第十二章-干细胞

1、n在个体成熟之后，机体的组织仍然保持着一种特在个体成熟之后，机体的组织仍然保持着一种特 有的有的自稳性自稳性。即在特定组织中细胞的死亡和细胞。即在特定组织中细胞的死亡和细胞 的增生的速度会维持着一个动态平衡。的增生的速度会维持着一个动态平衡。 n各种组织还保持着程度不同的各种组织还保持着程度不同的损伤后再生的能力损伤后再生的能力， 如两栖类动物、哺乳动物的造血系统，小肠，毛如两栖类动物、哺乳动物的造血系统，小肠，毛 发及皮肤等。发及皮肤等。 第十二章第十二章 干细胞干细胞 第一节第一节 干细胞生物学干细胞生物学 p干细胞干细胞是一类具有是一类具有自我复制自我复制和和多向分化潜能多向分化潜能的的

2、 细胞，它存在于人体或者动物个体发育各个阶细胞，它存在于人体或者动物个体发育各个阶 段的组织器官中，是各种分化细胞或特化细胞段的组织器官中，是各种分化细胞或特化细胞 的初始来源。的初始来源。 （1 1）干细胞本身不是处于分化途径的终端；）干细胞本身不是处于分化途径的终端； （2 2）干细胞能无限地增殖分裂；）干细胞能无限地增殖分裂； （3 3）干细胞可连续分裂几代，也可在较长时间内处）干细胞可连续分裂几代，也可在较长时间内处 于静止状态；于静止状态； （4 4）干细胞通过两种方式生长）干细胞通过两种方式生长 ：一种是：一种是对称分裂对称分裂 形成两个相同的干细胞；另一种形成两个相同的干细胞；另

3、一种是非对称分裂是非对称分裂 一个子细胞不可逆地走向分化的终端，成为功一个子细胞不可逆地走向分化的终端，成为功 能专一的分化细胞，另一个保持亲代的特征，仍作能专一的分化细胞，另一个保持亲代的特征，仍作 为干细胞保留下来。为干细胞保留下来。 一、干细胞的特性一、干细胞的特性 干细胞分裂产生子细胞的选择途径干细胞分裂产生子细胞的选择途径 二、干细胞的分类二、干细胞的分类 按来源分类按来源分类 胚胎干细胞胚胎干细胞 成体干细胞成体干细胞 按分化潜能分类按分化潜能分类 多能干细胞多能干细胞 全能干细胞全能干细胞 专能干细胞专能干细胞 全能干细胞：全能干细胞：处于处于8 8细胞之前的每一个胚胎细胞都具细

4、胞之前的每一个胚胎细胞都具 有全能性，将任意细胞移入子宫，都可以发育为一个有全能性，将任意细胞移入子宫，都可以发育为一个 完整个体。称为全能干细胞完整个体。称为全能干细胞。 n多能干细胞：多能干细胞：随着发育的进行，形成胚泡，胚泡随着发育的进行，形成胚泡，胚泡 一侧的一侧的内细胞团内细胞团具有分化为成熟个体中所有细胞具有分化为成熟个体中所有细胞 类型的潜能，但没有形成完整个体的能力，称为类型的潜能，但没有形成完整个体的能力，称为 多能干细胞，多能干细胞，也称为胚胎干细胞也称为胚胎干细胞。 专能干细胞：专能干细胞：随着胚胎继续发育，多能干细胞进随着胚胎继续发育，多能干细胞进 一步分化，其后代的分

5、化潜能将进一步变窄。只一步分化，其后代的分化潜能将进一步变窄。只 能向一种类型或密切相关的两种类型的细胞分化。能向一种类型或密切相关的两种类型的细胞分化。 如神经干细胞只具有分化为神经元、神经胶质细如神经干细胞只具有分化为神经元、神经胶质细 胞的潜能。胞的潜能。 三、干细胞的形态和生化特点三、干细胞的形态和生化特点 干细胞是具有强大增殖潜能的干细胞是具有强大增殖潜能的原始细胞原始细胞。 细胞通常呈细胞通常呈圆形或椭圆形圆形或椭圆形，体积较小。核质比相对，体积较小。核质比相对 较大。细胞中各种细胞器不够发达等。较大。细胞中各种细胞器不够发达等。 有比较有比较高的端粒酶活性高的端粒酶活性。 不同的

6、干细胞具有各异的不同的干细胞具有各异的生化标志生化标志，对于确定干，对于确定干 细胞的位置，寻找和分离干细胞有重要意义。细胞的位置，寻找和分离干细胞有重要意义。 如：如：角蛋白角蛋白15是确定毛囊中表皮干细胞的标志分是确定毛囊中表皮干细胞的标志分 子，子，巢素蛋白巢素蛋白是神经干细胞的标志分子。是神经干细胞的标志分子。 本质特点本质特点：具有增殖和自我更新能力，在适当条：具有增殖和自我更新能力，在适当条 件下表现出分化潜能。件下表现出分化潜能。 四、干细胞的增殖特征四、干细胞的增殖特征 1. 干细胞增殖的干细胞增殖的缓慢性缓慢性 n干细胞进入分化程序前，要经过一个短暂增殖期，产生干细胞进入分化

7、程序前，要经过一个短暂增殖期，产生过渡放大细胞过渡放大细胞。 n过渡放大细胞过渡放大细胞是界于干细胞和分化细胞之间的过渡细胞，经若干次分是界于干细胞和分化细胞之间的过渡细胞，经若干次分 裂后产生分化细胞，其作用是可以通过较少的干细胞产生较多的分化裂后产生分化细胞，其作用是可以通过较少的干细胞产生较多的分化 细胞。细胞。 干细胞干细胞 过渡放大细胞过渡放大细胞 分化细胞分化细胞 (transit amplifying cell) 缓慢增殖的生理意义缓慢增殖的生理意义 可减少基因发生突变的危险；可减少基因发生突变的危险； 有利于干细胞对环境信号作出反应。有利于干细胞对环境信号作出反应。 2.2.干

8、细胞增殖系统的干细胞增殖系统的自稳定性自稳定性 n自稳定性自稳定性是指干细胞可以在生物个体生命区间中自我更新并维持其自身是指干细胞可以在生物个体生命区间中自我更新并维持其自身 数目的恒定。数目的恒定。 n对称分裂：对称分裂：干细胞分裂产生的两个子细胞都是干细胞或都是分化细胞。干细胞分裂产生的两个子细胞都是干细胞或都是分化细胞。 n不对称分裂：不对称分裂：干细胞分裂产生一个子代干细胞和一个子代分化细胞。干细胞分裂产生一个子代干细胞和一个子代分化细胞。 四、干细胞的增殖特征四、干细胞的增殖特征 A A：干细胞的不对称分裂：干细胞的不对称分裂 (asymmetry division) B B：干细胞

9、群体的不对称分裂：干细胞群体的不对称分裂 (populational asymmetry division) 五、干细胞的分化特征五、干细胞的分化特征 n干细胞的分化潜能（全能多能专能）干细胞的分化潜能（全能多能专能） n干细胞具有可塑性干细胞具有可塑性，在适当条件下干细胞的转，在适当条件下干细胞的转 分化和去分化。分化和去分化。 n干细胞的转分化：干细胞的转分化：一种组织类型的干细胞在适一种组织类型的干细胞在适 当条件下分化为另一种组织类型细胞的现象。当条件下分化为另一种组织类型细胞的现象。 如人的骨髓干细胞可以分化为肝脏细胞、肌肉如人的骨髓干细胞可以分化为肝脏细胞、肌肉 细胞、神经细胞等。

10、细胞、神经细胞等。 n干细胞的去分化：干细胞的去分化：一种干细胞向其前体细胞的一种干细胞向其前体细胞的 逆向转化。逆向转化。 六、干细胞增殖与分化微环境六、干细胞增殖与分化微环境 n分泌因子：分泌因子：许多分泌因子对干细胞的生存、增殖许多分泌因子对干细胞的生存、增殖 和分化具有重要调控作用。和分化具有重要调控作用。 n受体介导的细胞间相互作用受体介导的细胞间相互作用 n整合素和胞间基质整合素和胞间基质 干细胞的增殖分化是受到严密调控的。干细胞干细胞的增殖分化是受到严密调控的。干细胞 的这种调控机制，是由于它在组织器官中所处的这种调控机制，是由于它在组织器官中所处 是微环境决定的。这种微环境称为

11、是微环境决定的。这种微环境称为干细胞巢干细胞巢。 第二节第二节 胚胎干细胞胚胎干细胞 n胚胎干细胞是指存在于早期胚胎中，具有多分化潜能的细胞。胚胚胎干细胞是指存在于早期胚胎中，具有多分化潜能的细胞。胚 胎干细胞可以在体外无限扩增并保持未分化状态，具有分化为胎胎干细胞可以在体外无限扩增并保持未分化状态，具有分化为胎 儿或成体动物各种细胞类型的潜能。儿或成体动物各种细胞类型的潜能。 n在适当条件下胚胎干细胞可被诱导分化为多种细胞。在适当条件下胚胎干细胞可被诱导分化为多种细胞。 人胚胎干细胞是多能性干细胞人胚胎干细胞是多能性干细胞 一、人胚胎干细胞的获得一、人胚胎干细胞的获得 （Embryonic

12、Stem cell, ES细胞）细胞） 胚胎干细胞：胚胎干细胞： 来源于来源于胚胎内胚胎内 细胞团细胞团 (ICM)(ICM) 和原始生殖细和原始生殖细 胞胞, , 具有发育具有发育 全能性全能性( (具有具有 分化发育成三分化发育成三 个胚层细胞的个胚层细胞的 潜力潜力) )的细胞。的细胞。 (1) (1) 发育良好的囊胚，从中分离内细胞群细胞发育良好的囊胚，从中分离内细胞群细胞ESES细胞细胞 (2) (2) 从从5-95-9周的胚胎生殖腺中分离出人的周的胚胎生殖腺中分离出人的EGEG细胞细胞 (3)(3)恶性胚胎肿瘤或畸胎瘤细胞恶性胚胎肿瘤或畸胎瘤细胞 二、人胚胎干细胞的应用潜能二、人胚

13、胎干细胞的应用潜能 n1. 移植治疗：移植治疗：很多疾病或很多疾病或 病症（如帕金森病、糖尿病症（如帕金森病、糖尿 病创伤性脊髓损伤等）都病创伤性脊髓损伤等）都 可以通过移植人的分化的可以通过移植人的分化的 ES细胞得到治愈。细胞得到治愈。 n2. 其它应用潜能：其它应用潜能：可用于可用于 研究目前无法解释的人类研究目前无法解释的人类 早期发育引起的先天性缺早期发育引起的先天性缺 陷和胎盘异动导致的自然陷和胎盘异动导致的自然 流产；可用于毒性筛选；流产；可用于毒性筛选； 能用于共同治疗互补。能用于共同治疗互补。 三三、胚胎干细胞研究的进展情况、胚胎干细胞研究的进展情况 1981 年，年，Eva

14、ns 和和 Martin 分别成功分离和体外培养了小鼠分别成功分离和体外培养了小鼠 的胚胎干细胞的胚胎干细胞 1995 年，年，Thomson 等人分离建立了第一株灵长类动物的胚等人分离建立了第一株灵长类动物的胚 胎干细胞胎干细胞 1998 年，年，Thomson 等建立了第一株人类胚胎干细胞等建立了第一株人类胚胎干细胞 1998 年，年，Geahart 等建立了第一株人类胚胎生殖干细胞等建立了第一株人类胚胎生殖干细胞 2000 年，年，Reubinoff 等建立了两株人胚胎干细胞等建立了两株人胚胎干细胞 第三节第三节 精原干细胞精原干细胞 n精原干细胞精原干细胞(spermatogonial

15、 stem cells, SSCs) 是雄性生殖系干细胞，位于睾丸曲细精管基膜是雄性生殖系干细胞，位于睾丸曲细精管基膜 上，既具有自我更新潜能，又具有定向分化潜上，既具有自我更新潜能，又具有定向分化潜 能，是自然状态下出生后动物体内在整个生命能，是自然状态下出生后动物体内在整个生命 期间进行自我更新并能将基因传递至子代的唯期间进行自我更新并能将基因传递至子代的唯 一成体干细胞。一成体干细胞。 第四节第四节 成体干细胞成体干细胞 n在成体组织器官中，许多细胞仍具有自我更新在成体组织器官中，许多细胞仍具有自我更新 及分化产生不同组织细胞的能力。及分化产生不同组织细胞的能力。 n成体干细胞成体干细胞

16、是在成体组织内具有自我更新能力是在成体组织内具有自我更新能力 及能分化产生一种或一种以上子代组织细胞的及能分化产生一种或一种以上子代组织细胞的 未成熟细胞。未成熟细胞。 几种成体干细胞几种成体干细胞 n造血干细胞造血干细胞是骨髓中一种能起着造血功能的细胞。是骨髓中一种能起着造血功能的细胞。 n人血中的红细胞、血小板、淋巴细胞、粒细胞等人血中的红细胞、血小板、淋巴细胞、粒细胞等, ,都都 是由它经过多次分化发育而成的。是由它经过多次分化发育而成的。 n利用造血干细胞移植治疗的疾病很多。如肿瘤性疾病：利用造血干细胞移植治疗的疾病很多。如肿瘤性疾病： 白血病；以及非肿瘤性疾病：再生障碍性贫血，重症白

17、血病；以及非肿瘤性疾病：再生障碍性贫血，重症 免疫缺陷病，急性放射病，地中海贫血等。免疫缺陷病，急性放射病，地中海贫血等。 神经干细胞神经干细胞(neural stem cells(neural stem cells，NSCs) NSCs) 其存在推翻了神经元无法再生的传统观点其存在推翻了神经元无法再生的传统观点 神经干细胞移植手术有神经干细胞移植手术有 望让桑兰重新站起来望让桑兰重新站起来( (图图) ) 神经干细胞是神经系统中能够神经干细胞是神经系统中能够 增殖分化成神经元和神经胶质增殖分化成神经元和神经胶质 细胞的特定原始神经细胞。细胞的特定原始神经细胞。 目前已在哺乳动物的中枢神经目前

18、已在哺乳动物的中枢神经 系统多个部位发现并分离出神系统多个部位发现并分离出神 经干细胞。经干细胞。 对治疗帕金森氏病、对治疗帕金森氏病、 HuntingtonHuntington病、脑、脊髓损病、脑、脊髓损 伤等伤等, , 神经系统疾病到来了希神经系统疾病到来了希 望。望。 n具有分化为间质细胞的潜能，可以分化为多种间充质组织，如骨、关节、具有分化为间质细胞的潜能，可以分化为多种间充质组织，如骨、关节、 脂肪、肌肉、骨髓基质。脂肪、肌肉、骨髓基质。 n在体外容易被诱导为成骨细胞和软骨细胞，因此在骨损伤，骨组织畸形在体外容易被诱导为成骨细胞和软骨细胞，因此在骨损伤，骨组织畸形 治疗方面具有潜在应用价值。治疗方面具有潜在应用价值。 间充质干细胞间充质干细胞 其他成体干细胞其他成体干细胞 n皮肤干细胞皮肤干细胞维持机体体表屏障的动态平衡维持机体体表屏障的动态平衡 n小肠干细胞小肠干细胞位于小肠内腔面隐窝深处位于小肠内腔面隐窝深处 n角