具有干細胞樣屬性，但是從根本上來講愈傷組織和植物干細胞不同。愈傷組織的分化能力與干細胞相似，但兩者的不同在于它們的來源。植物干細胞存在于植物分生組織及原形成層；愈傷組織來自于體細胞，是體細胞對損傷的暫時響應，是一個臨時獲得刺激的細胞。
植物干細胞和愈傷組織之間的差異還在于細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胞在植物的整個生命周期可以產生并形成新的組織和器官。如下圖所示。
1.分生組織 2.中柱(具有平衡肌層的平衡細胞) 3.尖端的側面部分 4.死亡細胞 5.伸長區
什么是動物干細胞
動物干細胞按照潛能分為全能干細胞、多能干細胞和專能干細胞，成體干細胞一部分屬于多能干細胞，一部分屬于專能干細胞，它們存在于身體的大多數組織中，包括骨髓、骨骼肌、肝臟、胰腺、大腦、眼睛、牙髓、皮膚、血液和胃腸道內壁。這些組織中的動物干細胞持續分裂以形成新的細胞，這些新的細胞可以保留為干細胞或者在需要時分化成組織中的細胞。
植物和動物干細胞的相似點
1.植物和動物干細胞都是未分化的細胞。
2.它們通過不斷分裂產生新細胞來負責生長。
3.兩者都自我更新以維持干細胞數量。
4.它們負責身體各部分的再生和修復。
植物干細胞和動物干細胞的區別
植物干細胞與動物干細胞在細胞特征、功能、信號傳導、研究方法等方面均有所不同。
位置
植物干細胞存在于分生組織中，而動物干細胞存在于大多數動物組織中。
功能
植物干細胞負責植物體的持續生長，而動物干細胞負責組織的再生和修復。
效力
許多植物干細胞在它的整個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胞，具有旺盛的再生能力，在干細胞的整個生活周期中能使植物生長并且產生新的器官。
在動物中，通常將干細胞分為全能干細胞(如胚胎干細胞可以分化形成所有的成體組織細胞，甚至發育成為完整的個體)、多能干細胞(具有多向分化的潛能，可以分化形成除自身組織細胞外的其它組織細胞，如造血干細胞、神經干細胞、間充質干細胞、皮膚干細胞等)和單能干細胞。真正具有全能性的細胞是受精卵和其分裂產生的子細胞。
研究方法的異同
研究動、植物中干細胞的方法不同。在動物中，追蹤干細胞的方法是進行細胞分離培養，觀察這些細胞在誘導分化條件下的命運。研究人員曾嘗試通過不同途徑實現動物體細胞重編程以獲取胚胎干細胞或胚胎干細胞樣的細胞或多潛能干細胞(induced pluripotent stem cells，iPS細胞)。
但是植物細胞被厚厚的細胞壁包圍，無法進行單個細胞的分離培養。研究植物干細胞主要是通過觀察體細胞胚的形成過程。通過懸浮培養分離出的細胞可以獲得體細胞胚，此外早期發育的胚甚至是成熟組織都可以誘導體細胞胚的再生。哺乳動物的干細胞無法通過定位進行分離及鑒定。
動、植物干細胞龕（stem cell niche）
干細胞的定向分化需要一個比較固定的、有調控活性的微環境，稱之為龕。干細胞的龕是由容納干細胞，并控制干細胞自我更新的組織細胞以及細胞外基質組成，干細胞龕的大小往往由信號分子來源及其所能到達的有效范圍而限定。
以造血干細胞為例，骨髓為造血干細胞的生長提供了由基質細胞和細胞外基質構成的三維微環境，即造血干細胞龕。造血干細胞龕的三維結構利于細胞與細胞、細胞與基質間的交流。造血干細胞龕對造血干細胞的調控正是通過造血干細胞與微環境的這些信號傳遞，使細胞表現出相應的生物學行為。
植物干細胞龕則如下圖所示。
植物干細胞龕示意圖
維持動、植物干細胞功能的主要信號分子
在哺乳動物，Wnt和Notch經典信號途徑調控造血干細胞、腸上皮干細胞、皮膚干細胞和神經干細胞的自我更新。
在植物，WUS(wuschel)基因和CLV(clavata)基因之間形成一個反饋調節通路，控制著干細胞的數量和莖端分生組織中心區域的大小，調控莖尖干細胞穩態。Scarecrow(SCR)- Shortroot(SHR)信號通路對根尖細胞起調控作用。SCR和SHR屬于GRAS家族的轉錄因子，對根尖分生區的維持起關鍵作用。SCR在靜態中心及內皮層表達；SHR在根尖中柱細胞表達。SHR和SCR都是維持靜態中心功能必需的，共同為干細胞微環境提供信號。近年來研究也證實生長素和細胞分裂素等植物激素通過相互作用，共同調控植物干細胞的分裂和分化。
植物干細胞的應用
植物干細胞的研究和應用主要集中在兩個方面，主要包括建立細胞系庫和提取物應用。
建立細胞系庫和種質資源的保存
在建立細胞系庫中，如果凍存一般的植物細胞，那么凍存后復活，其存活率極低。而如果選擇形成層的干細胞系，其在溫度較低的環境中保存占絕對的優勢，存活率高，并且生長速度較快，穩定性極強。將更有利于構建細胞系庫和種質資源的保存。
植物干細胞提取物應用
植物干細胞的提取物，相較于動物源有自己獨特應用優勢，包括如生物多樣性、應用安全、對環境更友好、獲取容易等等（如下圖）。
植物干細胞的培養過程中，會有大量的細胞產物產生，并且這些成分都可用于化妝品、藥品、食品等行業當中。
以人參干細胞為例，它的細胞產物的功效有：
1.有效治療各種綜合征，如免疫缺陷和神經機能障礙等；
2.可以有效預防、治療肝疾病，有效阻止肝炎病毒的再次繁殖；
3.可以抑制癌細胞生長,防止腫瘤的再次形成、生長
4.可以有效預防衰老等病癥，抑制由UV輻射引起的活性氧。
有研究證明來自青蒿形成層的干細胞及其培養物可用于藥品、 化妝品，有抗炎的效果，能有效抑制環氧合酶；
紫杉干細胞及其培養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，誘導癌細胞死亡；
番茄干細胞及其培養物在保護皮膚免受重金屬毒性引起的副作用方面具有巨大的潛力，番茄干細胞具有較高含量的抗氧化劑和螯合劑植物螯合素，它們負責螯合重金屬，可用于捕獲金屬，防止對細胞物質和細胞器的潛在損害。
生姜干細胞及其培養物在研究中顯示出對女性50%的皮膚結構有改善的跡象，這種效果由于隨之而來的皮脂的顯著減少而得到增強，在體外試驗中觀察到皮膚中彈性蛋白纖維的合成增加，從而降低了皮脂產生的速率。
另外在各種植物中發現了抗氧化劑和抗炎化合物，如葡萄、紫丁香，還有瑞士蘋果等等，含有這些提取物的化妝品能夠對紫外線引起的損傷表現出光保護作用，蘋果干細胞也被認為富含植物營養素，如類胡蘿卜素和類黃酮等，有蘋果干細胞提取物應用效果如下圖。
圖片來自“植物干細胞提取物延長皮膚和頭發壽命”的研究論文，發表于2008年5月國際應用科學雜志，可見應用后皮膚凹陷明顯減少。
結語
上文綜述了植物干細胞和動物干細胞的異同，以及植物干細胞的應用，我們認為植物干細胞還有很多應用潛能有待挖掘。
我們有理由相信植物干細胞和動物干細胞領域的各種最新發展都是有望尋找人類組織更新的重要來源。
當前，在植物干細胞的應用上，我們還應該擦亮眼睛，看清楚在人體上不是直接應用植物干細胞，而是應用植物干細胞的細胞產物（許多化妝品制造商聲稱他們的產品含有干細胞，而實際上它們含有干細胞提取物，而不是活的干細胞），拿人體干細胞來做比方這就有點類似于干細胞外泌體而非干細胞。只有正確的科學認識，才能更好的開發和利用好植物干細胞。
參考資料：
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[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: ; PMCID: PMC.
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