干细胞概述(完整)

1、干细胞，1 .干细胞(stem cell ) :干细胞是具有自我更新和分化潜能的细胞。 2 .干细胞分类(1)胚胎干细胞：指胚胎早期的干细胞。 此类干细胞分化潜力广，具有分化为机体哪些组织细胞的能力。 胚胎期细胞块的细胞一样。 (2)成体干细胞：成体各组织器官中的干细胞，成体干细胞虽有自我更新能力，但分化潜力狭窄，只能分化为相应(或相邻)组织器官组成的细胞。 神经干细胞和表皮干细胞等。第一节干细胞生物学，1 .组织的自我稳定性：特定组织通过死亡和增殖自我细胞来保持组织细胞数的动态平衡的特征叫做组织的自我稳定性。 2 .干细胞是个体发育和组织再生的基础。 一、干细胞形态与生化特征、一干细胞形态特

2、征、干细胞形态共性：细胞呈圆形或卵圆形，体积小，核质比大，增殖力强。 干细胞的固定组织位置：某些干细胞有固定存在部位和方式。 例如表皮干细胞与其周围的子细胞形成增殖结构单位。 但是很多组织的干细胞没有这样的分布特征。 2干细胞生化特性、端粒酶活性高：造血干细胞具有癌细胞端粒酶活性，增殖能力强。 端粒酶活性随着增殖和分化而降低。 蛋白质标记分子：不同干细胞有不同的蛋白质标记分子，可以确定干细胞的位置，作为分离纯化干细胞的标记。 如巢蛋白神经干细胞角蛋白15表皮干细胞。 二、干细胞增殖特点；(一)增殖缓慢，一干细胞增殖速度慢：细胞动力学研究表明，干细胞增殖速度慢，组织中快速分裂的细胞是过渡扩增细胞

3、。 小肠干细胞的分裂速度(Tc=11小时)比过渡放大细胞(Tc24小时)慢2倍。 2过渡放大细胞：过渡放大细胞是介于干细胞和分化细胞之间的过渡细胞，过渡放大细胞多次分裂产生分化细胞。 这样，生物体可以通过较少的干细胞获得很多分化细胞。 3干细胞增殖缓慢的意义： (1)有利于干细胞反应外界信号决定细胞发展方向的增殖或分化。 (2)减少基因突变的危险。 如果增殖慢，干细胞有时间发现并纠正增殖周期中的错误。 (二)干细胞自稳定性，1自稳定性：自稳定性是干细胞的基本特征之一。 意味着干细胞在个人生命过程中可以自我更新，使自身数量保持一定。 干细胞自我稳定性是区别肿瘤细胞的本质特征。 干细胞通过其特有的

4、分裂方式维持自身稳定性。 2干细胞的分裂方式干细胞有对称性和非对称性两种分裂方式。 非对称分裂的结果表明，两个子细胞之一保持功能上变成特异分化细胞的干细胞的另一个特征是3 .非对称分裂的发生原因：系列基因调控。 细胞质物质的不均匀分配。 4无脊椎动物通过非对称分裂维持自我稳定性。 例如果蝇的Insc基因是官能前体细胞不对称分裂的调控基因之一，通过不对称分配质膜上的细胞取向决定因子这3个途径进行调控。 不对称分配细胞内的mRNA。 决定细胞分裂时纺锤体的方向。 5哺乳动物的种群不叫分裂。 (1)种群不对称分裂：哺乳动物有多个不同的干细胞群，分裂后产生不同的细胞。 (2)哺乳动物种群不对称分裂的意

5、义：使机体干细胞调控更加灵活，适应机体生理变化。 为了使干细胞的数量保持一定，就要求生物体对干细胞分裂的控制更加准确。 例如，正常肠腺由250个细胞组成，如果追加干细胞，则可能多发生64128个子细胞。 (3)哺乳动物种群非对称分裂的控制。 哺乳动物通过多阶段的多角度控制，保持自我稳定性。 正调控：促进细胞增殖、生存相关的基因表达。 负调控：促进与细胞凋亡相关的基因表达。例如转基因小鼠长期造血干细胞高表达Bcl-2时，长期造血干细胞的数量显着增加。 说明细胞凋亡也是干细胞的调控方式。 三、干细胞的分化特点，(一)干细胞的分化潜力，根据其分化潜力的大小，干细胞可分为三类。 1万能干细胞(胚胎干细

6、胞): 具有形成完整个体的分化潜力。 例如胚胎干细胞(ES )具有很强的分化能力，可以无限增殖，分化为全身200多种细胞类型，以及生物体的各种组织、器官。 (图全能干细胞)、2多能干细胞：多能干细胞具有分化多种细胞组织的潜能，但丧失了发育为完整个体的能力。 像骨髓多能造血干细胞一样，至少可以分化12种血细胞，但不能分化造血系统以外的细胞。 (图形多能干细胞)，3专能干细胞(成体干细胞): 专能干细胞(也称为单能、偏能干细胞)，这些干细胞只能分化为一种或密切相关的两种细胞。 例如上皮组织的基底层的干细胞、肌肉中的成肌细胞(卫星细胞)等。 (图、表皮干细胞)、(二)干细胞的分化和去分化、1干细胞的

7、分化：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的细胞的过程称为干细胞的分化。 实验： C57BL/6J成年小鼠造血干细胞WBB6F/J-KitW/KitW-V小鼠(亚致死量同位素照射)在小鼠胶质细胞中检测到y染色体。 也就是说，小鼠的造血干细胞移植到小鼠后分化为脑星状胶质细胞。 2干细胞去分化：将某些干细胞逆转为其祖细胞称为干细胞去分化。 实验：成年小鼠造血干细胞小鼠卵泡内细胞块表达大鼠珠蛋白基因参与胚胎造血系统的发育。 3 .干细胞可塑性；(1)干细胞横向分化：干细胞移植时，供体干细胞在受体中通常分化为与其组织来源一致的细胞。 但是，供体干细胞有时分化为与其组织来源不一致的其他细

8、胞，这种现象称为干细胞横向分化(trans-differentiation )。 干细胞的横向分化表明成体干细胞被移植到受体中具有很强的可塑性。 干细胞治疗成为了可能(2)实验：小鼠肌干细胞体外培养5天少量的骨髓间质细胞接受致死量的放射线的小鼠中的各种血球系。 (3)横向分化的调控机制：与干细胞微环境有关。 干细胞进入新的微环境后，对分化信号的反应受到周围正在进行的分化细胞的影响，对新微环境中的调节信号作出反应。 四、干细胞增殖与分化的微环境，干细胞巢(stem cell nich ) :干细胞在组织中的住处。 干细胞生存的微环境：指干细胞巢中调控干细胞增殖与分化的外部信号。 例如，这些物质介

9、导干细胞干细胞的相互作用和细胞与细胞外基质的作用，影响干细胞的增殖和分化。 (1)分泌因子、分泌因子是细胞自身分泌或旁分泌的生长因子，一些分泌因子对干细胞的增殖、分化和维持生存有调节作用。 例如，改变生长因子和Wnt家族的成员，不管是组织还是属性，都发挥重要的作用。 1转化生长因子TGF(transforming growth factor )是TGF超家族的成员之一，具有调节细胞生长分化的作用。 TGF可转化正常成纤维细胞的表型，即在EGF同时存在时，可转化成成纤维细胞的贴壁生长特性，获得琼脂生长能力，失去对密度依赖的抑制作用而命名。 TGF的作用：对TGF细胞的生长分化免疫功能有重要的调节

10、作用。 一般来说，起源于间质的细胞有刺激作用，来源于上皮和神经外胚层的细胞有抑制作用。 例如，TGF家族成员Dpp可以维持果蝇雌性生殖干细胞的增殖。2Wnt家族的分泌信号分子，(1)Wnt基因： Wnt基因最初是由小鼠乳腺癌克隆的原癌基因，病毒基因插入其旁边可以激活该基因，故称为Int基因，果蝇的无翅基因(wint (2)Wnt信号分子： Wnt基因编码长度为350400氨基酸的分泌型糖蛋白。 与细胞表面和细胞外基质有关，在狭小的范围(几个细胞直径)起信使的作用。 (3)Wnt信号通路： Wnt参与的细胞表面向细胞核内传递信号的信号传递通路。 主要是Wnt信号蛋白、穿膜受体(Frizzled

11、)、辅助受体LRP (与低密度脂蛋白受体有关的穿膜蛋白)、Dishevelled、糖原合成酶激酶3(GSK3)、APC、Axin、-连环蛋白及t位点(5)Wnt信号通路的作用机制： TCF/LEF和cat调控cmyc的表达，即Wnt通路的靶基因为cmyc。 TCF/LEF是Wnt信号通路的中间介质，可与-连环蛋白(-catenin，-cat )结合成复合体，使-catenin成为细胞浆核内。 cat是Wnt信号通路中最重要的信号分子。 cat具有细胞粘附和信号转导、c端参与信号转导、n端参与细胞粘附两个功能。 正常情况下，在APC、GSK-3、Axin等的调节下，细胞浆内-catenin处于平

12、衡状态的Wnt因子与其受体结合时，Wnt信号转导抑制GSK3，-catenin不能正常水解而蓄积，过剩的-catenin为lef /， 与DNA结合蛋白Tcf3结合，激活c-myc、cyclinD1，通过Tcf/Lef转录因子家族分化上皮干细胞： Tcf/Lef和-Catenin形成转录复合体后，使角质细胞转化为多能态，分化为毛囊。 (二)受体介导的细胞相互作用，果蝇的Notch基因产物Notch受体。 Notch配体是三角洲基因产物，两者都是细胞表面膜贯通蛋白。 二者结合对果蝇刺发育发挥调节作用的蛋白质。 (图示果蝇刚毛)、Notch受体、果蝇各刚毛器由一个神经前体细胞发育，神经前体细胞由包

13、含多个神经原细胞的细胞群分化，这一选择性发育过程依赖于Notch和三角洲的基因调节。 Notch与其配体三角形结合后，通过细胞间相互作用，选择向细胞核传递抑制信号，抑制相邻细胞侧，仅使某些神经原细胞获得较强的竞争力，使其发育成神经前体细胞。 也就是说，如果Notch与其配体结合，干细胞进行非分化性增殖而抑制Notch活性，干细胞就进入分化程序，发育成功能细胞。 (3)细胞间基质和整合素，1 .细胞间基质：细胞外基质，分布于细胞外空间，是指由细胞分泌蛋白和多糖组成的网络结构。 2 .作用：细胞外基质在可以粘连细胞的同时，提供细胞外网架维持组织结构，通过结合和信号转导分子对细胞的生存、增殖、分化、

14、迁移等产生重要影响。 3 .细胞外基质的种类：列举几个与干细胞增殖分化有关的例子。 (1)胶原、胶原是细胞外基质中的主要框架结构。 现在发现的骨胶原至少有19种。 各个胶原蛋白的构造特性适用于那个特定的功能。 胶原蛋白纤维(、型)、三维网络结构(型)可以形成片状胶原蛋白。 胶原是构成基膜的主要成分之一，与细胞基质中其他成分一起构成结构和功能的统一。 为干细胞的生存和生命活动提供微小环境。 (2)层粘蛋白(laminin，LN )、层粘蛋白是基底膜的主要功能成分。 也是胚胎发育中最早出现的细胞基质成分。 成体中，存在于上皮下和内皮下的细胞附近的基底，以及肌细胞和脂肪细胞的周围等。层粘蛋白的功能：

15、作为基膜的主要结构成分，促进基膜的组装，介由细胞粘附胶原扩散，促进生长增殖诱导细胞分化，是个体发生中最早出现的细胞基质。 例如成肌细胞分化为肌细胞，间质细胞分化为肾细胞、上皮细胞等。 (3)纤维连接蛋白(fibronectin，FN )、纤维连接蛋白成分血浆FN和细胞FN。 血浆FN存在于血浆和各种体液中，细胞FN存在于细胞外基质(包括某种基膜)和细胞表面。 细胞FN为多聚体，有20种以上。 是同一基因的编码产物，转录后RNA的连接形成多种异型分子，连接方式取决于细胞的种类和发育状态，使细胞形成适合组织需要的FN形式。 即，细胞通过控制FN RNA拼接方式使其与不同细胞结合，产生特异性效果。

16、FN的功能：主要通过细胞黏附调节细胞形状和细胞骨架的组装，促进细胞的扩散和迁移，并通过迁移途径决定细胞的分化方向。 沿富含FN的路径移动的神经脊细胞最终分化为肾上素能神经元，形成神经节。 的双曲馀弦值。 整合素(1)是一种通过识别邻近细胞的粘着分子和细胞外基质成分并结合，介导细胞细胞和细胞细胞外基质之间相互作用的受体蛋白质。 属于细胞粘连分子。 (2)整合素对干细胞的作用：促进干细胞的非分化增殖。 (3)作用机制：细胞外基质受体与配体结合后发生细胞内信号转导的连锁反应，最终影响基因表达，为促进干细胞非分化增殖提供微小环境。 将干细胞放在组织中的正确位置，使干细胞维持非分化性增殖。 整合子形成与

17、2个亚基不同的二聚体。 发现16种和9种亚基，可组合成20种整合素。 与细胞外基质成分结合的整合素是主要由1和9种亚基分别构成的异二聚体。 如果1失去功能，上皮干细胞就会脱离微环境制约，分化成角质细胞。 也就是说，细胞外基质通过调节1整合素的表达和活化，影响干细胞的分布和分化方向。 (4)整合素对干细胞的影响作用过程：必要2步：一是整合素活化，二是活化整合素对干细胞的作用。 整合子激活：整合子通常不与配体结合，需要激活。 激活因子是外部信号的刺激，激活过程是细胞内信号外传过程。 整合素对细胞的作用：作用过程为细胞外信号内转导：整合素激活后，与纤维蛋白原等配体结合的细胞内细胞发生反应。 例如，粘

18、着斑蛋白和骨架系统的组装、激酶的磷酸化等会引起细胞的分泌、增殖、分化、移动等。 活化的整合素失活，附着的细胞之间可以脱离。 也就是说，整合素通过与细胞外基质的弱结合，不使细胞脱离粘合，而是根据微小环境通过可逆的结合和解离进行细胞移动。 第二节胚胎干细胞，1胚胎干细胞：从囊胞期(受精后57天)胚胎中分离的干细胞称为胚胎干细胞。 2胚胎干细胞的特性：万能干细胞。 3胚胎干细胞的研究价值：是发育生物学基础研究的理想模型和有效工具。 (图，胚胎干细胞的应用)，一、人胚胎干细胞的获得，研究胚胎干细胞，首先获得胚胎干细胞。 (1)获得途径主要有： 1从早期胚胎中获得美国Thompson研究组是从胚胎的内细胞块中获