《医学细胞生物学》课件：第十二章 第二节 干细胞（理论32学时班级用）

1、第十二章 细胞与个体发育,第二节 干细胞,第二节 干细胞,干细胞（stem cell）：一类具有自我复制和多向分化潜能的细胞，是各种分化细胞或特化细胞的初始来源。,胚胎干细胞（embryonic stem cell，ES cell）：出现于早期胚胎的干细胞，多数来自囊胚（胚泡）的内细胞团。 成体干细胞（adult stem cell）：具组织特异性的干细胞，如造血干细胞、神经干细胞、胰腺干细胞等。,对称分裂（symmetry division）：产生两个同型的细胞，均为干细胞或分化细胞。 不对称分裂（asymmetry division）：产生两个异型的细胞，一个是干细胞，另一个是分化细胞。,

2、一、干细胞的基本特征,（一）干细胞的自我复制,对称分裂,不对称分裂,机体对干细胞增殖的调节具有一定灵活性，以适应生理变化需要，维持干细胞与分化细胞数量上的平衡。 通常认为，在正常状况下，干细胞多以不对称方式分裂。,（二）干细胞的分化,全能干细胞 （totipotent cell） 多能干细胞 （pluripotent cell） 专能干细胞 （unipotent cell）,胚泡内细胞团的 ES细胞,成体干细胞,（三）干细胞增殖分化的调控机制,微区（niche）：干细胞所处的微环境，包括周围细胞、胞外基质及可溶性信号转导分子等。,1. 胞内因素的调控,2. 胞外因素的调控,Oct-4 Nano

3、g 端粒酶,黏附分子、多种分泌因子及周围细胞的直接参与。,二、胚胎干细胞,ES 细胞胚胎干细胞（embryonic stem cell） EG 细胞胚胎生殖细胞（embryonic germ cell），胚胎生殖嵴中的原始生殖细胞。 EC 细胞畸胎癌细胞（embryonal carcinoma cell），兼具多分化潜能与肿瘤细胞特性。,（一）ES 细胞,内细胞团（inner cell mass）,1. ES 细胞的生物学特性,来源于胚泡的内细胞团； 在不分化条件下能无限自我复制； 能保持稳定的二倍体正常核型； 能分化为包括内、中、外胚层的所有细胞类型； 当被注入发育状态的囊胚中，可整合至任一

4、组织。,（1）嵌合体实验 ES 细胞与另一胚泡的ICM细胞黏附在一起被移植入母体子宫内，可被调整并参与原先胚胎的正常发育，最终成为组织结构正常的嵌合体（chimera）个体。,2. ES 细胞分化潜能的评价,（2）畸胎瘤实验 将ES 细胞异位移植至皮下，由于无滋养层细胞的调控，其发育表现为无序的细胞分化，成为畸胎瘤。内部含神经管、腺管、上皮组织、软骨、肌肉和毛发等多胚层来源的多种类型的分化细胞。 此法亦可证明ES 细胞的多潜能分化特征。,（3）类胚体实验 ES 细胞在无饲养层与分化抑制因子条件下培养时，形成类胚体（embryoid body, EB）。其中间细胞团保持干细胞生长特点，周边细胞逐

5、渐分化为不同类型的细胞。,改变细胞生长条件，如添加各种生长因子、改变其黏附状态诱导细胞间相互作用等； 导入特定的分化相关基因，诱导细胞产生定向分化； 可分化为脂肪细胞、星形胶质细胞、心肌细胞、软骨细胞、造血细胞、树突样细胞、内皮细胞、胰岛细胞等。 目前面临的主要困难：定向分化。,3. ES 细胞的体外分化,3. ES 细胞的应用潜能,（1）移植治疗 如帕金森综合症、糖尿病、创伤性脊髓损伤等病症，均有望通过诱导ES 细胞定向分化为相应细胞类型再移植入病人体内治疗。,（2）其他应用 用于研究胚胎发育过程中的相应机制； 模拟组织和细胞的体内效应，以筛选药物或测试药物毒性； 对ES 细胞进行基因操作后

6、再用于治疗。,来自胚胎生殖嵴中的原始生殖细胞； 与ES 细胞具类似特性，如具有多分化潜能、特殊干细胞标记等； 增殖能力稍弱，不能无限制生长； 不能产生畸胎瘤。,（二）EG 细胞,成体干细胞存在于多种组织与器官，包括骨髓、外周血、脑、脊髓、牙髓、血管、骨骼肌、表皮、消化管、角膜、视网膜、肝脏、胰腺等。 两个基本特征：自我复制 能够分化为具有特殊功能的成熟细胞。 数目稀少。 在相应诱导条件下，成体干细胞可跨组织甚至跨胚层分化 - 可塑性（plasticity）。,三、成体干细胞,1. 造血干细胞 （hematopoietic stem cell, HSC）,表面标记：CD34+/ Thyl+/ l

7、in- 来源: 骨髓移植 外周血（从中筛选出CD34+白细胞，含5-20%的造血干细胞） 脐带血,The Nobel Prize in Physiology or Medicine 1990,E. Donnall Thomas,存在于脑组织。 可分化为神经元、星形胶质细胞、少突胶质细胞等。 特征标记：巢蛋白nestin（属中间丝骨架蛋白） 胶质纤维酸性蛋白GFAP 等 目前仍缺乏被普遍接受的单一特异性标记 。,2. 神经干细胞,来源于结缔组织。 能在体外增殖，也可在不同条件下分化为多种间充细胞，如脂肪细胞、上皮细胞、肝细胞等。 含有多种特异性表面抗原：CD71、CD44、CD90、CD117、CD147等，不含造血干细胞表面抗原 CD45、CD34等。,3. 间充质