干细胞和肿瘤细胞

干细胞stemcell 干细胞stemcell 机体的许多组织中保留有一部分未分化的细胞 一旦需要 这些细胞便可按发育途径先进行细胞分裂 然后分化产生分化细胞 机体中这些未分化的细胞就称为干细胞 干细胞分类和特点 根据干细胞所处的发育阶段分 胚胎干细胞 embryonicstemcell ES 成体干细胞 somaticstemcell 根据干细胞的发育潜能分为 全能干细胞 totipotentstemcell TSC 多能干细胞 pluripotentstemcell 单能干细胞 unipotentstemcell 全能干细胞可以分化为机体内的任何一种细胞 直至形成一个复杂的有机体 多能干细胞可以分化为多种类型的细胞 如造血干细胞可以分化为12种血细胞 单能干细胞只能分化为一种类型的细胞 而且自我更新能力有限 干细胞的特点 干细胞本身不是终末分化细胞 终生保持未分化或低分化特征 干细胞能无限地分裂 干细胞分裂产生的子细胞只能在两种途径中选择其一 或保持亲代特征 仍作为干细胞 或不可逆地向终末分化 在机体的中的数目 位置相对恒定 具有多向分化潜能 能分化成不同类型的组织细胞 造血干细胞 骨髓间充质干细胞 神经干细胞等成体干细胞具有一定的跨系 甚至跨胚层分化的潜能 分裂的慢周期性 绝大多数干细胞处于G0期 有利于干细胞对外界信号作出正确反应 干细胞具有自稳性 具有自我更新能力 并维持自身数目恒定 在干细胞与分化细胞之间有两种过渡类型的细胞 短暂增殖细胞和祖细胞 短暂增殖细胞 增殖能力有限 增值速度比干细胞快 短暂增殖细胞的存在 可以用少量的干细胞产生较多的祖细胞 有利于保护干细胞 祖细胞 失去增殖能力 分化方向已被决定 干细胞通常呈圆形或椭圆形 体积小 核质比大 干细胞具有较高的端粒酶活性 不同的干细胞有不同的生化标志 可用于寻找 定位干细胞 干细胞的增殖方式有对称分裂与不对称分裂两种 干细胞细胞周期及分化的调控不同于其他细胞 干细胞的功能 干细胞不是执行已分化细胞的功能 而是产生具有分化功能的细胞 胚胎干细胞 embryonicstemcells ESC 是一种经人工操作能够发育成一个新个体的全能性二倍体细胞 它是从早期胚胎内细胞团 innercellmass ICM 或原始胚胎生殖细胞 embryonicgermcell EG 经体外分化抑制培养分离克隆的 胚胎干细胞制备 体外与体内分化途径和机制在分子水平上有许多相似之处 而且体外研究更具有优点 1 避免各种内源性因素干扰 2 ES细胞始终保持存活 增殖和分化潜能 而在体内研究则存在胎死宫内 流产可能 使研究半途而废 3 可制备各种模型 更直观明了 而且可研究分化过程中的前祖细胞生物学特性 成体干细胞 造血干细胞 hematopoieticstemcell HSC 骨髓间质干细胞 mesenhymalstemcell 神经干细胞 neuralstemcell NSCs 肌肉干细胞 musclestemcell 成骨干细胞 osteogenicstemcell 内胚层干细胞 endodermalstemcell 视网膜干细胞 retinalstemcell 等 细胞的增殖 分化 衰老与凋亡 第六节肿瘤细胞 肿瘤是细胞在基因水平上失去对生长的调控 导致异常增生 良性肿瘤 生长缓慢 边界明显 恶性肿瘤 即癌 生长快 具有迁移性 肿瘤由实质和间质构成 实质是肿瘤细胞 间质由结缔组织和血管组成 癌细胞所谓癌细胞实际上是一种突变的体细胞 这种突变体脱离了细胞社会关于增殖和存活的控制 因此可以无限制的增殖产生肿瘤 癌的类群根据癌变涉及的细胞类型的不同 癌分为三个类群 癌 carcinomas 是最常见的一种类型 主要是从组织的外表面和内表面生长的癌 如肺癌 乳腺癌和结肠癌等 瘤 sarcomas 主要是源于中胚层形成的支持组织 骨 软骨 脂肪 结缔组织和肌组织等 中形成的癌 淋巴瘤 lymphomas 和白血病 leukemias 是由淋巴和血液产生的癌 白血病主要是指癌细胞已经大量进入血液中 癌细胞的主要特征 metastaticlungtumorinliver 1 癌细胞的形态特征 核质比显著高于正常细胞 可达1 1出现巨核 双核或多核 染色体呈非整倍体线粒体多型性 肿胀 增生细胞骨架紊乱细胞表面特征改变 产生肿瘤相关抗原 癌细胞的染色体的变化正常细胞在生长和分裂时能够维持二倍体的完整性 而癌细胞常常出现染色体异常 主要是非整倍性 有染色体的缺失或增加 一般来说 正常细胞中染色体整倍性的破坏 会激活导致细胞程序性死亡的信号 引起细胞的程序性死亡 但是癌细胞染色体整倍性的破坏 不会进入程序性死亡 因这种细胞对程序性死亡的信号已不再敏感了 这也是癌细胞区别于正常细胞的一个重要指标 细胞骨架的变化正常细胞的细胞质中有高度组织化的细胞骨架网络结果 而癌细胞中的细胞骨架不仅少而且杂乱无章 2 生理特征 细胞周期失控迁移性接触抑制丧失定着依赖性丧失 去分化现象对生长因子需要量降低代谢旺盛线粒体功能障碍可移植性 对生长因子的依赖性体外培养的正常细胞通常对血清有依赖性 即在培养基中补充一定浓度的血清 而血清的作用是提供生长因子 如表皮生长因子 胰岛素等 而癌细胞由于它的生长周期已不受信号的控制 所以对血清就失去依赖性 无论是活体内的癌细胞还是体外培养的癌细胞 它们最重要的特性是失去了生长的控制 去分化现象已知肿瘤细胞中表达的胎儿同功酶达20余种 胎儿甲种球蛋白 甲胎蛋白 是胎儿所特有的 但在肝癌细胞中表达 因此可做肝癌早期检定的标志特征 细胞表面变化肿瘤细胞的表面常常出现一些变化 包括增加了一些新合成的特殊成份 消失了某些原有的成份 某些癌细胞能够合成一些新的表面蛋白 由于这些新出现的蛋白具有抗原性 所以常称为肿瘤相关抗原 tumor associatedantigens 癌细胞表面另一种重要的变化是间隙连接减少 如将荧光染料注入正常的细胞后 染料很快向周围细胞扩散 但是将荧光染料注入癌细胞 则只停留在被注射的细胞内 这一实验说明癌细胞之间的通讯连接有了缺陷 代谢变化代谢旺盛 肿瘤组织的DNA和RNA聚合酶活性均高于正常组织 核酸分解过程明显降低 DNA和RNA的含量均明显增高 蛋白质合成及分解代谢都增强 但合成代谢超过分解代谢 甚至可夺取正常组织的蛋白质分解产物 结果可使机体处于严重消耗的恶病质 cachexia 状态 蛋白质合成的变化一些恶性肿瘤常常会合成和分泌一些蛋白酶 分泌的蛋白酶能够降解细胞的某些表面结构 降低了细胞粘着 正因为癌细胞失去了粘着特性 使得癌细胞具有在体内转移的能力 线粒体功能障碍即使在氧供应充分的条件下也主要是糖酵解途径获取能量 可移植性正常细胞移植到宿主体内后 由于免疫反应而被排斥 多不易存活 但是肿瘤细胞具有可移植性 如人的肿瘤细胞可移植到鼠类体内 形成移植瘤 3 体外培养的癌细胞生长特性正常细胞在体外培养时 细胞通过分裂增殖并铺满培养器皿的表面形成单层 monolayer 后即停止分裂 这种现象称作接触抑制 contactinhibition 在相同条件下培养的恶性细胞 malignantcells 对密度依赖性生长抑制失去敏感性 因而不会在形成单层时停止生长 而是相互堆积形成多层生长的聚集体 定着依赖性丧失 正常真核细胞 除成熟血细胞外 大多须粘附于特定的细胞外基质上才能抑制凋亡而存活 称为定着依赖性 anchoragedependence 肿瘤细胞失去定着依赖性 可以在琼脂 甲基纤维素等支撑物上生长 4 癌细胞转移 metastasis 恶性肿瘤细胞能够突破其所在环境的束缚 进入淋巴管或血管在体内转移 在新的部位产生致死性的二级肿瘤 在肿瘤组织中只有极少数的肿瘤细胞能够进行转移 肿瘤细胞侵袭周围的组织和血管 肿瘤细胞经由循环系统进行转移 在新的部位生长形成肿瘤 Metastasis 恶性肿瘤的形成涉及多个基因的改变抑癌基因与原癌基因在正常的二倍体细胞中 每一种抑癌基因都有两个拷贝 只有当两个拷贝都丢失了或两个拷贝都失活了才会使细胞失去增殖的控制 只要有一个拷贝是正常的 就能够正常调节细胞的周期 原癌基因编码的蛋白使细胞生长不受控制