細(xì)胞分化干細(xì)胞(細(xì)胞生物學(xué))

1、細(xì)胞分化與干細(xì)胞Human cells：Number：1014 cells, 200 cell types細(xì)胞分化細(xì)胞分化增殖增殖如果只有細(xì)胞增殖，沒有細(xì)胞分化，如果只有細(xì)胞增殖，沒有細(xì)胞分化，就只能形成一細(xì)胞團(tuán)，而不能形成人體。就只能形成一細(xì)胞團(tuán)，而不能形成人體。在個(gè)體發(fā)育過程中，后代細(xì)胞間在在個(gè)體發(fā)育過程中，后代細(xì)胞間在形態(tài)、結(jié)構(gòu)和生形態(tài)、結(jié)構(gòu)和生理功能理功能上發(fā)生上發(fā)生穩(wěn)定性差異穩(wěn)定性差異的過程。細(xì)胞分化是多細(xì)的過程。細(xì)胞分化是多細(xì)胞有機(jī)體發(fā)育的基礎(chǔ)與核心。胞有機(jī)體發(fā)育的基礎(chǔ)與核心。組織、器組織、器官、系統(tǒng)官、系統(tǒng)個(gè)體個(gè)體細(xì)胞分化細(xì)胞分化 (cell differentiation)(c

2、ell differentiation)（一）細(xì)胞分化表現(xiàn)為細(xì)胞形態(tài)結(jié)構(gòu)發(fā)生（一）細(xì)胞分化表現(xiàn)為細(xì)胞形態(tài)結(jié)構(gòu)發(fā)生穩(wěn)定性穩(wěn)定性差異。差異。-穩(wěn)定，與功能相適應(yīng)穩(wěn)定，與功能相適應(yīng)一、一、 細(xì)胞分化的基本特征細(xì)胞分化的基本特征骨骼肌細(xì)胞骨骼肌細(xì)胞紅細(xì)胞紅細(xì)胞神經(jīng)細(xì)胞神經(jīng)細(xì)胞細(xì)胞決定細(xì)胞決定(cell determination)(cell determination)細(xì)胞決定是指細(xì)胞在發(fā)生可識(shí)別的形態(tài)變化之前細(xì)胞決定是指細(xì)胞在發(fā)生可識(shí)別的形態(tài)變化之前, , 就已受到約束而確定了分化就已受到約束而確定了分化方向方向, , 這時(shí)細(xì)胞內(nèi)部已發(fā)生了穩(wěn)定的變化這時(shí)細(xì)胞內(nèi)部已發(fā)生了穩(wěn)定的變化, , 基因活動(dòng)模式

3、已經(jīng)開始改變，確定了基因活動(dòng)模式已經(jīng)開始改變，確定了未來的發(fā)育命運(yùn)。未來的發(fā)育命運(yùn)。（二）細(xì)胞分化的時(shí)空性。（二）細(xì)胞分化的時(shí)空性。*遺傳穩(wěn)定性：果蠅成蟲盤細(xì)胞的移植實(shí)驗(yàn)*決定制約著細(xì)胞分化的方向果蠅成蟲盤細(xì)胞的移植實(shí)驗(yàn) 細(xì)胞決定實(shí)驗(yàn)示意圖細(xì)胞分化的有序性細(xì)胞分化的有序性單細(xì)胞生物：時(shí)間性單細(xì)胞生物：時(shí)間性多細(xì)胞生物：時(shí)間性空間性多細(xì)胞生物：時(shí)間性空間性（三）細(xì)胞分化的可逆性（三）細(xì)胞分化的可逆性去分化與轉(zhuǎn)分化去分化與轉(zhuǎn)分化去分化去分化 (dedifferentiation) (dedifferentiation) 在特定條件的誘導(dǎo)下，高度分化的細(xì)胞可以失去特有的結(jié)構(gòu)和功能，在特定條件的誘導(dǎo)下

4、，高度分化的細(xì)胞可以失去特有的結(jié)構(gòu)和功能，變?yōu)榫哂形捶只?xì)胞的特性。這種現(xiàn)象叫做去分化。變?yōu)榫哂形捶只?xì)胞的特性。這種現(xiàn)象叫做去分化。正常分化的細(xì)胞正常分化的細(xì)胞癌細(xì)胞癌細(xì)胞射線、藥物、毒物射線、藥物、毒物.轉(zhuǎn)分化轉(zhuǎn)分化 ( (transdifferentiationtransdifferentiation) ) 從一種特化細(xì)胞類型轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N類型的分化細(xì)胞的現(xiàn)象。從一種特化細(xì)胞類型轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N類型的分化細(xì)胞的現(xiàn)象。培養(yǎng)基中缺乏維生素A培養(yǎng)基中富含維生素A人皮膚基底層細(xì)胞人皮膚基底層細(xì)胞角化細(xì)胞角化細(xì)胞粘膜上皮細(xì)胞或具有纖毛的上皮細(xì)胞粘膜上皮細(xì)胞或具有纖毛的上皮細(xì)胞（四）個(gè)體發(fā)育中細(xì)胞分化的潛

5、能性（四）個(gè)體發(fā)育中細(xì)胞分化的潛能性1 1、細(xì)胞發(fā)育潛能在發(fā)育過程中逐漸變窄、細(xì)胞發(fā)育潛能在發(fā)育過程中逐漸變窄 桑葚胚桑葚胚 囊胚囊胚原腸胚原腸胚單個(gè)細(xì)胞在一定條件下具有分化發(fā)育成完整個(gè)體的能力單個(gè)細(xì)胞在一定條件下具有分化發(fā)育成完整個(gè)體的能力。全能細(xì)胞（全能細(xì)胞（totipotent cell)totipotent cell)多能細(xì)胞（多能細(xì)胞（pluripotent cell)pluripotent cell)分化潛能受限，失去發(fā)育成完整個(gè)體的能力，但仍具有發(fā)育成多種表型的能力。分化潛能受限，失去發(fā)育成完整個(gè)體的能力，但仍具有發(fā)育成多種表型的能力。 隨著細(xì)胞分化，細(xì)胞的分化潛能進(jìn)一步受到限制

6、，只有分化形成某一類型細(xì)胞的能力。隨著細(xì)胞分化，細(xì)胞的分化潛能進(jìn)一步受到限制，只有分化形成某一類型細(xì)胞的能力。穩(wěn)定型單能穩(wěn)定型單能 (unipotency)(unipotency)因此，就其分化潛能來講，動(dòng)物細(xì)胞的全能性隨著細(xì)胞分化程度提高，而逐因此，就其分化潛能來講，動(dòng)物細(xì)胞的全能性隨著細(xì)胞分化程度提高，而逐漸漸“變窄變窄”，此為細(xì)胞分化的普遍規(guī)律。，此為細(xì)胞分化的普遍規(guī)律。外胚層外胚層中胚層中胚層內(nèi)胚層內(nèi)胚層生殖細(xì)胞生殖細(xì)胞全能細(xì)胞全能細(xì)胞多能細(xì)胞多能細(xì)胞單能細(xì)胞單能細(xì)胞在胚胎發(fā)育過程中，由在胚胎發(fā)育過程中，由全能全能多能多能單能單能的發(fā)育的發(fā)育趨向，是細(xì)胞分化的一個(gè)趨向，是細(xì)胞分化的一個(gè)

7、普遍規(guī)律普遍規(guī)律2 2、細(xì)胞生理狀態(tài)隨分化水平而變化、細(xì)胞生理狀態(tài)隨分化水平而變化細(xì)胞的分裂能力細(xì)胞對(duì)環(huán)境因子的反應(yīng)性高度分化的高度分化的植物細(xì)胞植物細(xì)胞仍具有全能性，在適宜的條件下可培育成正常的植株。仍具有全能性，在適宜的條件下可培育成正常的植株。證據(jù)一：證據(jù)一：3 3、分化細(xì)胞細(xì)胞核的全能性分化細(xì)胞細(xì)胞核的全能性1958年有人用野生胡蘿卜游離的韌皮部細(xì)胞進(jìn)行體外培養(yǎng)的實(shí)驗(yàn)中，觀察到已經(jīng)高度分化的細(xì)胞可以重新分裂而回得到胚性細(xì)胞狀態(tài)，這種現(xiàn)象叫做去分化或稱脫分化，然后通過再分化形成根莖，最終發(fā)育成完整的新植株。證據(jù)二：證據(jù)二：動(dòng)物細(xì)胞核移植實(shí)驗(yàn)動(dòng)物細(xì)胞核移植實(shí)驗(yàn)爪蟾核移植實(shí)驗(yàn)哺乳動(dòng)物核移植實(shí)

8、驗(yàn)“多莉”（Dolly）羊的誕生紅細(xì)胞和肌細(xì)胞等體細(xì)胞的遺傳信息相同嗎？紅細(xì)胞和肌細(xì)胞等體細(xì)胞的遺傳信息相同嗎？紅細(xì)胞紅細(xì)胞血紅蛋白基因開啟血紅蛋白基因開啟合成血紅蛋白合成血紅蛋白肌細(xì)胞肌細(xì)胞肌動(dòng)蛋白基因開啟肌動(dòng)蛋白基因開啟合成肌動(dòng)蛋白合成肌動(dòng)蛋白二、二、 細(xì)胞分化的調(diào)控細(xì)胞分化的調(diào)控分子雜交技術(shù)檢測基因及其表達(dá)分子雜交技術(shù)檢測基因及其表達(dá) 不同類型的細(xì)胞在發(fā)育過程中表達(dá)一套特異的基因，其產(chǎn)物不僅決定細(xì)胞的形態(tài)結(jié)構(gòu)，而且執(zhí)行各自的生理功能。細(xì)胞總細(xì)胞總DNA細(xì)胞總細(xì)胞總RNA輸卵管輸卵管細(xì)胞細(xì)胞成成紅紅細(xì)胞細(xì)胞胰島胰島細(xì)胞細(xì)胞輸卵管輸卵管細(xì)胞細(xì)胞成成紅紅細(xì)胞細(xì)胞胰島胰島細(xì)胞細(xì)胞卵清蛋白卵清蛋白

9、基因基因 +- -珠蛋白珠蛋白基因基因 +-+-胰島素胰島素基因基因 +-+實(shí)驗(yàn)方法實(shí)驗(yàn)方法 Southern雜交雜交 Northern雜交雜交又稱組織特異性基因又稱組織特異性基因(tissue-specific genes)(tissue-specific genes)指不同的細(xì)胞類型進(jìn)行特異性表達(dá)的基因，其產(chǎn)物賦予各種類型指不同的細(xì)胞類型進(jìn)行特異性表達(dá)的基因，其產(chǎn)物賦予各種類型細(xì)胞特異的形態(tài)結(jié)構(gòu)特征與特異的功能；細(xì)胞特異的形態(tài)結(jié)構(gòu)特征與特異的功能；如紅細(xì)胞的血紅蛋白基因，皮膚的角蛋白基因。如紅細(xì)胞的血紅蛋白基因，皮膚的角蛋白基因。管家基因管家基因(house-keeping gene)(h

10、ouse-keeping gene)：是指所有細(xì)胞中均要表達(dá)的一類基因，其產(chǎn)物是對(duì)維持細(xì)胞基本是指所有細(xì)胞中均要表達(dá)的一類基因，其產(chǎn)物是對(duì)維持細(xì)胞基本生命活動(dòng)所必需的；生命活動(dòng)所必需的；如核糖體蛋白，線粒體蛋白，膜蛋白、組蛋白。如核糖體蛋白，線粒體蛋白，膜蛋白、組蛋白。奢侈基因奢侈基因(luxury gene)(luxury gene)（一）細(xì)胞分化與差異基因表達(dá)（一）細(xì)胞分化與差異基因表達(dá) 細(xì)胞分化的基因表達(dá)調(diào)控可以發(fā)生在轉(zhuǎn)錄、翻譯以及蛋白質(zhì)形成后活細(xì)胞分化的基因表達(dá)調(diào)控可以發(fā)生在轉(zhuǎn)錄、翻譯以及蛋白質(zhì)形成后活性修飾等不同水平，其中轉(zhuǎn)錄因子介導(dǎo)的性修飾等不同水平，其中轉(zhuǎn)錄因子介導(dǎo)的轉(zhuǎn)錄水平調(diào)控

11、轉(zhuǎn)錄水平調(diào)控最為重要。最為重要。 - -順式作用元件（包括啟動(dòng)子、增強(qiáng)子、沉默子），促進(jìn)基因順式作用元件（包括啟動(dòng)子、增強(qiáng)子、沉默子），促進(jìn)基因 轉(zhuǎn)錄活性，調(diào)節(jié)基因的組織專一性表達(dá)。轉(zhuǎn)錄活性，調(diào)節(jié)基因的組織專一性表達(dá)。 - -反式作用因子（又叫轉(zhuǎn)錄因子或調(diào)節(jié)蛋白），結(jié)合特異的順反式作用因子（又叫轉(zhuǎn)錄因子或調(diào)節(jié)蛋白），結(jié)合特異的順 式作用元件而激活基因的轉(zhuǎn)錄。式作用元件而激活基因的轉(zhuǎn)錄。 - -包括轉(zhuǎn)錄激活和轉(zhuǎn)錄抑制兩方面。包括轉(zhuǎn)錄激活和轉(zhuǎn)錄抑制兩方面。 - DNA- DNA甲基化甲基化 - - 組蛋白的共價(jià)修飾組蛋白的共價(jià)修飾（二）差別基因表達(dá)的轉(zhuǎn)錄水平調(diào)控（二）差別基因表達(dá)的轉(zhuǎn)錄水平調(diào)控DN

12、A甲基化修飾主要與基因抑制有關(guān) 人類胚胎紅細(xì)胞中珠蛋白基因的甲基化基因活化蛋白引導(dǎo)的染色質(zhì)局部結(jié)構(gòu)改變轉(zhuǎn)錄后的加工調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)錄后的加工調(diào)節(jié)非編碼非編碼RNA在細(xì)胞分化中的作用在細(xì)胞分化中的作用基因重排和基因調(diào)控基因重排和基因調(diào)控 在卵裂期間，不同的細(xì)胞質(zhì)組分被在卵裂期間，不同的細(xì)胞質(zhì)組分被分配到不同類型的細(xì)胞內(nèi)，這些特分配到不同類型的細(xì)胞內(nèi)，這些特殊的組分被稱為形態(tài)發(fā)生的殊的組分被稱為形態(tài)發(fā)生的決定子決定子，它們支配細(xì)胞分化的途徑，它們支配細(xì)胞分化的途徑。（一）細(xì)胞核對(duì)細(xì)胞分化的影響（一）細(xì)胞核對(duì)細(xì)胞分化的影響（二）細(xì)胞質(zhì)對(duì)細(xì)胞分化的影響（二）細(xì)胞質(zhì)對(duì)細(xì)胞分化的影響 細(xì)胞核內(nèi)基因選擇性表達(dá)細(xì)胞核內(nèi)

13、基因選擇性表達(dá)三、三、 細(xì)胞分化的影響因素細(xì)胞分化的影響因素 指一部分細(xì)胞對(duì)其鄰近細(xì)胞的形態(tài)發(fā)生影響，并決定其指一部分細(xì)胞對(duì)其鄰近細(xì)胞的形態(tài)發(fā)生影響，并決定其分化方向分化方向。胚胎誘導(dǎo)是胚胎形成中有序分化的重要因素。胚胎誘導(dǎo)是胚胎形成中有序分化的重要因素如眼的形成如眼的形成。（三）細(xì)胞相互作用對(duì)分化的影響（三）細(xì)胞相互作用對(duì)分化的影響在細(xì)胞生物中，在細(xì)胞生物中，細(xì)胞間相互作用細(xì)胞間相互作用對(duì)細(xì)胞分化有較大影響。對(duì)細(xì)胞分化有較大影響。1. 1. 細(xì)胞誘導(dǎo)（細(xì)胞誘導(dǎo)（inductioninduction）多級(jí)誘導(dǎo)：多級(jí)誘導(dǎo)：初級(jí)誘導(dǎo)：初級(jí)誘導(dǎo)：如脊索中胚層誘導(dǎo)其表面的外胚層發(fā)育神經(jīng)板；次級(jí)誘導(dǎo)：次

14、級(jí)誘導(dǎo)：如神經(jīng)板卷成神經(jīng)管后，前端膨大成原腦，其兩側(cè)突出的視杯再誘導(dǎo)其上方的外胚層形成晶狀體，為次級(jí)誘導(dǎo) ；三級(jí)誘導(dǎo)：三級(jí)誘導(dǎo)：晶狀體再誘導(dǎo)其表面的外胚層形成角膜，為三級(jí)誘導(dǎo)。脊索中胚層外胚層神經(jīng)板前腦-視杯神經(jīng)管外胚層晶狀體外胚層 角膜 在胚胎發(fā)育中，分化的細(xì)胞受到鄰近細(xì)胞產(chǎn)生的抑制物在胚胎發(fā)育中，分化的細(xì)胞受到鄰近細(xì)胞產(chǎn)生的抑制物影響，其作用與誘導(dǎo)相對(duì)。影響，其作用與誘導(dǎo)相對(duì)。 如如含有成蛙含有成蛙心組織心組織的培養(yǎng)液培養(yǎng)蛙胚，則蛙胚不能發(fā)育的培養(yǎng)液培養(yǎng)蛙胚，則蛙胚不能發(fā)育出正常的心臟。出正常的心臟。 用含成體蛙用含成體蛙腦組織腦組織碎片的培養(yǎng)液培養(yǎng)蛙胚，也不產(chǎn)生正碎片的培養(yǎng)液培養(yǎng)蛙胚，也

15、不產(chǎn)生正常的腦，常的腦， 說明，說明，已分化的細(xì)胞可以產(chǎn)生已分化的細(xì)胞可以產(chǎn)生抑制鄰近細(xì)胞進(jìn)行同樣的抑制鄰近細(xì)胞進(jìn)行同樣的分化分化的物質(zhì)，使發(fā)育的器官之間相互區(qū)別而的物質(zhì)，使發(fā)育的器官之間相互區(qū)別而避免重復(fù)避免重復(fù)發(fā)發(fā)生。生。2. 2. 細(xì)胞抑制細(xì)胞抑制3.3. 細(xì)胞粘附分子對(duì)細(xì)胞分化的作用細(xì)胞粘附分子對(duì)細(xì)胞分化的作用 細(xì)胞粘合細(xì)胞粘合是由于同類細(xì)胞可以通過表面細(xì)胞粘附因子，進(jìn)是由于同類細(xì)胞可以通過表面細(xì)胞粘附因子，進(jìn)行相互識(shí)別、黏著、聚集并相互作用，這有利于形態(tài)發(fā)生行相互識(shí)別、黏著、聚集并相互作用，這有利于形態(tài)發(fā)生以及正常結(jié)構(gòu)的構(gòu)建和維持。以及正常結(jié)構(gòu)的構(gòu)建和維持。如：將蠑螈的原腸胚三個(gè)胚層

16、的游離細(xì)胞體外混合培養(yǎng)，各胚層細(xì)胞又將自如：將蠑螈的原腸胚三個(gè)胚層的游離細(xì)胞體外混合培養(yǎng)，各胚層細(xì)胞又將自我挑選，相互黏著，依然形成外胚層在外，內(nèi)胚層在內(nèi)，中胚層介于二者之我挑選，相互黏著，依然形成外胚層在外，內(nèi)胚層在內(nèi)，中胚層介于二者之間的胚胎。間的胚胎。2. 2.遠(yuǎn)距離調(diào)節(jié)遠(yuǎn)距離調(diào)節(jié)激素激素是遠(yuǎn)距離調(diào)節(jié)細(xì)胞分化的信息分子。是遠(yuǎn)距離調(diào)節(jié)細(xì)胞分化的信息分子。特點(diǎn)：特點(diǎn)：靶細(xì)胞的特異性；激素作用的高效性；靶細(xì)胞的特異性；激素作用的高效性；如：蝌蚪變態(tài)過程如：蝌蚪變態(tài)過程中，尾部退化及前肢形成是由于甲狀腺分泌的甲狀中，尾部退化及前肢形成是由于甲狀腺分泌的甲狀腺素和三碘甲狀腺氨基酸的分泌增加所致。腺

17、素和三碘甲狀腺氨基酸的分泌增加所致。如：如：卵巢卵巢產(chǎn)生雌激素，促進(jìn)雌性第二性征的發(fā)育分化。產(chǎn)生雌激素，促進(jìn)雌性第二性征的發(fā)育分化。（四）信號(hào)分子對(duì)分化的影響（四）信號(hào)分子對(duì)分化的影響（五）環(huán)境因素對(duì)分化的影響（五）環(huán)境因素對(duì)分化的影響1. 1.相鄰細(xì)胞相鄰細(xì)胞通過細(xì)胞旁分泌產(chǎn)生的信號(hào)分子來實(shí)現(xiàn)的。如，成纖通過細(xì)胞旁分泌產(chǎn)生的信號(hào)分子來實(shí)現(xiàn)的。如，成纖維細(xì)胞生長因子，轉(zhuǎn)化生長因子，維細(xì)胞生長因子，轉(zhuǎn)化生長因子，WntWnt家族等。家族等。 腫瘤細(xì)胞是生物體內(nèi)的正常細(xì)胞演變而來的腫瘤細(xì)胞是生物體內(nèi)的正常細(xì)胞演變而來的。 從細(xì)胞分化的觀點(diǎn)分析腫瘤，可認(rèn)為，細(xì)胞癌變是細(xì)胞分從細(xì)胞分化的觀點(diǎn)分析腫瘤，

18、可認(rèn)為，細(xì)胞癌變是細(xì)胞分化領(lǐng)域中的一個(gè)特殊問題化領(lǐng)域中的一個(gè)特殊問題, , 腫瘤細(xì)胞是正常細(xì)胞分化機(jī)制腫瘤細(xì)胞是正常細(xì)胞分化機(jī)制失控造成的失控造成的。 細(xì)胞癌變是細(xì)胞去分化的結(jié)果。細(xì)胞癌變是細(xì)胞去分化的結(jié)果。 癌細(xì)胞和胚胎細(xì)胞具有很多相似的特性。例：甲胎蛋白癌細(xì)胞和胚胎細(xì)胞具有很多相似的特性。例：甲胎蛋白四、四、 細(xì)胞分化與腫瘤細(xì)胞分化與腫瘤 傳統(tǒng)的治療方法，外科手術(shù)切除化學(xué)療法和放射性治療傳統(tǒng)的治療方法，外科手術(shù)切除化學(xué)療法和放射性治療都是都是殺傷性治療殺傷性治療。 研究表明腫瘤細(xì)胞可以在高濃度的分化信號(hào)作用下，被誘研究表明腫瘤細(xì)胞可以在高濃度的分化信號(hào)作用下，被誘導(dǎo)分化為正常細(xì)胞。如，應(yīng)用

19、導(dǎo)分化為正常細(xì)胞。如，應(yīng)用維甲酸維甲酸治療治療早幼粒細(xì)胞白血早幼粒細(xì)胞白血病病的的誘導(dǎo)分化治療誘導(dǎo)分化治療取得了大批病例的成功取得了大批病例的成功. . 提示了腫瘤治療的一個(gè)新方向。提示了腫瘤治療的一個(gè)新方向。腫瘤細(xì)胞經(jīng)誘導(dǎo)分化后可以腫瘤細(xì)胞經(jīng)誘導(dǎo)分化后可以“改邪歸正改邪歸正”思考題1.管家基因、奢侈基因2.什麼是細(xì)胞分化？有那些具體特征？3.細(xì)胞分化的影響因素有那些？4.為什么說在發(fā)育過程中細(xì)胞的潛能逐漸變窄？ 在個(gè)體成熟之后，機(jī)體的組織仍然保持著一種特在個(gè)體成熟之后，機(jī)體的組織仍然保持著一種特有的自穩(wěn)性有的自穩(wěn)性。即在特定組織中細(xì)胞的死亡和細(xì)胞即在特定組織中細(xì)胞的死亡和細(xì)胞的增生的速度會(huì)維

20、持著一個(gè)動(dòng)態(tài)平衡的增生的速度會(huì)維持著一個(gè)動(dòng)態(tài)平衡。 各種組織還保持著程度不同的損傷后再生的能力各種組織還保持著程度不同的損傷后再生的能力，如兩棲類動(dòng)物、哺乳動(dòng)物的造血系統(tǒng)，小腸，如兩棲類動(dòng)物、哺乳動(dòng)物的造血系統(tǒng)，小腸，毛發(fā)及皮膚等毛發(fā)及皮膚等。干細(xì)胞干細(xì)胞p是一類具有是一類具有自我自我更新更新和和多向分化潛能多向分化潛能的細(xì)胞，的細(xì)胞，它存在于人體或者動(dòng)物個(gè)體發(fā)育各個(gè)階段的組它存在于人體或者動(dòng)物個(gè)體發(fā)育各個(gè)階段的組織器官中，是各種分化細(xì)胞或特化細(xì)胞的初始織器官中，是各種分化細(xì)胞或特化細(xì)胞的初始來源來源。干細(xì)胞干細(xì)胞按來源分類按來源分類胚胎干細(xì)胞胚胎干細(xì)胞成體干細(xì)胞成體干細(xì)胞按分化潛能分類按分化

21、潛能分類 多能干細(xì)胞多能干細(xì)胞 全能干細(xì)胞全能干細(xì)胞 專能干細(xì)胞專能干細(xì)胞 一、干細(xì)胞的分類一、干細(xì)胞的分類處于處于8 8細(xì)胞之前的每一個(gè)胚胎細(xì)胞都具有全能性，將細(xì)胞之前的每一個(gè)胚胎細(xì)胞都具有全能性，將任意細(xì)胞移入子宮，都可以發(fā)育為一個(gè)完整個(gè)體。稱任意細(xì)胞移入子宮，都可以發(fā)育為一個(gè)完整個(gè)體。稱為全能干細(xì)胞為全能干細(xì)胞。全能干細(xì)胞全能干細(xì)胞 隨著發(fā)育的進(jìn)行，形成胚泡，胚泡一側(cè)的隨著發(fā)育的進(jìn)行，形成胚泡，胚泡一側(cè)的內(nèi)細(xì)內(nèi)細(xì)胞團(tuán)胞團(tuán)具有分化為成熟個(gè)體中所有細(xì)胞類型的潛能具有分化為成熟個(gè)體中所有細(xì)胞類型的潛能，但沒有形成完整個(gè)體的能力，稱為多能干細(xì)胞，但沒有形成完整個(gè)體的能力，稱為多能干細(xì)胞，也稱為胚

22、胎干細(xì)胞也稱為胚胎干細(xì)胞。隨著胚胎繼續(xù)發(fā)育，多能干細(xì)胞進(jìn)一步分化，其隨著胚胎繼續(xù)發(fā)育，多能干細(xì)胞進(jìn)一步分化，其后代的分化潛能將進(jìn)一步變窄。只能向一種類型后代的分化潛能將進(jìn)一步變窄。只能向一種類型或密切相關(guān)的兩種類型的細(xì)胞分化。如神經(jīng)干細(xì)或密切相關(guān)的兩種類型的細(xì)胞分化。如神經(jīng)干細(xì)胞只具有分化為神經(jīng)元、神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞的潛能。胞只具有分化為神經(jīng)元、神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞的潛能。多能干細(xì)胞多能干細(xì)胞專能干細(xì)胞專能干細(xì)胞 干細(xì)胞是具有強(qiáng)大增殖潛能的原始細(xì)胞干細(xì)胞是具有強(qiáng)大增殖潛能的原始細(xì)胞。 細(xì)胞通常呈圓形或橢圓形，體積較小細(xì)胞通常呈圓形或橢圓形，體積較小。核質(zhì)比相對(duì)較大核質(zhì)比相對(duì)較大。細(xì)胞中各種細(xì)胞中各種細(xì)胞器不

23、夠發(fā)達(dá)等細(xì)胞器不夠發(fā)達(dá)等。 有比較高的端粒酶活性有比較高的端粒酶活性。二、干細(xì)胞的形態(tài)和生化特點(diǎn)二、干細(xì)胞的形態(tài)和生化特點(diǎn) 不同的干細(xì)胞具有各異的生化標(biāo)志，對(duì)于確定干細(xì)不同的干細(xì)胞具有各異的生化標(biāo)志，對(duì)于確定干細(xì)胞的位置，尋找和分離干細(xì)胞有重要意義。胞的位置，尋找和分離干細(xì)胞有重要意義。 如：角蛋白如：角蛋白1515是確定毛囊中表皮干細(xì)胞的標(biāo)志分子是確定毛囊中表皮干細(xì)胞的標(biāo)志分子，巢素蛋白是神經(jīng)干細(xì)胞的標(biāo)志分子。，巢素蛋白是神經(jīng)干細(xì)胞的標(biāo)志分子。 本質(zhì)特點(diǎn)：具有增殖和自我更新能力，在適當(dāng)條件本質(zhì)特點(diǎn)：具有增殖和自我更新能力，在適當(dāng)條件下表現(xiàn)出分化潛能。下表現(xiàn)出分化潛能。 對(duì)稱分裂：對(duì)稱分裂：干

24、細(xì)胞分裂產(chǎn)生的兩個(gè)子細(xì)胞都是干細(xì)胞干細(xì)胞分裂產(chǎn)生的兩個(gè)子細(xì)胞都是干細(xì)胞（增殖，自我更新增殖，自我更新）或都是分化細(xì)胞或都是分化細(xì)胞（分化分化）。）。 不對(duì)稱分裂：不對(duì)稱分裂：干細(xì)胞分裂產(chǎn)生一個(gè)子代干細(xì)胞干細(xì)胞分裂產(chǎn)生一個(gè)子代干細(xì)胞（自我自我更新更新）和一個(gè)子代分化細(xì)胞和一個(gè)子代分化細(xì)胞（分化分化）。）。A A：干細(xì)胞的不對(duì)稱分裂：干細(xì)胞的不對(duì)稱分裂 (asymmetry division)B B：干細(xì)胞群體的不對(duì)稱分裂：干細(xì)胞群體的不對(duì)稱分裂(populational asymmetry division)干細(xì)胞的增殖分化和自我更新方式：干細(xì)胞的增殖分化和自我更新方式：1. 1. 干細(xì)胞增殖的

25、干細(xì)胞增殖的緩慢性緩慢性干細(xì)胞進(jìn)入分化程序前，要經(jīng)過一個(gè)短暫增殖期，產(chǎn)生干細(xì)胞進(jìn)入分化程序前，要經(jīng)過一個(gè)短暫增殖期，產(chǎn)生過渡放大細(xì)胞過渡放大細(xì)胞。過渡放大細(xì)胞過渡放大細(xì)胞是界于干細(xì)胞和分化細(xì)胞之間的過渡細(xì)胞，經(jīng)若干次分是界于干細(xì)胞和分化細(xì)胞之間的過渡細(xì)胞，經(jīng)若干次分裂后產(chǎn)生分化細(xì)胞，其作用是可以通過較少的干細(xì)胞產(chǎn)生較多的分化裂后產(chǎn)生分化細(xì)胞，其作用是可以通過較少的干細(xì)胞產(chǎn)生較多的分化細(xì)胞細(xì)胞。 干細(xì)胞干細(xì)胞 過渡放大細(xì)胞過渡放大細(xì)胞 分化細(xì)胞分化細(xì)胞 (transit amplifying cell)transit amplifying cell) 緩慢增殖的生理意義緩慢增殖的生理意義可減少基

26、因發(fā)生突變的危險(xiǎn)；可減少基因發(fā)生突變的危險(xiǎn)；有利于干細(xì)胞對(duì)環(huán)境信號(hào)作有利于干細(xì)胞對(duì)環(huán)境信號(hào)作出反應(yīng)。出反應(yīng)。三、三、 干細(xì)胞的增殖特征干細(xì)胞的增殖特征2. 2.干細(xì)胞增殖系統(tǒng)的干細(xì)胞增殖系統(tǒng)的自穩(wěn)定性自穩(wěn)定性自穩(wěn)定性自穩(wěn)定性是指干細(xì)胞可以在生物個(gè)體生命區(qū)間中自我更新并維持其自身數(shù)目的恒定是指干細(xì)胞可以在生物個(gè)體生命區(qū)間中自我更新并維持其自身數(shù)目的恒定。 干細(xì)胞的分化潛能（全能多能專能）干細(xì)胞的分化潛能（全能多能專能）胚胎干細(xì)胞的亞全能分化特性胚胎干細(xì)胞的亞全能分化特性成體干細(xì)胞的多全能分化特性成體干細(xì)胞的多全能分化特性區(qū)別于前體細(xì)胞區(qū)別于前體細(xì)胞 干細(xì)胞具有可塑性干細(xì)胞具有可塑性，在適當(dāng)條件下

27、干細(xì)胞的轉(zhuǎn)在適當(dāng)條件下干細(xì)胞的轉(zhuǎn)分化和去分化。分化和去分化。 干細(xì)胞的轉(zhuǎn)分化：干細(xì)胞的轉(zhuǎn)分化：一種組織類型的干細(xì)胞在適一種組織類型的干細(xì)胞在適當(dāng)條件下分化為另一種組織類型細(xì)胞的現(xiàn)象。當(dāng)條件下分化為另一種組織類型細(xì)胞的現(xiàn)象。如人的骨髓干細(xì)胞可以分化為肝臟細(xì)胞、肌肉如人的骨髓干細(xì)胞可以分化為肝臟細(xì)胞、肌肉細(xì)胞、神經(jīng)細(xì)胞等。細(xì)胞、神經(jīng)細(xì)胞等。 干細(xì)胞的去分化：干細(xì)胞的去分化：一種干細(xì)胞向其前體細(xì)胞的一種干細(xì)胞向其前體細(xì)胞的逆向轉(zhuǎn)化。逆向轉(zhuǎn)化。四、干細(xì)胞的分化特征四、干細(xì)胞的分化特征 分泌因子：分泌因子：許多分泌因子對(duì)干細(xì)胞的生存、增殖許多分泌因子對(duì)干細(xì)胞的生存、增殖和分化具有重要調(diào)控作用和分化具有重

28、要調(diào)控作用。 受體介導(dǎo)的細(xì)胞間相互作用受體介導(dǎo)的細(xì)胞間相互作用 整合素和胞間基質(zhì)整合素和胞間基質(zhì)干細(xì)胞的增殖分化是受到嚴(yán)密調(diào)控的。干細(xì)胞的增殖分化是受到嚴(yán)密調(diào)控的。五、干細(xì)胞增殖與分化的分子調(diào)控五、干細(xì)胞增殖與分化的分子調(diào)控2. 2. 它在組織器官中所處是微環(huán)境。這種微環(huán)境它在組織器官中所處是微環(huán)境。這種微環(huán)境稱為稱為干細(xì)胞巢干細(xì)胞巢。1. 1. 內(nèi)源因素。內(nèi)源因素。 OCT4OCT4、NanogNanog、 Sox2Sox2以及端粒酶。以及端粒酶。胚胎干細(xì)胞胚胎干細(xì)胞 胚胎干細(xì)胞：胚胎干細(xì)胞：來源于來源于胚胎內(nèi)細(xì)胞團(tuán)胚胎內(nèi)細(xì)胞團(tuán) (ICM)(ICM)和原始生殖細(xì)胞和原始生殖細(xì)胞, , 具有發(fā)

29、育全能性具有發(fā)育全能性( (具有分化發(fā)育成三個(gè)胚層細(xì)胞的潛力具有分化發(fā)育成三個(gè)胚層細(xì)胞的潛力) )的的細(xì)胞。細(xì)胞。胚胎干細(xì)胞可以在體外無限擴(kuò)增并保持未分化狀態(tài)胚胎干細(xì)胞可以在體外無限擴(kuò)增并保持未分化狀態(tài)，具有分化為胎兒或成體動(dòng)物各種細(xì)胞類型的潛能，具有分化為胎兒或成體動(dòng)物各種細(xì)胞類型的潛能。 在適當(dāng)條件下胚胎干細(xì)胞可被誘導(dǎo)分化為多種細(xì)胞在適當(dāng)條件下胚胎干細(xì)胞可被誘導(dǎo)分化為多種細(xì)胞。ES細(xì)胞（embryonic stem cell）： 來源于囊胚內(nèi)細(xì)胞團(tuán)EG細(xì)胞（embryonic germ cell）： 來源于早期胎兒生殖嵴部位原始生殖干細(xì)胞EC細(xì)胞（embryonic carcinoma）：

30、 來源于畸胎瘤胚胎干細(xì)胞分類(1) (1) 發(fā)育良好的囊胚，從中分離內(nèi)細(xì)胞群細(xì)胞發(fā)育良好的囊胚，從中分離內(nèi)細(xì)胞群細(xì)胞ESES細(xì)胞細(xì)胞(2) (2) 從從5-95-9周的胚胎生殖腺中分離出人的周的胚胎生殖腺中分離出人的EGEG細(xì)胞細(xì)胞 (3)(3)惡性胚胎腫瘤或畸胎瘤細(xì)胞惡性胚胎腫瘤或畸胎瘤細(xì)胞(4)(4) 體細(xì)胞核移植：體細(xì)胞核移植： 去核卵細(xì)胞去核卵細(xì)胞 + + 體細(xì)胞核體細(xì)胞核 克隆克隆 囊胚囊胚 分離內(nèi)細(xì)胞群分離內(nèi)細(xì)胞群 ESES細(xì)胞細(xì)胞(5)(5) 轉(zhuǎn)基因誘導(dǎo)重編程：誘導(dǎo)型多能干細(xì)胞（轉(zhuǎn)基因誘導(dǎo)重編程：誘導(dǎo)型多能干細(xì)胞（iPSiPS) )1. 1. 移植治療：移植治療：很多疾病或很多疾

31、病或病癥（如帕金森病、糖尿病癥（如帕金森病、糖尿病創(chuàng)傷性脊髓損傷等）都病創(chuàng)傷性脊髓損傷等）都可以通過移植人的分化的可以通過移植人的分化的ESES細(xì)胞得到治愈細(xì)胞得到治愈。2. 2. 其它應(yīng)用潛能：其它應(yīng)用潛能：可用于可用于研究目前無法解釋的人類研究目前無法解釋的人類早期發(fā)育引起的先天性缺早期發(fā)育引起的先天性缺陷和胎盤異動(dòng)導(dǎo)致的自然陷和胎盤異動(dòng)導(dǎo)致的自然流產(chǎn)；可用于毒性篩選；流產(chǎn)；可用于毒性篩選；能用于共同治療互補(bǔ)能用于共同治療互補(bǔ)。人胚胎干細(xì)胞的應(yīng)用潛能人胚胎干細(xì)胞的應(yīng)用潛能精原干細(xì)胞精原干細(xì)胞 精原干細(xì)胞精原干細(xì)胞(spermatogonial stem cells, SSCs)(sperm

32、atogonial stem cells, SSCs)是雄性生是雄性生殖系干細(xì)胞，位于睪丸曲細(xì)精管基膜上，既具殖系干細(xì)胞，位于睪丸曲細(xì)精管基膜上，既具有自我更新潛能，又具有定向分化潛能，是自有自我更新潛能，又具有定向分化潛能，是自然狀態(tài)下出生后動(dòng)物體內(nèi)在整個(gè)生命期間進(jìn)行然狀態(tài)下出生后動(dòng)物體內(nèi)在整個(gè)生命期間進(jìn)行自我更新并能將基因傳遞至子代的唯一成體干自我更新并能將基因傳遞至子代的唯一成體干細(xì)胞。細(xì)胞。 成體干細(xì)胞成體干細(xì)胞 在成體組織器官中，許多細(xì)胞仍具有自我更新在成體組織器官中，許多細(xì)胞仍具有自我更新及分化產(chǎn)生不同組織細(xì)胞的能力。及分化產(chǎn)生不同組織細(xì)胞的能力。 成體干細(xì)胞成體干細(xì)胞是在成體組織內(nèi)具有自我更新能力是在成體組織內(nèi)具有自我更新能力及能分化產(chǎn)生一種或一種以上子代組織細(xì)胞的及能分化產(chǎn)生一種或一種以上子代組織細(xì)胞的未成熟細(xì)胞。未成熟細(xì)胞。幾種成體干細(xì)胞 是骨髓中一種能起著造血功能的細(xì)胞是骨髓中一種能起著造血功能的細(xì)胞。 人血中的紅細(xì)胞、血小板、淋巴細(xì)胞、粒細(xì)胞等人血中的紅細(xì)胞、血小板、淋巴細(xì)胞、粒細(xì)胞等, ,都