(7.1)-9.细胞分化与再生高级病理学

2◆细胞的分化◆细胞的再生◆干细胞与再生医学细胞的分化l概念与特征l细胞决定与细胞分化l细胞的分化潜能l影响细胞分化的因素一、概念与特征程中，后代细胞间在形态、结构和生理功能上发生差异的过程称为细胞分化细胞分化细胞类型形成组织器官形成个体发育细胞分化的主要特征时间上的分化：一个细胞在不同的发育阶段有不同的形态和功能空间上的分化：一个细胞的后代由于所处的空间不同，表现出的形态功能上的差异 肝脏细胞肝脏干细胞间充质干细胞一骨细胞神经细胞 二、细胞决定与细胞分化差异之前，细胞已经具备按特定的方向分化，最终形成一定表型细胞的能力，这种细胞的发育选择称为细胞决定（celldetermination）关分化的基因选择性表达前的过渡阶段。l细胞决定的特点细胞决定具有可逆性三、细胞分化的潜能全能细胞（totipotentcells）多能细胞（pluripotentcells）•全能细胞（totipotentcells）桑葚期8细胞之前的细胞均属于全能细胞哺乳动物的体细胞核具有全能性体细胞核移植技术●::::。l三胚层形成后，细胞分化潜能受到限制，各胚层细胞向本胚层组织器官的方向分化发育，成为多能细•多能细胞（pluripotent●::::。l三胚层形成后，细胞分化潜能受到限制，各胚层细胞向本胚层组织器官的方向分化发育，成为多能细l单能细胞经过器官发生，各种组织细胞仅具有分化形成某种类型细胞的能力定功能的特化细胞类型；四、细胞分化的影响因素卵母细胞大量mRNA定位，分别指导子细胞分化，一定程度决定细胞的早晚分化外部因素l细胞的诱导一部分细胞对邻近细胞的形态发生影响，并决定细胞的分化方向。通过细胞旁分泌产生细胞因子实现，如FGF,已分化的细胞抑制邻近细胞进行相同分化而产生的负反馈调节作用。通过产生抑素起作用细胞抑制和分化诱导共同协调作用，维持正常细胞的分化和胚胎发育过程，使得发育的器官间相互区别，避免重复。机体对远处靶器官的变化进行调节，进而控制细胞的分化。细胞的再生l概念l细胞的再生能力l组织的再生的过程l细胞再生的影响因素细胞的再生组织与细胞重新生长与修复的l生理性再生l病理性再生机体的再生和修复均由干细胞来完成二、细胞再生能力二、细胞再生能力二、细胞再生能力（神经细胞、心肌细胞、骨骼肌细胞）三、组织的再生过程3.纤维组织再生未分化间叶细胞3.纤维组织再生未分化间叶细胞成纤维细胞前胶原蛋白↓↓胶原纤维纤维细胞4.毛细血管的再生－生芽方式神经细胞受损--胶质细胞增生填补外周神经受损--NC存活可完全再生血小板源性生长因子（PDGF）促成纤维细胞、平滑肌细胞、胶质细胞、单核细胞成纤维细胞生长因子（FGF）促内皮及多种间叶细胞表皮生长因子（EGF）促上皮细胞、成纤维细胞、平滑肌细胞、胶质细胞血管内皮生长因子（VEGF)促血管内皮增生转化生长因子（TGF）TGF-β---低促高抑成纤维细胞和平滑肌细胞干细胞与再生医学l干细胞l干细胞与再生医学选选Science杂志年度十大科技突破。英美三位科学家利用胚胎干细胞进行小鼠特定基因修饰的研究共享2007年诺贝尔生理学/医学奖；日本和英国科学家因在体细胞重编程研究领域的杰出贡献荣获2012年诺贝尔生理学/医学奖。一、干细胞干细胞是具有自我更新、高度增殖和多向分化潜能的细胞群体，是机体可塑性最强的一类按照干细胞分化潜能，可分为全能性，多按照干细胞来源，可分为胚胎干细胞、成体干细胞、诱导性多能干细胞。干细胞的分类根据细胞分化潜能分类：全能干细胞（totipotentstemcells）三胚层多能干细胞（pluripotentstemcells）单胚层多能干细胞（multipotentstemcells）单能干细胞（monopotentstemcells）l能够形成整个机体所有类型的细胞和胚外组织的干细胞，能发育为一个完整的有机体。l在哺乳动物中，受精卵和胚胎发育早期卵裂至桑葚胚期的卵裂球均有发育的全能性，属l哺乳动物体细胞核也是全能性三胚层多能干细胞（胚胎干细胞）l根据细胞来源的分类：40n胚胎干细胞l胚胎干细胞（embryonicstemcells,ESCs）原始的干细胞，具有向三胚层分化的能力。可以从囊胚期的内细胞团中分离得到。（1981年）ESCs可表达时相专一性胚胎抗原（SSEA）和OTC4基因。1998年Thomson首次建立人胚胎干细胞系43避免异常胚胎的出现；保护珍惜物种，克隆动物，挽救濒临灭绝的动物;用于转基因动物的生产，进行定向变异和育种；临床应用：器官移植提供供体；治疗神经变性疾病、心肌梗死、糖尿病等l2007年Asterias公司开发的新型干细胞疗法，6名脊髓损伤完全瘫痪的患者在I期临床试验中接受了1000万个细胞的注射，9个月后其中3名患者的手臂、手掌和手指运动功能出现明显的改善。l动物实验显示，这种前体细胞能够在脊髓受伤部位发挥多种修复作用，包括分泌神经营养因子、促进血管形成以及刺激神经轴突上的髓鞘再生。47n成体干细胞存在于胎儿和成体已分化组织内的多潜能干细胞，具有潜在的自我更新和向特定类型细胞分化的能力。（多能/单能）骨髓造血干细胞骨髓间充质干细胞神经干细胞肝脏干细胞骨骼肌干细胞。。。。。。干细胞C-kit认为是心肌干细胞，在注射至心脏时，能够再生心肌，让坏死的部分n成体干细胞ASCs的可塑性或转分化（transdifferentiation）ASCs细胞具有向两个及两个以上胚层细胞分化的潜能，这种具有跨谱系、跨胚层分化潜能的现象称为干细胞的可塑性或转分化。n成体干细胞lASCs与组织微环境组织微环境通过不同信号途径调控干细胞的行为，使干细胞的生长、更新和分化在生理条件下处于稳定平衡状态。组织器官损伤后，通过释放炎性因子(如IL-1，TNF-α)和趋化因子（如SDF-1）等多种成分入血，以活化干细胞，在损伤部位周围形成配体的浓度梯度，配体与ASCs表面的受体结合，驱动ASCs向病灶主要机制：SDF-1/CXCR4信号轴、HGF/c-met信号轴、MCP-3/CCR1，3，5信号轴和黏附因子等.n成体干细胞成体干细胞应用前景广阔全球批准上市的的15款干细胞药物名单n成体干细胞建立了干细胞平台技术，从肌肉、肝脏、骨髓中成功地发现和分离了成体干细胞群，完成了干细胞定虽然成体干细胞具有向多系分化的能力，但这种分干细胞体外的扩增转化是否会引起成体干细胞遗传55n诱导性多能干细胞iPSCsiPSCs:通过基因导入技术，将某些特定的因子导入已分化的体细胞内，并将体细胞重编码为具有多分化潜能的多能干细胞。56n诱导性多能干细胞OctOct-4和Sox基因家族成员是启动重编程必不可少的关键因子；而Myc家族、Klf4家族、Nanog和Lin28是提高诱导效率的关键因子58n诱导性多能干细胞iPSCs细胞由成人的终末分化细胞转化而来，不iPSCs细胞可直接从患者身上提取的组织或细胞制成，更符合“个体化治疗”的原则；iPSCs细胞在再生医学、药物筛选等领域具有巨其机制尚未明确n诱导性多能干细胞原病毒的插入改变了靶细胞邻近基因的表达；导入细胞的转录因子对iPSCs遗传不稳定性的影响；病毒的随机整合；n肿瘤干细胞肿瘤干细胞是肿瘤组织内极少量具有自我更新能力，无限增殖能力和强致瘤性的一类干iCSCs的生物学特性CSCs可通过自我更新维持肿瘤的持续生长，CSCs积累了所在肿瘤的基因突变，正是这些基因突变导致了肿瘤细胞的过度增殖，乃至复发、转移和扩散。多向分化能力恶性胶质瘤标本及细胞株U251中CD133+细胞可分化为神经元和星形胶质细胞；CSCs还可分化为血管内皮细胞。CSCs具有强致瘤性CD44+/CD24-或CD24低表达的乳腺癌干细胞，在接种后6个月内形成肿瘤；而每只接种1×104个非肿瘤干细胞的乳腺癌细胞的小鼠在相同时间内并未形成肿瘤。CSCs具有多重耐药性lCSCs特异表面标志物---流式细胞仪，WB干细胞与再生医学 再生医学n再生医学与各学科的交融1.干细胞是再生医学的基础第一阶段：1981年小鼠ESCs和胚胎生殖细胞系建系成功，基因敲除技术产生，再生医学理论的诞生；第二阶段：1998年hESCs建系成功标志第三阶段：2006年和2007年相继成功诱导小鼠和人iPSCs，克服了ESCs进行细胞治疗的瓶颈。将细胞生物学与材料工程学相结合，采用各种种子细胞和生物材料进行体外或体内构建组织或器官的一门新型学科。是再生医学的分支学科；功能细胞+三维支架材料植入病变部位多种生物材料已经成功应用于人工骨和关节、人工晶体、人工心脏瓣膜以及血管支架；3.基因工程技术是再生医学必不可少的手段iPSCs的诱导诠释了基因工程技术在再生医学领域的应用；人工器官中的种子细胞往往需要通过基因重新构建向特定方向分化；结合基因打靶技术以及干细胞克隆技术可以改