干细胞研究方法及进展

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1、干细胞研究方法及进展 实验动物中心 王春芳,第一部分 干细胞的概念,人体并不是由一种细胞构成，而是由多种细胞构成的，例如神经细胞、皮肤细胞等等。不同的细胞担负着不同的功能，但是所有这些细胞，都是由一个细胞 受精卵发育而来的。“全能性”的受精卵在发育过程中，不仅不断地分裂使细胞的数目增加，而且还不断地分化使细胞的种类增加。所谓“干细胞”，就是指那些未分化、因而有可能分化成不同类型细胞的细胞。,干细胞的概念及分类,干细胞（Stem cell） :指存在于胚胎直至成体的具有增殖、自我更新（self-renewal）以及分化潜能的原始细胞。,所有的干细胞都具有两个最为显著的特征：一是不断增殖、自我更新

2、;二是在适宜的环境条件下可分化并产生不同类型的细胞。,分类(按分化潜能分类）,全能干细胞（totipotent stem cells）、 多能干细胞（pluripotent stem cell） 单能干细胞（monopotent stem cell）或称为专能干细胞（committed stem cell）。,哺乳类胚胎卵裂,From egg to blastocyte (human),全能干细胞是指能发育成为一个完整个体的原始细胞。受精卵、人体8细胞以前的胚胎每一个卵裂球都能发育成为一个完整个体，是全能干细胞。,多能干细胞是指那些分化潜能很“宽”，可分化为多种类型细胞的原始细胞. 如胚胎干细

3、胞（embryonic stem cell，ES细胞）、胚胎生殖细胞（embryonic germ cell）、骨髓基质干细胞（Bone marrow stromal stem cell）、神经干细胞.,单能干细胞，只能向一种类型或密切相关的两种类型细胞分化，如表皮组织基底层的干细胞、肌肉中的成肌细胞或叫肌卫星细胞（satellite cell），神经元干细胞只能分化为神经元，胶质干细胞只能分化为胶质细胞等。,按照生存阶段分类：,胚胎干细胞成体干细胞（adult stem cell ；somatic stem cells），也称为组织干细胞（tissue stem cells）。,胚胎干细胞，

4、是存在于早期胚胎组织中，具有高度增殖能力和多向分化潜能，能分化为三个胚层所有细胞类型的原始细胞。,All of the body tissues are from the inner cell mass (内细胞团),Blastocyste(胚泡) Inner cell mass(内细胞团),ES细胞的建系,成体干细胞指存在于各组织器官的未分化细胞。在体内，它们具有终生自我更新（self-renewal）能力和分化潜能。,根据胚胎干细胞来源不同，分为： ES细胞（embryonic stem cells）,来自囊胚期的内细胞团。 EC细胞(embryonic carcinoma cells)，

5、由畸胎癌（teratocarcinorma)中分离、筛选出的具有增殖，自我更新能力的细胞。 EG细胞（embryonic germ cells)，由原始生殖细胞（primordial germ cells)中分离获得。,ES cells,EG cells,Carcinoma cells,成体干细胞根据来源分为： 骨髓干细胞 神经干细胞 上皮干细胞 肝干细胞 胰腺干细胞 皮肤干细胞 脂肪干细胞,成体干细胞具有可塑性（plasticity）或横向分化的特性。这是指某种组织的成体干细胞可分化为另一种组织的特异细胞的能力。例如骨髓基质干细胞可分化为心肌细胞、脂肪细胞等.,造血细胞和骨髓基质细胞的分化,

6、已知的成体干细胞,第二部分 干细胞的基本特性,一、干细胞的基本特征 （一）干细胞的形态和生化特征(二) 干细胞的生物学特征 二、干细胞生存的微环境 三、干细胞的命运 四、世界各国对于干细胞研究的政策,一、干细胞的基本特征,（一）干细胞的形态和生化特征 1形态特征：干细胞通常呈圆形或椭圆形，体积较小，核质比较大，胞内细胞器稀少，细胞内RNA含量低 。根据其形态学特征和存在位置、分子标记可以辨认不同的干细胞，目前有的干细胞位置已经确定。例如神经干细胞主要分布于室下带、海马、纹状体、嗅球等区域。,2生化特征：不同的干细胞具有不同的生化标志，如角蛋白15是确定毛囊中表皮干细胞的标志分子，nestin为

7、神经干细胞的标志分子。利用标志分子确定干细胞位置、寻找和分离干细胞有重要意义。干细胞都具有较高的端粒酶活性，这与其增殖能力密切相关。,(二) 干细胞的生物学特征,1干细胞的自我更新特征 干细胞在体内终生都具有自我更新能力，这与祖细胞（具有优先更新能力）不同。其自我更新能力是通过不对称分裂(asymmetry division)和对称分裂(symmetry division)这两种形式实现的。,对称分裂 如果产生的两个子代细胞都是干细胞或都是分化细胞，称为对称分裂。 不对称分裂 如果产生一个子代干细胞和一个子代分化细胞则称为不对称分裂。,2细胞的增殖特征 1）干细胞增殖的缓慢性 一般情况下,干细

8、胞处于休眠或缓慢增殖状态,当其接受刺激,分化时，首先要经过一个短暂的增殖期，产生过渡放大细胞(transit amplifying cell) 或称为“短暂扩充细胞”, 经若干次分裂后产生分化细胞。过渡放大细胞的作用是可以通过较少干细胞产生较多的分化细胞,同时保护干细胞。,2）干细胞增殖的自稳定性 自我维持 (self-maintenance)或自稳定性是指干细胞可以在生物个体生命区间自我更新并维持其自身数目相对恒定性，这也是干细胞的基本特征之一。,维持自我稳定性是通过多种形式来实现。首先，当干细胞分裂时，无脊椎动物的干细胞常以不对称分裂来维持自身数目的恒定。哺乳动物的干细胞常常以对称分裂和不

9、对称分列这两种形式进行，但对于群体而言仍然是不对称分裂。通过这两种分裂方式协调，保证干细胞数目相对衡定，同时更适应组织再生的需要。,3干细胞的分化特征,1）干细胞的分化潜能 干细胞的分化具有多潜能性，但不同的干细胞具有的分化潜能不同。 2）干细胞的转分化和去分化 一种组织类型的干细胞在适当条件下可以分化为另一种组织类型的细胞，称为干细胞的转分化(transdifferentiation)或横向分化。,二、干细胞生存的微环境,干细胞在机体组织中的居所称为干细胞巢(stem cell niche)。在干细胞巢中所有控制干细胞增殖与分化的外部信号构成了干细胞生存的微环境。干细胞是处于静息、休眠状态，

10、还是处于分化状态，如处于分化状态，又分化为何种类型的细胞，这主要由干细胞本身状态和所处的微环境所决定。,在干细胞的微环境中，对干细胞影响最大的主要包括以下三个方面： （一）分泌因子 （二）细胞间相互作用 （三）胞外基质,三、干细胞的命运,一般生理情况下处于静止的G0期 分裂的干细胞有5种发育途径：自我更新、分化、程序性死亡、迁移和进入休眠期，少数干细胞可以转分化。,四、世界各国对于干细胞研究的政策,英国：,2001年1月，英国在经过了包括科学界、宗教界、企业界、政界等人士，以及普通老百姓参与的、长达3年的争论后，第一个将克隆研究合法化，允许科学家培养克隆胚胎以进行干细胞研究，并将这一研究定性为

11、“治疗性克隆”。科学家可破坏被生育诊所废弃的胚胎用于干细胞和其他研究，也可通过试管内受精培养研究用胚胎。2002年，伦敦大学国王学院干细胞生物学实验室主任斯蒂芬明格的研究小组获得英国人工授精与胚胎学管理局颁发的两份研究人类胚胎干细胞衍生许可证之一。之后，成功建立了英国第一个人体胚胎干细胞系。,2004年，英国成立了世界第一家政府性干细胞银行，该银行包括两个“存储”人类胚胎细胞的分支机构。它们分别是英国的国王学院和纽卡斯尔的生命研究中心；布莱尔政府对干细胞研究也表示强烈支持，希望借此保障英国生物技术在欧洲的领先地位。此外，英国成功创建了英格兰东部地区干细胞网络，以加强该地区干细胞研究相关的学术、

12、临床与商业机构的协作，促进干细胞研究的创新及其应用，并使该地区成为未来干细胞产业发展的领导区域。,2005年3月，英国时任首相布莱尔宣布在3年内向包括干细胞研究在内的生物技术领域投资10亿英镑（约合19.2亿美元），以维持英国在国际生物技术界的优势地位。同月，英国时任财政大臣戈登布朗宣布，政府将在其10年发展计划中建立一个全国性的干细胞研究网络，以巩固英国在该领域的领先地位；培育出克隆羊“多利”的英国科学家伊恩威尔莫特也将研究重点转移到了干细胞研究领域。,2008年10月，英国议会下院以355票对129票的压倒性多数票通过人工授精与胚胎学法案，允许以医学研究为目的的人兽胚胎研究。这是首次表决通

13、过完整的法案草案，意味英国20年来备受争议的人兽胚胎研究有望首次获得明确法律支持。这一法案的通过有利于英国奠定干细胞研究和无性繁殖领域的优势地位。此前的4月，纽卡斯尔大学科学家4月初宣布，用人体皮肤细胞的细胞核和剔除了遗传信息的牛卵细胞，成功培育出英国首个人与动物的混合胚胎。这一胚胎存活3天，被用于医学研究。,美国 美国总统布什于2001年8月4日宣布政府批准用政府经费进行人体胚胎干细胞的研究，但是只能用于资助已有的人类胚胎干细胞系的研究，不资助开发和利用新的人类胚胎干细胞系。据说现在已有多个人类胚胎干细胞系，可以无限传代，足够科学家们研究了。,在干细胞研究方面，美国一直处于世界领先地位。从最

14、初的骨髓移植算起，干细胞研究在美国已有30多年的历史。尤其是上世纪90年代末期，美国科学家成功实现人类胚胎干细胞在体外的生长和增殖，从而掀起了全世界干细胞工程研究的热潮。,长期以来，美国一些宗教界和保守派人士以有关实验可能破坏人类胚胎为由极力阻碍干细胞研究。2001年，布什下令禁止联邦基金资助针对从人类胚胎中取得新的干细胞株的有关研究，只允许对其他21种干细胞株进行研究。他还多次对国会支持干细胞研究的相关立法行使否决权。,奥巴马3月9日在白宫签署命令，解除对于用政府经费资助人类胚胎干细胞研究的限制。 奥巴马说，作为一个有信仰的人，我相信人类应该尽其所能解除病人的痛苦。奥巴马此举将使国家卫生总署

15、得以考虑向科学家提供用于研究数百种干细胞株的经费。有关人士表示，此举将有助于加快美国干细胞的研究步伐，从而早日为饱受糖尿病、帕金森综合征等疑难病困扰的患者带来福音。,德国：,德国联邦议院于2001年1月30日通过法案，允许德国科学家在严格限制的条件下利用进口的胚胎干细胞进行研究,德国总理施罗德表示德国可以从邻国进口那些“在本国已被禁止，但邻国依然允许”的东西。德国卫生部长菲舍尔也立即表态，说德国可以进口胚胎人类干细胞进行科学研究。这意味着一个让人啼笑皆非的局面强烈反对英国克隆胚胎提取干细胞的德国将从英国人手中购买干细胞！,加拿大：,加拿大卫生研究院于2001年3月4日公布对人类ES细胞研究实行

16、“有限资助”的指导原则，包括对利用医疗机构“剩余”的人类胚胎进行干细胞的研究将提供资助，但是禁止政府资助在实验室里进行纯粹用于研究人类胚胎或者人类胚胎克隆的研究。,日本：,日本在2000年度启动的“千年世纪工程”中，把干细胞工程作为四大重点之一，并把干细胞技术的出现视为生命科学和生物技术领域超过欧美的决好机遇。,韩国,2005年5月19日，干细胞研究和克隆技术的领军人物、韩国汉城大学教授黄禹锡的实验室宣布成功克隆出世界上首批与病人基因相符的胚胎干细胞系，这一成果被视为人类胚胎干细胞研究的重大突破。,韩国科学家黄禹锡在干细胞研究领域取得突破性进展,黄禹锡说，我们的下一目标是研究如何让干细胞发展为器官的一部分。这并不是短时间内就能够达成的，因此，现在要做的就是踏踏实实地分阶段进行研究。我们将同韩国、美国、欧洲、中国和日本等其它研究小组紧密合作，为使克隆技术早日实现实用化而努力。,黄禹锡认为，对于我们的技术会被利用于复制人类的疑心是没有根据的，我们所研究的是治疗性克隆，是为了制造能够用于治疗的细胞，而不是复制人类的生殖性克隆，这两种技术存在本质不同。不要说别人偷走我们的技术，就是我自己现在想克隆人我都不会，技术上是不行的。那些说已经克隆出人类的，都是谎话。,