胚胎干细胞（embryonic stem cell，ESC细胞）是一种从胚胎的早期阶段衍生出来的细胞，它能够分化成任何类型的体细胞。胚胎干细胞能够分化成任何类型的细胞，因为在胚胎中，这就是它们的用途。

随着胚胎的生长和分裂，泛化的细胞在分裂时必须变得越来越具体。这最终会创造出不同的器官、组织和系统。胚胎干细胞是全能的，这意味着它们可以在动物体内分裂成任何其他类型的细胞。复制是ES细胞的基本特性之一，正是基于这一特性，在一定的培养条件下，胚胎干细胞可以在体外长久和稳定地自我复制，实现ES细胞在体外的“永生”。

胚胎干细胞的使用是一种非常新的医学形式，科学家们长期以来一直在寻找一种自我修复的组织的方法，而胚胎干细胞的分裂就是研究的方向之一。自20世纪50年代末以来，科学家们一直在尝试测试用胚胎干细胞培养组织的各种方法。第一次临床试验是在20世纪60年代末，但进展不大。布什总统暂停使用联邦基金进行干细胞研究，奥巴马政府最终在2009年解除了这一禁令。欧洲国家在资助干细胞研究方面也面临着一场艰苦的战斗。然而，随着科学的进步，出现了新的发现，这使得获取胚胎干细胞变得更加合乎道德。

19世纪末还没有“干细胞”这个概念，Hans Driesch通过震荡使卵裂早期的海胆胚胎细胞相互分离后，发现分开的胚胎细胞能独立地分别发育出新的胚胎；到了20世纪初，欧洲一些研究人员意识到各种血细胞，如白细胞、红细胞、血小板等可能具有相同的来源；1908年，俄罗斯组织学家Alexander Maksimov首次提出了“干细胞”的概念。

真正意义上的哺乳动物的胚胎干细胞是从小鼠的胚胎干细胞提取开始的。1981年7月9日，著名的《自然》杂志发表了英国剑桥大学的马丁·约翰·伊文思爵士和他的同事马修·库夫曼的一篇文章，报道他们建立的第一株小鼠的胚胎干细胞系。同年12月，加利福尼亚大学的盖尔·马丁也在《美国国家科学院院刊》上发表文章，报道了她所建立的小鼠胚胎干细胞系。马丁·约翰·伊文思爵士因为建立小鼠胚胎干细胞系、基因敲除小鼠和基因打靶上的杰出贡献，与马里奥·卡佩琪和奥利弗·史密斯共同分享了2007年的诺贝尔医学与生理学奖。

人的胚胎干细胞的建立要晚得多。1998年11月6日的《科学》杂志发表了一篇名为“人类胚泡来源的胚胎干细胞系”的文章，介绍了第一株人类胚胎干细胞系的分离、培养和鉴定过程。这个工作是美国威斯康星大学的詹姆斯·亚历山大·汤姆森教授和他的同事们的研究成果，也是胚胎干细胞研究中划时代的一件大事。

詹姆斯·亚历山大·汤姆森是胚胎干细胞研究领域的专家，2007年他的实验室与日本山中申弥的实验室同时得到了人类诱导多能性干细胞，这也是干细胞领域划时代性质的一件大事。2008年，他与山中申弥共同被美国《时代》杂志评选为影响世界的100位名人的第54位。

他们为自己的人类胚胎干细胞系制定了严格的定义：（1）必需来源于着床前或正在着床的早期胚胎；（2）可以长期增殖而不分化；（3）具有稳定的可以分化成三个胚层的能力。他们所分离得到的人类胚胎干细胞系在世界各地的实验室中得到了广泛的应用，是最经典的人类胚胎干细胞系。

人胚胎干细胞具有两大特性：( 1 ) 高度的分化潜能 (pluripotency)。人胚胎干细胞可以在细胞培养的任何阶段分化为3个胚胎生殖层中的任何一个。(2)自我更新能力(self-renew)。 人胚胎干细胞能够在维持多能性的同时不断增殖，因此可在体外培养条件下建立稳定的细胞系。

形态学上，人胚胎干细胞呈圆形，较小，直径为15μm-20μm，细胞核大，核质比高，有一个或多个核仁。细胞中多为常染色质，核型正常。细胞质结构简单，其中散在分布着大量核糖体和线粒体。进行体外抑制分化培养时，可见人胚胎干细胞呈集落样（克隆样）生长，细胞间紧密堆积，无明显的细胞界限，形似国家体育场。

人胚胎干细胞可在培养基中形成致密的球形细胞集落，集落内的单个人胚胎干细胞则表现出高核质比和大核仁的特点，说明在人胚胎干细胞增殖过程中，转录和蛋白质合成非常活跃。人胚胎干细胞的特征还在于能够表达许多细胞表面标志物和转录因子，包括阶段特异性胚胎抗原4 ( SSEA-4)、 SSEA-3、 畸胎瘤衍生生长因子1 (TDGF1)、生长分化因子 3(GDF3)、TRA 抗原、Oct3 / 4 以及 Nanog 等 。

胚胎干细胞增殖迅速，不同动物的胚胎干绸胞的增雅周期长短不同。人胚胎干细胞每18h一24h增殖一次，在特殊的培养条件下，如有滥养是阳胞或白血病抑制因子（LIF）存在时，可保持来分化状态和连续无限传代的能力；无特殊培养条件时，则会自动分化为多种细胞。

人胚胎干细胞源于早期胚胎细胞，可表达早期胚胎细胞、畸胎瘤细胞的表面抗原胚胎阶段特异性抗原（stage-specific embryonic 抗原，SSEA)。不同种属、不同时期的胚胎干细胞所表达的SSEA有差异，如小展胚胎干细胞表达SSEA-1，而不表达SSEA-3、SSEA-4；人胚胎干细胞则表达SSEA=3、SSEA=4等表面抗原。SSEA常被用作鉴定胚胎干细胞的一个标志。此外，胚胎干细胞还表达碱性磷酸酶（AKP)和端粒酶。碱性磷酸酶常被用作鉴定胚胎干细胞分化与否的标志之一，端粒酶的表达则表明胚胎干细胞复制的寿命长于体细胞。

在人胚胎干细胞的各种标记中，OCT4 ( 也 称 OCT3 或 OCT3 / 4)在早期胚胎细胞的维持和交流方面的作用是独一无二的：OCT4是早期胚胎细胞中特有表达的一种定向转录因子,由 Pou5f1 基因编码，可以在维持内细胞团细胞增殖的同时抑制细胞分化。 Wang 等发现与OCT4共同作用的还有 SOX2 和 NANOG: OCT4 可以和 SOX2 在 sox-oct 原件处形成一个复合体共同发挥 作 用；而 NANOG 则 能 够 通 过 与 OCT4 和 SOX2 各自的基因 Pou5一级方程式锦标赛 和 Sox2 相 互 作 用 来 维 持 OCT4 和 SOX2 的表达。 除 OCT4 外，Qi 等在将外源性 BMP4 导入 BMP4 缺失的胚胎干细胞后发现细胞外受体激酶(ERK) 和 p38 有丝分裂激活蛋白激酶 (MAPK)活性都显著降低，说明 BMP4 可以通过抑制 ERK 和 MAPK 诱导与细胞分裂以及细胞分化有关的有丝分裂原和生长因子(如LIF、FGF 和 Beep Media Player)的下游信号传导，进而协助维持 hESC的多能性和自我更新能力 。另外。转化 TGFβ 通路的成员 LEFTY1、LEFTY2 以及 GDF3 也可以在多能干细胞中表达。

人胚胎干细胞具有多分化潜能。体内研究发现，若给同源动物皮下注射胚胎干细胞，会形成复杂的混合组织瘤。瘤组织包括胃上皮（内胚层)，骨和软骨组织、平滑肌和横纹肌（中胚层），神经表皮、神经节和复层鳞状上皮（外胚层)。这证明胚胎干细胞系具有分化形成外、中、内三个胚层的潜能。用嵌合体试验和核移植等方法在体外研究胚胎干细胞，也证实胚胎干细胞具有分化成三种胚层的各细胞类型的潜能。

人胚胎干细胞的重要特性有：①胚胎干细胞在适宜的条件下可保持未分化状态，并能进行无限扩增，这就为研究和应用提供充足的细胞来源。②人胚胎干细胞具有分化为三胚层的潜能。在适当的务件诱导下，胚胎干细胞可发育成各种组织的细胞(全能性或多能性)。⑧胚胎干细胞可作为在细胞和分子水平上研究人体发育早期过程和机理的良好模型。胚胎干细胞具有遗传上的可操作性，通过导入外源基因、加入原有基因使其发生同源重组、诱导突变、基因打靶，可作为发现新基因和基因功能研究的有效手段，可了解胚胎的非正常发生和发育过程厦其机制。

临床上对烧伤或创伤患者进行整形修复时主要是依靠自体皮肤的移植，但对于大面积严重烧伤或损伤的患者根本无法移植，只能让患者形成永久性疤痕。最早研究的永久性皮肤替代物为表皮细胞膜片，主要是采用自体或异体的角质形成细胞，在体外培养形成表皮细胞膜片，用来覆盖皮肤缺损,其不能形成皮肤附属结构。

Bagutti等用悬滴培养法培养小鼠ES细胞形成拟胚体，于第2~15天及21天分别有细胞角蛋白CK8和CK19、CK10和CK14的表达，提示ES具有向表皮方向分化的潜能。撒亚莲等研究结果示人类ES细胞源性的表皮样干细胞具有分化为角化复层上皮、毛囊样、皮脂腺样和汗腺样结构的潜能，在ES细胞向皮肤细胞诱导分化方面取得一定进展。刘爱军等研究结果表明移植到创面的ES源性表皮干细胞存活，并向表皮分化，创面完全愈合后，检测出有特异性标记物的角化复层上皮、毛囊干细胞和汗腺，提示ES细胞源性表皮干细胞具有分化为毛囊和汗腺等结构的潜能，说明把ES细胞源性表皮干细胞直接植入到全层皮肤缺损创面，可能对修复表皮及皮肤附属结构起重要作用。以上实验成功地显示ES细胞具有向表皮样细胞诱导分化的潜能，应用于临床可移植到烧伤或创伤患者皮肤进行整形修复。

许多神经系统疾病实际上是由于神经细胞的缺失所致，这些细胞如果得不到新生细胞的补充,所形成的疾病就不可能治愈。2006年，Ueno提出了羊膜基质层基础上的胚胎干细胞诱导诱导方法，将打散的鼠ES细胞种植在明胶包被的人类羊膜基质层上，在无血清培养基里培养了1周之后形成集落，里面包含了大量Nestin阳性细胞和NCAM阳性细胞。通过此法可诱导生成各种类型的神经细胞，包括多巴胺神经元、肌萎缩侧索硬化和原发性视网膜色素变性上皮细胞。李彬等用人类ES细胞高效地分化得到了神经前体细胞。这种神经前体细胞具有多能性及与体内神经发育相似的模式和基因表达变化。

将ES细胞诱导分化为神经细胞的研究，不但可以解释人类神经系统发育过程中的复杂事件，还可以提供可能的供体细胞来源用于细胞替代性治疗。在早期的ES细胞源的神经细胞移植实验中，植入鼠类模型脑中的神经元不仅具有功能活性，而且整合到宿主的脑中，在某些个案中甚至改善了神经退行性疾病的症状。将人胚胎脑神经干细胞球移植到鼠损伤脊髓处，电镜观察到移植细胞与宿主神经元之间有突触形成，大鼠的运动功能也相应恢复。Lu等实验也证明移植神经干细胞能促进损伤脊髓功能恢复。

以上关于ES细胞的研究,为神经系统疾病的治疗，提供了新的有效的方法，尤其是一些伴随脑或脊髓相应部位的特定神经元死亡的老年性疾病，通过诱导胚胎干细胞分化形成新的神经组织细胞并进行移植修复治愈这些疾病。

对于造血系统功能异常，如再生不良性贫血、白血病等，随着医学进展，很多病例得到一定程度的缓解，但仍有相当的患者不能治愈，抑或出现治疗并发症等。胚胎干细胞定向诱导为造血干细胞的研究成果，为临床提供了新的有效的治疗方法。

人们先后采用了悬浮培养、半固体培养基中原位诱导、辅助细胞共培养以及分阶段诱导等多种方法成功地将ES细胞在体外诱导分化为造血各系细胞。张绪超等通过对含人AGM区基质细胞培养体系定向诱导ES细胞为造血干细胞的实验研究，得出人胚早期AGM区基质细胞能促进小鼠ES细胞定向分化为造血干细胞的结论，为研究ES细胞分化为造血干细胞的分子机制提供了实验模型。

关于ES细胞诱导分化为造血干细胞最诱人的前景和用途就是为细胞移植提供原材料，为血液病的治疗提供了新的方法。

2003年5月，Science的一篇报道提出鼠ES细胞体外可分化为卵母细胞，此后共有三个实验室从小鼠ES细胞得到配子样细胞，体外能产生雄性原始生殖细胞和单倍体的雄性配子，在某种程度上表现出具有配子的功能。

ES细胞可以诱导分化为包括生殖细胞在内的所有细胞类型。ES细胞在体外一定条件下，可以发生减数分裂，形成精子和卵子，这为生殖遗传修饰研究提供了一个有用的细胞培养体系，对临床生殖医学的发展具有重要作用。

胚胎干细胞最重要的作用是被用作细胞组织替代治疗甚至设想利用其形成器官做器官移植。胚胎干细胞用于移植治疗所涉及到的免疫排斥问题的解决可能要容易的多。鼠实验显示，胚胎干细胞 易于对基因操作作出响应。可将编码抗原表面分子基因去掉，创造免疫空白的胚胎干细胞——一种通用的供体。另外也可通过基因修饰使胚胎干细胞在免疫学上与最终的移植物宿主相匹配。

胚胎干细胞有两个特点：一是在非分化状态下具有 持续不断的、无限的分裂增殖能力；二是能够分化为成熟个体的任何一种细胞类型，这种特性使得胚胎干细胞技术在克隆动物方面的应用有了可能。

2023年11月10日，世界首只胚胎干细胞“嵌合猴”在中国诞生，这只“嵌合猴”是由食蟹猕猴（长尾猕猴）的两个基因不同的胚胎的细胞组成的，这标志着胚胎干细胞技术在克隆动物方面取得了全新进展。

内胚层衍生物主要包括在肺、肝、胰腺、膀胱、甲状 腺及消化系统中的各类细胞。 产生内胚层细胞的首要 步骤是形成定形内胚层，D'Amour 等在实验中发现，在低血清条件下，可以通过添加高浓度的激活素 A 和 Wnt3a,以阶段特异性的方式将 hESC 选择性诱导分化为定形内胚层。 定性内胚层形成后，进而分化为特定的祖细胞群，如胰岛 β 细胞、肺泡上皮细胞和肝细胞等，并在临床上用于开发糖尿病、肺部疾病和慢加急性肝衰竭/ 肝炎等疾病的细胞替代医疗。

在最近的研究中，Nair 等还发现通过分离和重新聚集未成熟的 β 细胞可以生成 β 细胞样细胞簇(enriched β-clusters，eBC)从而在体外获得 功能性胰岛 β 细胞，在治疗糖尿病方面取得了重大进展。 以类似的方式，在 hESC 分化成定形内胚层后还可以进一步诱导分化为肝细胞。 Agarwal 等在实验中发现，将胶原蛋白 I 基质和肝分化因子(包括 FGF4、 BMP4、肝细胞生长因子和地塞米松)依次添加到低血清培养基中，可以产生高度稳定的功能性肝细胞群，这些细胞能够表达已知的成熟肝细胞特征标志物，并发挥相应的功能；在最新的研究中，Feng 等在体外构建了一种可扩展的无血清悬浮培养系统，该系统能够通过使用人内胚层干细胞作为前体，大规模产生功能性可移植肝细胞，极大程度上满足了肝细胞不断增长的治疗和药物需求。 hESC 分化的另一个目标是肺泡上皮细胞，这些细胞可用于肺部慢性呼吸系统疾病的研究和治疗。 Wang 等使用表面活性蛋白 C 启动子控制的新霉素转基因非病毒转染 hESC，并获得了几乎纯净的肺泡上皮细胞，在 hESC 诱导分化为肺泡上皮细胞群方面取得了显著成功；此外，Strikoudis 等在体外使用 hESC 产生的肺类器官模拟肺纤维化并探究了肺纤维化的发病机制，这为探究纤维化肺病的治疗方法提供了理论依据。

中胚层衍生的细胞已经成功被科学家获得，研究发现 hESC 直接诱导分化为中胚层需要激活 TGFβ 信号传导通路，而这需要通过逐步添加激活素 A、BMP4 和生长因子(如血管内皮生长因子和 bFGF 等)得以实现。还有研究发现可以使 hESC 首先自发分化为 EB 进而获得各种中胚层衍生物：随着 EB 的形成，研究人员在无血清条件下实现了 hESC 向造血谱系细胞的有效分化，其可产生几乎所有类型的血细胞和免疫细胞 。

因此，hESC 分化的造血谱系细胞有望改善需要血细胞移植的现有疗法并通过细胞移植的方法治疗免疫缺陷病等疾病。另一种中胚层衍生物心肌细胞已经可以通过一些方法从 hESC 分化而来 。 Laflamme 等研究发现,，使用激活素 A 和 BMP4 处理致密单层 hESCs，可以使其定向分化为心肌细胞；更重要的是当研究人员将这些细胞移植到心脏受损的大鼠体内后，其可形成功能性心肌细胞并改善受损心脏的功能。

研究人员利用 3D 培养系统将 hESC 和 BMP2 在高密度环境下共同培养从而诱导分化为软骨细胞；Wang 等也通过实验证明了当使用无血清培养基诱导 hESC 产生软骨细胞时，用 BMP2 替代 BMP4 能够使软骨形成基因 SOX5 的表达增加并且更好地驱动 hESC 分化为软骨细胞，增强软骨细胞聚集体的形成。通过定向培养 hESC 所得到的这些细胞可用于治疗关节中软骨破坏或骨密度低下所导致的骨质疏松症和腰椎骨质增生等疾病。

在 hESCs 的培养中，最主要的分化途径是形成外胚层进而分化为各种神经元或神经胶质细胞以及原发性视网膜色素变性上皮( retinal pigment epithelium，RPE) 细胞等。 研究发现，hESC 可以被诱导分化为感觉神经元、多巴胺能神经元 、GABA 能神经元、胆碱能神经元、肌萎缩侧索硬化以及少突胶质细胞等众多神经系统组分并参与各种神经退行性疾病的治疗。

在得到第一个 hESC 株系后不久，Reubinoff 等在体外高密度培养 4 ~ 7 周的 hESCs 中发现了可扩增的神经前体细胞( neural precursor cell，NPC)。 研究人 员将其放置于无血清培养基中作为神经球体扩增，然后通过把球体铺在涂有聚-D-赖氨酸和层粘连蛋白的盖玻片上成功实现了神经诱导。 结果显示：培养基中出现了表达神经元标记物 β-微管蛋白和 MAP2 的细胞；Reubinoff 及其同事还通过添加 B27 补充剂、人重组表皮因子 西妥昔单抗 和 bFGF 来促进 NPC 的扩增，而扩增的 NPC 能够在体外以及移植到小鼠体内后分化为主要的神经谱系———神经元、星形胶质细胞和少突胶质细胞。与此同时，Zhang 等使用了一种不同的方法将 hESC 诱导分化为 NPC，在该研究中，研究人员使用 胰岛素、转铁蛋白、黄体酮、肝素和 bFGF 共同处理 EB，使其在培养基中形成单层管状玫瑰花样神经结构，随后使用分散酶进行酶处理分离得到 NPC；与 Reubinoff 的研究结果类似，产生的 NPC 也能够在体内体外形成少突胶质细胞、星形胶质细胞和成熟神经元。 这些结果都证实了 hESC 衍生的 NPC 的分化潜能，这些细胞为将来可能用于治疗多种中枢神经系统疾病的不同神经元表型的选择性分化奠定了基础。

人体胚胎干细胞诱导分化的神经元功能特性及其移植体内后的作用诱导分化的神经元不仅能够通过移植到患者体内执行功能，也可以在体外的研究中发挥其特性。

(1)5－羟色胺能神经元。 位于后脑中缝核的 5-羟色胺能神经元在调节脑功能方面起关键作用，它能够参与情绪、认知、饱腹感等多种自主神经功能的调节，且涉及多种精神疾病(如抑郁症等)。 因此，为了促进其在体内外的研究，越来越多的科学家致力于将 hESC 诱导分化为 5-羟色胺能神经元。 Lu 等描述了一种通过激活 WNT 和 Shh 信号通路诱导 hESC 分化为 5-羟 色胺能神经元的方法，他们首先将 hESC 放置于含有 SB431542(TGF-β 抑制剂)、DMH1 ( BMP 抑制剂) 和 CHIR99021(GSK3-β 抑制剂)的 SDC 培养基中使其分化成为后脑神经干细胞；随后用 Shh 和 FGF4 共同处理培养物使其腹侧化并获得 5－羟色胺能神经元祖细胞。 研究人员进一步确定细胞的分化潜能。发现得到的神经元能够释放 5-羟色胺，且其他标志物 ( 包括 FEV、SERT 和 LMX 1β)的表达均上调，这标志着中枢 5-羟色胺能神经元的成功分化。为了评估神经元的功能是否成熟，研究人员在细胞培养第 6 周使用了电生理全细胞记录对 15 个神经元进行了测试。实验结果印证了5-羟色胺能神经元的电生理特征: 通过从 -40 pA 到+100 pA 的电流注入可以触发其动作电位，且当注入电流低至+10 pA 时还能够诱发频率与注入电流大小正相关的动作电位；在记录的神经元中，80% 都出现了兴奋性(向下)及抑制性(向上) 突触后自发电流，这表明其能够与周围神经元形成功能性突触网络。 此外，5－羟色胺能神经元还显示出自发动作电势尖峰低，具有亚阈值振荡电位，且神经元在大动作电位和超极化后，超极化持续时间长的特性。

(2)胆碱能神经元。 有关 hESC 分化为胆碱能神经元(BFCN)的研究有助于探索与学习记忆障碍相关疾病(如AD)的发病机制和细胞治疗。 Liu 等使用 了一种新的策略。他们首先将 hESC 在体外分化为原始神经上皮细胞，随后在培养基中加入 Shh 并持续培养一周，从而引导其生成内侧神经节隆起(MGE)祖细胞。 在这个过程中，FOXG1 表达的增加是 MGE 祖细胞成功分化的重要标志；在获得 MGE 祖细胞后，研究人员将它们铺在 hESC 衍生的星形胶质细胞上并加入神经生长因 子、cAMP 及 BDNF 共同培养，一段时间后，所有神经元均表达乙酰胆碱转移酶(ChAT)、NKX2.1、以及囊泡乙胆碱转运蛋白(VAChT)，标志着成熟 BFCN 的产生。研究人员使用全细胞膜片钳记录了分化 8 ~ 10 周的神经元以确定其电生理特性，结果显示神经元在 +20 pA 至+80 pA 电流注入下能够诱导动作电位，并且除了具有正常的膜特性外，还具有内向 Na +和外向 K + 电流以及能够观察到自发突触电流的特征。为了探究 hESC 衍生的神经元在体内能否发挥功能及其机制，Liu 的实验团队将分化的 MGE 样祖细胞移植至学习和记忆丧失的小鼠模型体内，发现移植后的第一周，ChAT +胆碱能神经元很少被发现，然而随着时间的推移，这些神经元在 CA3 区域的锥体细胞层中的数量和细胞大小显著增加，且能够表达胆碱能标记物：VAChT 和人特异性突触素等，这表明移植的胆碱能神经元能够和小鼠锥体神经元之间形成突触接触并发挥作用；研究人员进一步通过行为学实验发现，在移植了 hESC 衍生的神经元两个月后，损伤模型小鼠在识别隐藏平台方面开始表现出减少的潜伏期并且具有更好的表现 。这说明 hESCs 诱导分化的胆碱能神经元具有改善学习、记忆和空间认知缺陷的功能。

(3)谷氨酸能神经元。谷氨酸能神经元是中枢神经系统内最重要的兴奋性神经元，能够调控许多诸如睡眠和摄食等重要的人类活动。 Li 等使用 hESC 在体外诱导分化为谷氨酸能神经元并探究了该亚型神经元的功能特性。首先在没有外源形态发生素的条件下通过添加 RA 将 hESC 分化为具有背侧同一性的端脑祖细胞，接着加入 WNT3A 培养基以确定它们的背侧表型(GLI3 的高水平表达)，最后将这些细胞铺在 Neurobasal 培养基中进而分化为谷氨酸能神经元。在对获得的谷氨酸能神经元进行蛋白质印迹分析后发现，分化 6 周的神经元能够表达谷氨酸能转录因子 TBR1 和 CTIP2；且随着时间的推移，在这些神经元中可以观察到成熟谷氨酸能神经元标志物———囊泡谷氨酸转运蛋白 1(VGLUT1)的表达。随后，研究人员还通过分化后 10~12 周的膜片钳记录分析了 hESC 产生的谷氨酸能神经元的功能特征，结果显示谷氨酸能神经元在电流注入后能够以较大的幅度和较短的持续时间激发强烈的动作电位，并且在分化第10周神经元的记录中还偶尔观察到了第二个动作电位；此外，在电压钳模式中还记录到了内向 Na +和向外的 K +电流，且内向电流可被 1 μmol / L 的河豚毒素阻断。

(4)γ-氨基丁酸能(GABA)神经元。GABA 能神经元是人脑内最常见的中间神经元，其通过释放抑制性神经递质 γ-氨基丁酸调节多种脑内活动， 具有同 BFCN 相似的功能，可以用于改善与学习和认知障碍相关的疾病。基底前脑神经元，包括 BFCN 和 GABA 中间神经元，起源于端脑腹侧部分的 MGE 和视前区 (POa)，因此将 hESC 诱导分化为 GABA 能神经元的最初步骤与 BFCN 相同。Liu 等在培养基中添加 Shh 从而使 hESC 分化为 NKX2. 1 +的 POa 祖细胞，随后将其铺在星形胶质细胞上并加入神经生长因子持续培养一段时间，即分化为成熟的 GABA 能中间神经元。研究发现，GABA 能神经元能够释放 GABA 且表达 DARPP32(投射 GABA 能神经元的标记物) 和 GAD65 (GABA 能神经元的另一种标记)，因此这可以作为 hESC 成功分化为 GABA 能神经元的重要标志。在另一项研究当中，研究人员使用电生理膜片钳技术揭示了 GABA 能神经元的电生理活性：具有自发的动作电位 ，通常显示为“bursting”模式，且当使用荷包牡丹碱时，GABA 受体活性被消除，突触活动被阻断；此外，与谷氨酸能神经元相比，GABA 能神经元具有更窄的峰值和更尖锐的复极化的特点。在体外实验基础的上，Liu 等将神经祖细胞移植到内侧隔膜损伤进而导致海马 GABA 能神经元去神经支配的小鼠体内6个月后，发现小鼠体内分化的神经元群体主要为 GABA 能神经元，且这些神经元被细胞体和纤维中的 vGLU + 斑点包围，表明移植体内的 GABA 能神经元与潜在的谷氨酸能神经元建立了联系并被整合到了局部神经回路中。与此同时，在评估神经元移植前后小鼠的学习记忆能力的实验中，研究人员证实，移植的GABA 能神经元能够改善小鼠的学习能力，有助于功能恢复。

(5)多巴胺能神经元。 hESC 衍生的中脑多巴胺能 (DA)神经元能够为 PD 的细胞替代医疗提供无限细胞来源。 Kawasaki 等发现某些小鼠基质细胞系具有促进小鼠 ESC 神经发生的能力，进而诱导其分化为中脑多巴胺能(DA)神经元。除了经过充分研究的常 规 DA 神经元外，Lammel 等还在实验中发现了 DA 神经元的非典型快速放电亚型，两种神经元具有不同的分子和功能特性。他们将干细胞诱导分化为 DA 神经元，随后对神经元进行免疫组化鉴定，发现所有细胞都能够表达重要的 DA 标记基因酪氨酸羟化酶( TH) 和质膜多巴胺转运蛋白(DAT)，而快速放电亚型的 DA 神经元却对 DAT 的表达非常低。研究人员利用全细胞和穿孔膜片钳技术记录了体外脑切片从而确定这两种不同 DA 神经元的基本电生理特性。研究发现，在电流钳模式下，纹状体 DA 神经元有缓慢的规则放电、典型的低阈值、宽动作电位(AP)和显著的后超极化(AHP)等特点；而皮层 DA 神经元相较于传统的纹状体 DA 神经元，则表现出更快的自发放电频率、更长的 AP 持续时间以及没有 AHP 的宽 AP 波形和下垂组件的特性。在研究中，Chen 等将经过编程表达 DREADDs 系统 ( designer receptors exclusively activatedby designer drugs，只由特定药物激活的受体)的 DA 神经元前体细胞移植到 PD 模型小鼠的纹状体内，通过特定激活该系统的药物 CNO 控制所移植细胞的激活，进而可以规避由于移植数量不可控所造成的功能影响。在此研究的基础上，Xiong 等进一步将 hESC 分化的 DA 神经前体细胞移植到 PD 小鼠受损的黑质脑区，结果发现移植的 DA 神经元能够长出大量神经纤维并与纹状体细胞形成神经连接，其重建的黑质-纹状体神经连接在结构和功能上都与内源神经连接高度一致，从而有助于对 PD 的治疗作用。

胚胎干细胞(ES)成为当今生命科学和生物技术研究的热点，这与它具有“发育全能性”的神奇功能密切相关。但同时，ES研究也引发了当前最为激烈而敏感的伦理之争。

主要围绕两个问题而展开：一是如何看待胚胎。ES主要有三个来源：(1)(自然和人工)流产的胚胎；(2)辅助生殖剩余的胚胎；(3)通过体细胞核转移术得到的胚胎。不管哪一个来源，提取ES必定会损毁胚胎。于是，胚胎是不是生命，是不是人，研究ES是不是不道德的，很自然地成为争论的焦点。另一焦点在于，是否必然滑向生殖性克隆。

2003年10月，联合国大会以80票赞成、79票反对、15票弃权的表决结果，将《禁止人的克隆生殖国际公约》推迟一年。

据报道，美国国立卫生研究院(NIH)收到13000封关于ES研究的公众来信，只有300封表示支持(《维真学刊》2003年秋季号，加拿大哥伦比亚大学中国研究部主办)。而在中国，情况大为不同。2003年，在对上海市、西安市8家三级医院的250名医师进行问卷调查中，58%的医师认为早期胚胎还不是道德意义上的人，超过70%的医师赞同ES研究，高达94%的医师同意ES可为治疗一些“不治之症”提供美好前景。台湾对61位医师的调查，得出了类似结果。

早在2001年8月，当时的美国总统布什就曾签署总统令，禁止联邦资金用于提取胚胎干细胞及其研究，只能对当时已有的21种胚胎干细胞展开研究，致使美国的胚胎干细胞研究一度跌入低谷。直到2009年3月9日美国总统奥巴马签署总统令，宣布扩大联邦资金用于胚胎干细胞的研究，美国胚胎干细胞研究再次迈入正轨。

世界各国对胚胎干细胞研究的管理有着不同的规定：日本、巴西、瑞士、加拿大、澳大利亚等国允许使用体外受精丢弃的受精卵获取胚胎干细胞；中国、韩国、印度、以色列、新加坡允许治疗性克隆的研究；英国是最宽松的，不但允许治疗性克隆，还允许在严格管理和监控下的生殖性克隆；美国则还在纠结中。

在胚胎干细胞的伦理学上必较能得到共识的是：(1)胚胎干细胞研究有益于人类，要尊重；(2)胚胎的地位和权利也要得到尊重；(3)胚胎和卵子、精子不是商品，不能买卖，用于研究时必须遵守相关的法律法规；(4)生殖技术需要监督和控制；(5)坚决反对克隆人。面对迅猛发展的胚胎干细胞研究，伦理问题确实是一个亟待解决的问题，但相信聪明的人类一定会在这中间寻找到一个平衡点的。