细胞的分化是发育生物学的核心问题。一个细胞不仅存在着时间上的分化，同时还存在着空间的分化。多细胞生物的细胞分化是依赖各部分细胞基因表现的时空关系，而时空关系由生物体的遗传性规定了严格的程序和模式。因此，分化是处在基因的调节作用下，同时也受其环境因素的影响。凡需要不断产生新的分化细胞以及分化细胞本身不能分裂的组织或细胞，都需要干细胞来维持。

多年来，科学家们一直认为，一个细胞的命运在发育初期就已经被决定了，且不可逆转。但是，这个观点正逐渐被越来越多的实验结果否定。研究结果显示，胚胎期和成年哺乳动物的组织干细胞均具有多向分化潜能，不仅可以分化为相同胚层来源的组织细胞，而且可以分化为不同胚层来源的组织细胞。

　　分化的过程从发生机制上来看，干细胞并不直接分化产生终末分化细胞，而是先分化成短暂扩增细胞(transientamplifying cell)，短暂扩增细胞有定向分化成某种终末分化细胞的能力，或分化成定向祖细胞(committedprogenitors)。短暂扩增细胞再经过几次到十几次不等的分裂后定向分化，进一定可分化为有丝分裂后细胞(post-mitoticcells)及终末分化细胞(terminally-differentiated cells)。短暂扩增细胞的存在说明组织较少量的干细胞分裂为很多的子代分化细胞。至于ES细胞（干细胞）如何进行分化呢？

01.一般认为干细胞分化产生其子代细胞的过程中有两种机制：

A.第一种，传统认为干细胞通过不对称分裂产生其后代，产生一个新的干细胞和一个最终经历分化的子代细胞。一般来说，单细胞生物和无脊椎动物以此种方式进行分化。

B.第二种，是一高度调节性的机制，具有一定的概率性，干细胞通过这种方式产生其子代干细胞和定向祖细胞，大多数哺乳动物的组织以这种方式进行自我更新。

以神经干细胞为例，神经干细胞存在于胚胎和成人脑组织及周边神经系统中。在生长因子、激素和微环境（壁龛niche）因素的作用下，神经干细胞可以分化为神经元、星型胶质细胞和少突胶质细胞。实验证明，神经干细胞在体外稳定传代几年后植入成人脑内仍具有分化为神经细胞的潜能。更令人感兴趣的是，神经外胚层来源的神经干细胞也能分化成中胚层来源的细胞。此外，Kondo和Raff报道，细胞外信号能够诱导少突胶质细胞的前体细胞逆转为多潜能神经干细胞，逆转后的神经干细胞具有自我更新能力，可以分化为神经元、星型胶直细胞、少突胶质细胞。这种逆转现象在血液系统也有发生，成年造血干细胞在胎儿造血壁龛下表现出类似于胚胎造血干细胞的特性。这些确凿的实验证据均表示神经干细胞具有多向分化潜能。

02.干细胞的微环境（干细胞壁龛niche）

干细胞的分化行为是被预先程序化，还是受周围环境的调控，一直是一个有争议的话题，但干细胞所处的干细胞壁龛（niche）也就是上文提到的干细胞微环境对干细胞分化调控的影响是很重要的。“壁龛（niche）”的概念第一次提出是在造血组织中，即控制干细胞命运的外在因素不对称分裂的组织、保守的不对称的干细胞、干细胞的子代细胞及周围细胞间的复杂的相互作用、局部和远端的信号传导中具有重要的作用。

细胞外基质成分的改变会影响干细胞的分化，例如：整合素在其中产生重要作用。当干细胞的微环境发生改变如损伤时，胞外某些资讯可通过整合素α5β1、αVβ5及αVβ6等传递给干细胞，以触发跨膜信号传导(transmembrane signaltransduction)，调控细胞的基因表现。这一过程不仅可以改变干细胞的分裂方式，而且也激活干细胞的多潜能性，使干细胞产生一种或多种定向祖细胞，以适应组织修复的需要。因此，不同干细胞的环境有其造就干细胞特定的作用，同时在相异的微环境之间组成了一定的网络系统，共同地调控着干细胞的命运。