第十七章 干细胞与组织的维持和再生

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1、第十七章第十七章 干细胞与组织的维干细胞与组织的维持和再生持和再生 Stem Cell and Tissue Regeneration第一节第一节 干细胞概述干细胞概述 一、干细胞的存在一、干细胞的存在( (一一) )干细胞的存在干细胞的存在干细胞（干细胞（stem cellstem cell）：）：是一类具有是一类具有自我更新自我更新和多和多向向分化潜能分化潜能的细胞。的细胞。存在存在部位：部位：人体或动物个人体或动物个体整个发育过程中的各种体整个发育过程中的各种组织中。组织中。功能：功能：个体的生长发育、个体的生长发育、组织器官的结构和功能的组织器官的结构和功能的动态平衡，以及其损伤后动态

2、平衡，以及其损伤后 的再生修复等生命现象发的再生修复等生命现象发生的生的重要基础。重要基础。1.全能干细胞（全能干细胞（totipotent stem cell）指那些具有指那些具有发育全能性发育全能性的早期胚胎细胞，如处于的早期胚胎细胞，如处于8细胞期之前的每一个胚胎细胞细胞期之前的每一个胚胎细胞（包括受精卵），这种状态的（包括受精卵），这种状态的任何一个细胞任何一个细胞植入子宫后，都可以植入子宫后，都可以发育为一个完发育为一个完整的个体整的个体。Stem Cell and Tissue Regeneration2.多能干细胞（多能干细胞（pluripotent stem cell）指那些具

3、有分化为成熟个体中指那些具有分化为成熟个体中所有类型细胞所有类型细胞的潜能，但的潜能，但不能形成完整个体不能形成完整个体的的早期胚胎干细胞早期胚胎干细胞,也习惯称为也习惯称为胚胎干细胞（胚胎干细胞（embryonic stem cell，ES细胞），细胞），如如内细胞团。内细胞团。( (二二) )干细胞的类型干细胞的类型3.组织特异性干细胞（组织特异性干细胞（tissue specific stem cell）指在组织指在组织器官发育过程中起器官发育过程中起 着重着重要作用的干细胞，是一种要作用的干细胞，是一种专能性专能性干细胞干细胞。在。在成体成体组织中的组织中的干细胞也干细胞也称称成体成体

4、干细胞干细胞(adult stem cell)(adult stem cell)它们通过有序的增殖与分化，以它们通过有序的增殖与分化，以实现其所在组织中细胞的新旧更替实现其所在组织中细胞的新旧更替，并维持组，并维持组织器官结构和功能的动态平衡。织器官结构和功能的动态平衡。受精卵细胞团囊胚胎儿成体专 能 unipotency全 能 totipotency多 能 pluripotenyStem Cell and Tissue Regeneration二、干细胞的形态和生化特征二、干细胞的形态和生化特征1.干细胞的形态特征干细胞的形态特征所有干细胞在形态学上都具有所有干细胞在形态学上都具有原始细胞原

5、始细胞的一些的一些基本特征：基本特征： 呈呈圆形或椭圆形；圆形或椭圆形； 体积较小；体积较小； 核质比较大；核质比较大； 细胞质中各种细胞器不够发达细胞质中各种细胞器不够发达 。Stem Cell and Tissue Regeneration2.干细胞的生化干细胞的生化特性特性 干细胞都具有较高的端粒酶活性。干细胞都具有较高的端粒酶活性。 不同的干细胞可能具有各异的生化标志，如不同的干细胞可能具有各异的生化标志，如nestinnestin为神经干细胞的为神经干细胞的标志分子。标志分子。 干细胞的生化特性常被用作鉴定干细胞在干细胞的生化特性常被用作鉴定干细胞在组织中存在和评价其分化组织中存在和

6、评价其分化程度的标志程度的标志。 干细胞 过渡细胞 分化细胞三、干细胞的增殖特征三、干细胞的增殖特征1.1.干细胞的增殖速率具有缓慢干细胞的增殖速率具有缓慢性性干细胞增殖时，首先要经过一个短暂的增殖期，产生过渡细胞。 Stem Cell and Tissue Regeneration缓慢增殖的生理意义缓慢增殖的生理意义: 有利于干细胞对特定的外界信号作出反应，以决定其细胞是进入增殖状态，还是进入特定的分化程序。 可以减少发生基因突变的危险，使干细胞有更多的时间发现和校正复制错误。 2.干细胞增殖系统具有很强的自稳定性干细胞增殖系统具有很强的自稳定性自稳定性自稳定性 : 指干细胞可以在生物个体生

7、命区间中自我更新，并维持自身数目恒定，这是干细胞的基本特征之一。对称对称分裂分裂:当干细胞发生分裂后, 产生的两个子代细胞都是干细胞或都是分化细胞的分裂方式。不对称分裂不对称分裂: 当干细胞发生分裂后，产生一个干细胞和一个分化细胞的分裂方式。不对称分裂与对称分裂不对称分裂与对称分裂对无脊椎动物而言，对无脊椎动物而言，不对称分裂不对称分裂是干细胞维持自身数目恒定的基本方式。是干细胞维持自身数目恒定的基本方式。 哺乳动物的哺乳动物的单个单个干细胞通常进行干细胞通常进行对称分裂对称分裂，哺乳动物的干细胞是，哺乳动物的干细胞是种群意义种群意义上的不对称分裂上的不对称分裂。干细胞的不对称分裂干细胞的不对

8、称分裂A干细胞的简单不对称分裂干细胞的简单不对称分裂 B. 干细胞的种群不对称分裂干细胞的种群不对称分裂四、干细胞的分化特征四、干细胞的分化特征1.干细胞分化的干细胞分化的谱系限定性谱系限定性处于不同发育阶段和不同组织器官中的干细胞的分化潜能，具有严格的谱系限定性。 受精卵形成个体； 内细胞团细胞产生个体中任何一种组织细胞； 组织干细胞只产生其细胞谱系以内的细胞类型，而不产生其他组织中的细胞类型。Stem Cell and Tissue Regeneration2.干细胞分化的可塑性干细胞分化的可塑性 干细胞在适当的条件下，发生直接诱导分化：直接诱导分化：将多潜能性干细胞直接诱导为一种特定的分

9、化细胞。转决定：转决定：将一种前体细胞诱导分化为与其共同的干细胞谱系内的另一种细胞类型。转分化：转分化：将一种已分化细胞直接诱导为另一种已分化细胞。去分化：去分化：干细胞向其前体细胞逆向转化的现象。如采用高表达特定转录因子的手段，可以将成纤维细胞诱导分化为类似于ES细胞的诱导多能干细胞（induced pluripotent stem cell, iPS细胞）。干细胞的可塑性 a. 去分化； b. 转决定； c. 转分化； d. 直接诱导分化 Stem Cell and Tissue Regeneration细胞重编程的主要策略 A体细胞核转移（SCNT）：将体细胞核注射到去核的卵细胞，在体外

10、特殊培养条件下，可以产生ES细胞；B. 细胞融合：将体细胞与ES细胞融合，可以产生杂合细胞，具备多能ES细胞的一些生物学特性；C. iPS细胞：将体细胞通过诱导表达某些特定基因转变为多能干细胞，例如导入Oct3/4、Sox2、C-Myc和Klf4基因可以将小鼠成纤维细胞转变为多能干细胞；D. 谱系转化：例如直接将胰腺细胞转化为肝细胞。在此过程中，将一种细胞类型转化为另一种细胞的特异性转录因子是非常关键的 Stem Cell and Tissue RegenerationStem Cell and Tissue Regeneration五、干细胞生理活动的微环境五、干细胞生理活动的微环境 干细胞

11、的增殖与分化存在一个严密的调控机制，而这个调控机制可能就与干细胞的增殖与分化存在一个严密的调控机制，而这个调控机制可能就与它所在组织中的它所在组织中的微环境微环境有关，这种微环境称为有关，这种微环境称为“干细胞巢干细胞巢”。干细胞干细胞巢的基本特征：巢的基本特征：即在结构上是一个由即在结构上是一个由干细胞干细胞及其及其外围细胞外围细胞、以及参、以及参与其增殖分化调控的与其增殖分化调控的相关因子相关因子所组成的，并具有动态平衡特性的局部环境。所组成的，并具有动态平衡特性的局部环境。 1.干细胞巢中的分泌因子是干细胞增殖分化的干细胞巢中的分泌因子是干细胞增殖分化的调控调控因子因子 分泌因子的来源：