干细胞( stem cell) 是一种具有多能性或全能性的未分化细胞，它可以来源于胚胎、胎儿，也可以来源于部分成人组织。全能干细胞( 即胚胎干细胞) 主要来源于哺乳动物早起胚胎内细胞团的一种二倍体细胞，是一种高度未分化细胞，具有全能性或多向性分化潜能，易于进行基因改造操作; 多能干细胞( 即成体干细胞) 为特定组织的干细胞，这类细胞不能产生完整的个体，但可以向特定组织分化。目前，人类干细胞在生物医学领域中已成为最有希望和最有吸引力的研究热点。作为一类既有自我更新能力、又具有多分化潜能的细胞，干细胞具有非常重要的理论研究意义和临床应用价值。它不仅已经应用于组织和器官再造、创伤修复和抗衰老的治疗中，近年来，干细胞在目前发病率日益增长的不孕不育症的治疗中也有一定的前沿价值。
生殖健康是当今世界愈来愈受到关注的问题。
据不完全调查，全球范围内不孕不育症的发病率现约为 13% ～18%，而且患病率呈现逐年上升趋势。在不育夫妇中，男女因素均各占约 40%。虽然通过各种治疗手段，包括辅助生殖技术( assisted reproductive tec-nology，AＲT) 在内，能够帮助 80% 以上的不孕夫妇获得他们的后代，但是仍然有接近 20% 的患者不能获得自己的后代。另外，随着对恶性肿瘤治疗方案的改善使得许多恶性肿瘤年轻患者在经历了放化疗等治疗后，有了长期生存的机会，但是由于治疗过程中，对于卵母细胞形成或生精功能的影响，使得他们获得自己的后代已非常困难。干细胞对于生殖细胞的相关的治疗方式在这类患者的治疗中有广泛的前景。
1 干细胞在男性不育中的治疗作用
在不育夫妇中，由男方原因引起者约占 40% ～50% ，根据流行病学调查结果，男性不育的患病率呈增加趋势。而导致男性不育的主要原因是由于生殖干细胞不能增殖和分化为成熟精子。同时，放疗、化疗技术对于青春期前及青春期的男性睾丸生精功能的损伤常常是不可逆的。在这种状况下，成体干细胞范畴内的精原干细胞、间充质干细胞的基础研究走在了生殖男科治疗研究的前列。
1. 1 精原干细胞( spermatogonial stem cells，SSC) 对于男性不育的治疗前景 SSC 属于成体干细胞，位于生精上皮基底层。同其他干细胞一样，它可以进行自我更新和谱系分化，其存在使精子发生的过程持续不断，并通过严格调控最终产生大量的精子。早在 1994年，Brinster 和 Zimmerman 成功地将正常生育功能的小鼠睾丸细胞的混合物注射到一只不育小鼠的曲细精管内，恢复了该小鼠的生精功能。此后，对于小鼠、大鼠和猪、羊等哺乳动物的 SSC 的移植也不断有了成功的报道。
体内和体外的研究都表明 SSC 可以分化成精子。
在对 SSC 体外研究方面，已经通过联合应用细胞移植和组织培养系统，由 SSC 可以分化为精子细胞和成熟精子，并已经证实睾丸微环境对于精子发生阻滞具有重要影响。在体内研究方面，Oatley 等成功地进行了同种异体小鼠的 SSC 移植，移植后受体小鼠的生精小管中观察到了来自供体的生殖细胞。在受体小鼠睾丸中，供体 SSC 移植后首先随机分布于生精小管内，也有少量会迁移至生精小管的基膜处。移植后 2个月，供体的 SSC 不断沿生精小管扩张，并持续进行精子发生过程。
SSC 移植的最终人类目标是实现治疗男性生精障碍引起的不育。首先可以在青春期前的男孩和青春期的男性需要进行放化疗治疗之前，收集患者的精原干细胞进行冻存，保留日后生育的可能性; 第二，成年后发生的严重影响生精功能的疾病，如精索静脉曲张、隐睾、睾丸发育不良等，可以使用 SSC 移植，有望恢复或部分恢复生精功能。
尽管对 SSC 的研究取得一定动物实验进展，但由于体外分离后 SSC 数量极少，富集和保存仍然存在困难，而且由于尚未明确其表面标志物和分化抗原特征，因此对 SSC 表达特征和调控的研究仍然需要克服这些障碍，使 SSC 早日应用于男性不育症的治疗。
1. 2 间充质干细胞在男性不育中的作用 间充质干细胞已经成为继造血干细胞之后，进入临床应用最多的成体干细胞。有关间充质干细胞的临床研究，主要涉及组织损伤修复和自身免疫性疾病，但对于间充质干细胞在男性生殖健康的治疗方面的研究结果并不确定。2006 年来自德国的研究结果认为虽然小鼠中直接骨髓来源的干细胞检测没有发现生殖系标志物的阳性表达，但是由骨髓细胞再次衍生的细胞却能表达 SSC 和精原细胞的多种分子标志物。但是与之结果不同的是 Huang 等的研究都认为，虽然小鼠成熟的骨髓或脐带间充质干细胞能够表达生殖细胞标志，但把它们移植到睾丸后，并不能够出现有效地减数分裂，因此不会出现精子发生。但由于该项研究尚处于研究初级阶段，最终的结论尚待进一步证实，特别是在人体研究中的有效性和安全性，更值得关注。
2 干细胞在女性不孕不育中的治疗作用
影响妇女生殖健康的疾病，主要是通过影响卵母细胞的发育和成熟、受精、胚胎着床及发育等多个环节而影响妊娠的发生和发展。因此，在后期的不孕症治疗中，如何产生好的卵子是这类患者获得后代的必要条件之一。
2. 1 成体干细胞分化成卵母细胞样细胞 骨髓细胞经离体培养，取其贴壁的细胞多次传代培养纯化后就可获得骨髓干细胞( bone marrow stem cell，BMSC) ，BMSC 除了参与构成造血微环境、分泌多种因子，调控细胞增殖、存活外，还是一类具有高度自我更新能力和多能分化的成体干细胞群。近年的研究还表明，BMSC 还有向生殖细胞分化的潜能，雌性 BMSC 向卵母细胞分化的研究是现在争论激烈的一个将研究领域。2008 年 Liu 等报道了 4 例白血病患者因大剂量化疗药物治疗后出现卵巢早衰，但是在进行骨髓移植后意外地恢复了卵巢功能，并成功怀孕，这一历史性的成功使科学家想到使用间充质干细胞来治疗卵巢早衰。在使用 4-乙烯基环己烯二环氧化物( 4-vinylcy-clohexene diepoxide，VCD) 和化疗药物的制备的 POF动物模型中，已经证实间充质干细胞能进入卵巢组织，分化形成卵泡，并恢复体内性激素水平，甚至恢复生育功能。但是在人类应用间充质干细胞的过程中的安全性上需要进一步探索。
近年的一些动物研究认为，哺乳动物卵巢内的卵泡数量在出生后并非完全固定，出生后雌性卵巢内也存在“生卵干细胞( oogonial stem cell，OSCs) ”。科学家们将小鼠卵巢表面分离的雌性生殖干细胞系移植到到卵巢功能丧失的小鼠卵巢中，使得小鼠重获生育能力并产生子代。Bukovsky 等也在 3 例卵巢早衰患者卵巢表面组织分离、培养，获得卵泡样组织，体外受精后获得胚胎样结构，也证实了人类卵巢表面存在有OSCs，且在合适的体外培养条件下能够发育成卵母细胞并受精。这一结果如能有较好的重复性，将为保存、重建女性生育能力提供一个新的策略和研究方向。
2. 2 诱导多能干细胞向卵母细胞的分化 2006 年，日本科学家通过从小鼠皮肤成纤维细胞中成功获得了在形态、生长特性、干细胞标志物表达、多向分化潜能等方面与胚胎干细胞类似的多能干细胞，使其可以作为理论上可以替代胚胎干细胞用于基础和临床研究，且不涉及伦理道德问题，并消除了潜在的免疫排异反应。在这一创举之下，2010 年的研究中已经将表达生殖干细胞标志的多能干细胞系成功地诱导成为原始生殖细胞，但最终这些细胞都停滞于卵母细胞早期阶段未能发育成熟。
2. 3 胚胎干细胞( embryonic stem cells，ESCs) 向卵母细胞的分化 ESCs 来源于囊胚内细胞团。2007 年，Qing 等将小鼠 ESCs 诱导成类胚体，4 天后产生原始生殖细胞，然后将其与卵巢颗粒细胞进行共培养 10天后形成了表达卵母细胞特异性基因 GDF9 和 Fig-a的生殖细胞克隆群，但由此产生的雌性生殖细胞并不能完成减数分裂。在对小鼠的研究中也发现，虽然在小鼠的体外研究中获得了在结构形态上类似于卵巢初级或次级卵泡，但由于这种结构缺乏卵泡成熟之前的某些( 促性腺激素受体和类固醇合成酶等) 基因的表达，因此也不能够获得成熟卵泡和卵母细胞。另外，ESCs 在体外分化时尚存在发生畸胎瘤、免疫排斥及伦理等问题，其应用于人类临床工作尚不成熟，有待进一步改进和发展。
综上所述，虽然在干细胞的研究中由于伦理学和技术手段的限制，应用于临床尚需更多的研究支持，但是干细胞在生殖医学领域的动物研究已给了人类重塑生殖细胞提供了有力的研究基础，将是一个重要的且具有从根本上改善人类配子质量的发展方向。
