干细胞概述完整

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1、 干细胞干细胞 1. 干细胞干细胞(stem cell)：干细胞是一类具有自我更新和分化潜能干细胞是一类具有自我更新和分化潜能的细胞。的细胞。 2.干细胞分类干细胞分类(1)胚胚胎胎干干细细胞胞：指指胚胚胎胎早早期期的的干干细细胞胞。这这类类干干细细胞胞分分化化潜潜能能宽宽，具具有有分分化化为为机机体体任任何何组组织织细细胞胞的能力。如囊胚期内细胞团的细胞。的能力。如囊胚期内细胞团的细胞。(2)成成体体干干细细胞胞：指指成成体体各各组组织织器器官官中中的的干干细细胞胞，成成体体干干细细胞胞具具有有自自我我更更新新能能力力，但但分分化化潜潜能能窄窄，只只能能分分化化为为相相应应(或或相相邻邻)组

2、组织织器器官官组组成成的的细细胞胞。如神经干细胞，表皮干细胞。如神经干细胞，表皮干细胞。第一节第一节 干细胞生物学干细胞生物学 1. 组织自体稳定性组织自体稳定性：特定组织通过使自身特定组织通过使自身细胞死亡细胞死亡和和增生增生的的方式保持组织细胞数量动态平衡的特征方式保持组织细胞数量动态平衡的特征称称组织自稳定性组织自稳定性。2. 干细胞是干细胞是个体发育个体发育和和组织再生组织再生的基础。的基础。 一、干细胞的形态和生化特征一、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干干细细胞胞形形态态共共性性：细细胞胞呈呈圆圆形形或或卵卵圆圆形，体积小，核质比大，增殖力强。形，体积小，

3、核质比大，增殖力强。干干细细胞胞的的固固定定组组织织位位置置：有有的的干干细细胞胞有有固固定定存存在在部部位位与与方方式式。如如表表皮皮干干细细胞胞与与其其周周围围的的子子细细胞胞形形成成增增殖殖结结构构单单元元。但许多组织的干细胞没有这种分布特点。但许多组织的干细胞没有这种分布特点。2干细胞的生化特性干细胞的生化特性端端粒粒酶酶活活性性高高：如如造造血血干干细细胞胞具具癌癌细细胞胞的的端端粒粒酶酶活活性性，增增殖殖能能力力强强。随随着着增增殖殖与与分分化化，端端粒酶活性下降。粒酶活性下降。蛋蛋白白标标志志分分子子：不不同同干干细细胞胞有有各各异异的的蛋蛋白白质质标标志志分分子子，可可作作为为

4、确确定定干干细细胞胞位位置置、分分离离提提纯纯干干细细胞胞的的标标志志。如如：巢巢素素蛋蛋白白神神经经干干细细胞胞；角蛋白角蛋白15表皮干细胞。表皮干细胞。 二、干细胞的增殖特征二、干细胞的增殖特征（一）增殖缓慢性（一）增殖缓慢性1干干细细胞胞增增殖殖速速度度慢慢：细细胞胞动动力力学学研研究究表表明明，干干细细胞胞的的增增殖殖速速度度较较慢慢，组组织织中中快速分裂的细胞是快速分裂的细胞是过渡放大细胞过渡放大细胞。如如小小肠肠干干细细胞胞的的分分裂裂速速度度(Tc=11小小时时)比比过渡放大细胞过渡放大细胞(Tc24小时小时)慢一倍。慢一倍。2过渡放大细胞：过渡放大细胞：过过渡渡放放大大细细胞胞

5、是是介介于于干干细细胞胞和和分分化化细细胞胞之之间间的的过过渡渡细细胞胞，过过渡渡放放大大细细胞胞经经若若干干次分裂产生分化细胞。次分裂产生分化细胞。通通过过这这种种方方式式，机机体体可可用用较较少少干干细细胞胞获获得较多分化细胞。得较多分化细胞。3干细胞增殖缓慢的意义：干细胞增殖缓慢的意义：(1)利利于于干干细细胞胞对对外外界界信信号号作作出出反反应应，以以决定细胞的发展方向决定细胞的发展方向增殖或分化。增殖或分化。(2)减减少少基基因因突突变变的的危危险险。增增殖殖缓缓慢慢使使干干细细胞胞有有时时间间发发现现并并纠纠正正处处于于增增殖殖周周期期过过程中的错误。程中的错误。（二）干细胞的自稳

6、定性（二）干细胞的自稳定性1自稳定性自稳定性：自自稳稳定定性性是是干干细细胞胞的的基基本本特特征征之之一一。指指干干细细胞胞可可在在个个体体生生命命过过程程中中自自我我更更新新并并维维持持其其自自身身数数目恒定目恒定。干细胞的自稳定性是区别肿瘤细胞的本质特征。干细胞的自稳定性是区别肿瘤细胞的本质特征。干细胞通过其特有的分裂方式维持自稳定性。干细胞通过其特有的分裂方式维持自稳定性。2干细胞的分裂方式干细胞的分裂方式干细胞有干细胞有对称对称与与不对称不对称两种分裂方式。两种分裂方式。对称分裂：干细胞对称分裂：干细胞 分裂分裂干细胞干细胞干细胞干细胞对称分裂：干细胞对称分裂：干细胞 分裂分裂分化细胞

7、分化细胞分化细胞分化细胞不对称分裂：干细胞不对称分裂：干细胞 干细胞干细胞分化细胞分化细胞分裂分裂不不对对称称分分裂裂的的结结果果使使两两个个子子细细胞胞一一个个成成为为功功能能专专一一的的分分化化细细胞胞；另另一一个个保保持持干干细胞细胞的特征。的特征。 3. 不对称分裂发生原因不对称分裂发生原因：系列基因调控。系列基因调控。细胞质物质不均等分配。细胞质物质不均等分配。4无脊椎动物通过不对称分裂维持自稳定性。无脊椎动物通过不对称分裂维持自稳定性。如如：果果蝇蝇的的Insc基基因因是是感感官官前前体体细细胞胞的的不不对对称称分分裂的调控基因之一裂的调控基因之一，通过三个途径进行调控：通过三个途

8、径进行调控：不对称分配质膜上的不对称分配质膜上的细胞定向决定因子细胞定向决定因子。不对称分配细胞内的不对称分配细胞内的mRNA。决定细胞分裂时决定细胞分裂时纺锤体的取向纺锤体的取向。5哺乳动物的种群不对称分裂。哺乳动物的种群不对称分裂。(1)种群不对称分裂种群不对称分裂：哺哺乳乳动动物物有有几几种种不不同同的的干干细细胞胞群群，分分裂裂后后产产生生不同细胞。不同细胞。干细胞干细胞分化细胞分化细胞干细胞干细胞干细胞干细胞祖细胞祖细胞3分化细胞分化细胞祖细胞祖细胞1分化细胞分化细胞祖细胞祖细胞2分化细胞分化细胞(2)哺乳动物种群不对称分裂的意义哺乳动物种群不对称分裂的意义：使使机机体体对对干干细细

9、胞胞的的调调控控更更灵灵活活，以以适适应应机机体体的生理变化。的生理变化。要要求求机机体体对对干干细细胞胞分分裂裂的的调调控控更更精精确确，以以保保持干细胞数目恒定。持干细胞数目恒定。如如：正正常常肠肠腺腺有有250个个细细胞胞组组成成，如如果果额额外外多多一一个干细胞，则可能多产生个干细胞，则可能多产生64128个子代细胞。个子代细胞。 (3)哺乳动物种群不对称分裂的调控。哺乳动物种群不对称分裂的调控。哺乳动物通过多层次多角度调控，保持自稳定性。哺乳动物通过多层次多角度调控，保持自稳定性。正调控正调控：促进与细胞增殖、生存有关的基因表达。：促进与细胞增殖、生存有关的基因表达。负调控负调控：促

10、进与细胞凋亡有关的基因表达。：促进与细胞凋亡有关的基因表达。如如转转基基因因小小鼠鼠长长期期造造血血干干细细胞胞高高表表达达Bcl-2后后，使使长长期期造造血血干干细细胞胞的的数数目目显显著著增增加加。说说明明细细胞胞凋凋亡亡也也是干细胞的调控方式。是干细胞的调控方式。 三、干细胞的分化特征三、干细胞的分化特征 （一）干细胞的分化潜能（一）干细胞的分化潜能 根根据据其其分分化化潜潜能能大大小小，干干细细胞胞可可分分为为三三类。类。全能干细胞全能干细胞多能干细胞多能干细胞专能干细胞专能干细胞1全能性干细胞全能性干细胞(胚胎干细胞胚胎干细胞)：具有形成完整个体的分化潜能。具有形成完整个体的分化潜能

11、。如如胚胚胎胎干干细细胞胞(ES)具具有有很很强强的的分分化化能能力力，可可无无限限增增殖殖并并分分化化为为全全身身200多多种种细细胞胞类类型，及机体的各种组织、器官。型，及机体的各种组织、器官。 (图 全能干细胞)2多能性干细胞多能性干细胞：多多能能干干细细胞胞具具有有分分化化出出多多种种细细胞胞组组织织的的潜能，但失去了发育成完整个体的能力。潜能，但失去了发育成完整个体的能力。如如骨骨髓髓多多能能造造血血干干细细胞胞，它它可可分分化化出出至至少少十十二二种种血血细细胞胞，但但不不能能分分化化出出造造血血系系统以外的其它细胞。统以外的其它细胞。 (图 多能干细胞)3专能性干细胞专能性干细胞

12、(成体干细胞成体干细胞)：专专能能干干细细胞胞(也也称称单单能能、偏偏能能干干细细胞胞)，这这类类干干细细胞胞只只能能向向一一种种类类型型或或密密切切相相关关的的两种类型的细胞分化。两种类型的细胞分化。如如上上皮皮组组织织基基底底层层的的干干细细胞胞、肌肌肉肉中中的的成肌细胞成肌细胞(卫星细胞卫星细胞)。(图，表皮干细胞)(二)干细胞的转分化和去分化干细胞的转分化和去分化 1干细胞的转分化干细胞的转分化：一一种种组组织织类类型型的的干干细细胞胞在在适适当当条条件件下下分分化化为为另另一一种种组组织织类类型型的的细细胞胞的的过过程程称称干干细胞的转分化。细胞的转分化。实实验验：C57BL/6J成

13、成年年小小鼠鼠 造造血血干干细细胞胞 WBB6F/J-KitW/KitW-V鼠鼠(亚亚致致死死剂剂量量同同位位素素照照射射) 在在鼠鼠的的神神经经胶胶质质细细胞胞中检测到中检测到Y染色体染色体.即即鼠的造造血血干干细细胞胞移移植植到到鼠鼠中中分分化化为为脑星形胶质细胞。脑星形胶质细胞。移植分离3天2干细胞去分化干细胞去分化：一一种种干干细细胞胞向向其其前前体体细细胞胞的的逆逆向向转转化化称称干细胞去分化。干细胞去分化。实验：实验：成成体体鼠鼠造造血血干干细细胞胞 鼠鼠卵卵泡泡的的内内细细胞胞团团 表表达达胎胎鼠鼠的的珠珠蛋蛋白白基基因因参与胚胎造血系统的发育。参与胚胎造血系统的发育。 注入分化

14、状态逆转3. 干细胞的可塑性干细胞的可塑性(1)干细胞的横向分化干细胞的横向分化：在在干干细细胞胞移移植植时时，供供体体干干细细胞胞在在受受体体中中通通常常分分化化为为与与其其组组织织来来源源一一致致的的细细胞胞。但但有有时时供供体体干干细细胞胞会会分分化化出出与与其其组组织织来来源源不不一一致致的的其其它它细细胞胞，这这种种现现象象称称干干细细胞胞横横向向分分化化(trans-differentiation)。干干细细胞胞横横向向分分化化表表明明成成体体干干细细胞胞被被移移植植入入受受体体中中具具有有很很强强的的可可塑塑性性。为为干干细细胞胞治治疗疗提供了可能。提供了可能。(2)实验实验：小

15、小鼠鼠肌肌肉肉干干细细胞胞体体外外培培养养5天天少少量量骨骨髓间质细胞髓间质细胞 接受致死量辐射的小鼠中接受致死量辐射的小鼠中 各种血细胞系。各种血细胞系。植入分化(3)横向分化的调控机制横向分化的调控机制：与干细胞的微环境有关。与干细胞的微环境有关。干干细细胞胞进进入入新新的的微微环环境境后后，对对分分化化信信号号的的反反应应受受到到周周围围正正在在进进行行分分化化细细胞胞的的影影响响，从从而而对对新新的的微微环环境境中中的的调调节节信信号号做做出反应。出反应。四、干细胞增殖与分化的微环境四、干细胞增殖与分化的微环境 干干细细胞胞巢巢(stem cell nich)：干干细细胞胞在在组组织织

16、中的居所。中的居所。干细胞生存的微环境干细胞生存的微环境：指干细胞巢中控制干细胞增殖与分化的指干细胞巢中控制干细胞增殖与分化的外外部信号部信号。如：如：这些物质可以介导干细胞这些物质可以介导干细胞-干细胞的相互干细胞的相互作用，以及细胞与细胞外基质的作用，作用，以及细胞与细胞外基质的作用，影响干细胞的增殖和分化。影响干细胞的增殖和分化。细胞分泌因子细胞分泌因子细胞表面的粘附分子细胞表面的粘附分子细胞外基质成分细胞外基质成分（一）分泌因子（一）分泌因子 分分泌泌因因子子是是由由细细胞胞自自分分泌泌或或旁旁分分泌泌的的生生长长因因子子，有有的的分分泌泌因因子子对对维维持持干干细细胞胞的的增增殖殖，

17、分化和存活具有调节作用。分化和存活具有调节作用。如如转转化化生生长长因因子子-和和Wnt家家族族的的成成员员，在在不同组织甚至不同种属中都发挥重要作用。不同组织甚至不同种属中都发挥重要作用。 1转化生长因子转化生长因子TGF(transforming growth factor)是是TGF超超家家族族的的成成员员之之一一，具具有有调调节节细细胞胞生生长长和和分分化化的的作用。作用。因因为为TGF能能使使正正常常成成纤纤维维细细胞胞的的表表型型发发生生转转化化，即即在在EGF同同时时存存在在时时，改改变变成成纤纤维维细细胞胞贴贴壁壁生生长长特特性性而而获获得得在在琼琼脂脂中中生生长长的的能能力力

18、，并并失失去去密密度依赖的抑制作用，故命名。度依赖的抑制作用，故命名。TGF的作用的作用：TGF-对对细细胞胞的的生生长长、分分化化和和免免疫疫功功能能都都有有重重要要的的调调节节作作用用。一一般般对对间间充充质质起起源源的的细细胞胞起起刺刺激激作作用用，而而对对上上皮皮或或神神经经外外胚层来源胚层来源的细胞起的细胞起抑制抑制作用。作用。 如如TGF-家家族族成成员员Dpp可可维维持持果果蝇蝇雌雌性性生生殖干细胞的增殖。殖干细胞的增殖。2Wnt家族的分泌信号分子家族的分泌信号分子(1)Wnt基因基因：WntWnt基基因因最最初初是是在在小小鼠鼠乳乳腺腺癌癌克克隆隆出出来来的的原原癌癌基基因因，

19、因因病病毒毒基基因因在在其其旁旁边边插插入入可可激激活活该该基基因因，称称为为IntInt基基因因，后后发发现现其其与与果果蝇蝇的的无无翅翅基基因因( (Wingless,Wingless,wgwg) )高高度度同同源源，故合称为故合称为WntWnt基因基因。(2)Wnt信号分子信号分子： 是是Wnt基基因因编编码码的的长长度度为为350400个个氨氨基基酸酸的的分分泌泌型型糖糖蛋蛋白白。它它与与细细胞胞表表面面及及细细胞胞外外基基质质有有联联系系，在在小小范范围围内内(几几个个细细胞直径胞直径)起起信使信使的作用。的作用。 (3)Wnt信号途径信号途径：是是由由Wnt参参与与的的将将信信号号

20、由由细细胞胞表表面面传传至至细细胞胞核核内的信号传导途径。内的信号传导途径。主主要要包包括括Wnt信信号号蛋蛋白白，跨跨膜膜受受体体(Frizzled)，辅辅受受体体LRP(低低密密度度脂脂蛋蛋白白受受体体有有关关的的跨跨膜膜蛋蛋白白)、Dishevelled、糖糖原原合合成成酶酶激激酶酶3(GSK3)、APC、Axin、-连连环环蛋蛋白白及及T细细胞胞因因子子/淋淋巴巴结结增增强强因因子子(TCF/LEF)家族转录调节因子等。家族转录调节因子等。(4)Wnt信号途径的作用信号途径的作用：在在生生物物的的正正常常发发育育中中起起重重要要作作用用，是是组组织发育、分化所必需的关键信号通路。织发育

21、、分化所必需的关键信号通路。 (5)Wnt信号途径的作用机理：信号途径的作用机理：通通过过TCF/LEF和-cat对对C-myc的的表表达达进进行行调控，即调控，即Wnt通路的靶基因为通路的靶基因为c-myc。TCF/LEF是是Wnt信信号号通通路路的的中中间间介介质质，可可与与-连连环环蛋蛋白白(-catenin，-cat)结结合合成成复复合物，将合物，将-catenin由胞浆由胞浆核内核内。-cat是是Wnt信信号号通通路路中中最最重重要要的的信信号号分分子子。-cat具具有有两两种种功功能能：细细胞胞粘粘附附及及信信号号转转导导，其其C-端端参参入入信信号号转转导导，N-端端参参入入细细

22、胞胞粘附。粘附。正正常常情情况况下下，APC、GSK-3、Axin等等调调节节下下，胞浆内胞浆内-catenin处于平衡状态处于平衡状态；当Wnt因因子子与与其其受受体体结结合合，Wnt信信号号传传导导使使GSK3被被抑抑制制，使使-catenin不不能能正正常常水水解解而而积积累累，过过量量的的-catenin与与Lef/Tcf结结合合并并入入核核，与DNA结结合合蛋蛋白白Tcf3结结合合，激激活活c-myc、cyclinD1等基因转录，促进细胞增殖分化。等基因转录，促进细胞增殖分化。如如Tcf/Lef转转录录因因子子家家族族对对上上皮皮干干细细胞胞的的分化：分化：Tcf/Lef与与-Cat

23、enin形形成成转转录录复复合合物物后后，促促使使角角质质细细胞胞转转化化为为多多能能状状态态并并分分化化为为毛囊。毛囊。（二）受体介导的细胞（二）受体介导的细胞-细胞细胞相互作用相互作用 如如果果蝇蝇的的Notch基基因因产产物物Notch受受体体。 Notch的的配配体体为为Delta基基因因产产物物，两两者者均均为为细细胞胞表表面面跨跨膜膜蛋蛋白白。两两者者结结合合后后在在果果蝇蝇刚刚毛毛器器的的发发育育中中起起调调节节作作用用的的蛋蛋白白质质。 (图，果蝇刚毛图，果蝇刚毛)Notch受体受体果果蝇蝇的的每每个个刚刚毛毛器器由由一一个个神神经经前前体体细细胞胞发发育育成成，而而神神经经前

24、前体体细细胞胞又又是是从从含含多多个个神神经经原原细细胞胞的的细细胞胞群群分分化化出出来来的的，这这种种有有选选择择地地发发育育过过程程，依依赖赖于于Notch和和Delta的基因调节。的基因调节。Notch与与其其配配体体Delta结结合合后后，通通过过细细胞胞间间相相互互作作用用，向向细细胞胞核核传传递递抑抑制制信信号号，对对相相邻邻细细胞胞侧侧向向抑抑制制，只只使使某某个个神神经经原原细细胞胞获获得得较较强强的的竞竞争争能能力力，被被选选择择发发育育为神经前体细胞。为神经前体细胞。即即当当Notch与与其其配配体体结结合合时时，干干细细胞胞进进行行非非分分化化性性增增殖殖；当当Notch

25、活活性性被被抑抑制制时时，干细胞进入分化程序，发育为功能细胞。干细胞进入分化程序，发育为功能细胞。(三) 胞间基质和整合素胞间基质和整合素1.胞胞间间基基质质：即即细细胞胞外外基基质质，指指分分布布于于细细胞胞外外空间，由细胞分泌蛋白和多糖构成的网络结构。空间，由细胞分泌蛋白和多糖构成的网络结构。2.作作用用：细细胞胞外外基基质质可可以以将将细细胞胞粘粘连连在在一一起起，同同时时还还提提供供一一个个细细胞胞外外网网架架维维持持组组织织结结构构，通通过过结结合合与与传传递递信信号号分分子子对对细细胞胞存存活活、增增殖殖、分分化、迁移等具有重要影响。化、迁移等具有重要影响。3.细胞外基质的种类：细

26、胞外基质的种类：胶原胶原氨基聚糖氨基聚糖蛋白聚糖蛋白聚糖层粘连蛋白和纤粘连蛋白层粘连蛋白和纤粘连蛋白弹性蛋白弹性蛋白细胞粘连分子细胞粘连分子举几个与干细胞增殖分化有关的例子。举几个与干细胞增殖分化有关的例子。(1) 胶原胶原胶原是细胞外基质中的主要框架结构。胶原是细胞外基质中的主要框架结构。目目前前发发现现的的胶胶原原至至少少19种种。每每种种胶胶原原的的结结构构特特性性均均与与其其特特定定功功能能相相适适应应。可可形形成成胶胶原原纤纤维维(、型型)、三三维维网网络络结结构构(型型)的片层胶原。的片层胶原。胶胶原原是是构构成成基基底底膜膜的的主主要要成成分分之之一一，并并与与细细胞胞基基质质中

27、中的的其其它它成成分分一一起起构构成成结结构构与与功功能能的的统统一一体体。为为干干细细胞胞生生存存及及生生命命活动提供微环境。活动提供微环境。(2) 层粘连蛋白层粘连蛋白(laminin，LN)层层粘粘连连蛋蛋白白是是基基膜膜的的主主要要功功能能成成分分。也也是是胚胎发育中出现最早的细胞基质成分。胚胎发育中出现最早的细胞基质成分。在在成成体体，它它存存在在于于上上皮皮下下和和内内皮皮下下紧紧靠靠细细胞的基底，以及肌细胞和脂肪细胞周围等。胞的基底，以及肌细胞和脂肪细胞周围等。层粘连蛋白的功能：层粘连蛋白的功能：作作为为基基膜膜的的主主要要结结构构成成分分，促促进进基基膜膜组组装装，介介导导细细

28、胞胞粘粘着着胶胶原原进进而而铺铺展展，促促进进生长生长增殖；增殖；诱诱导导细细胞胞分分化化，是是个个体体发发生生中中出出现现最最早早的的细细胞胞基基质质。如如成成肌肌细细胞胞分分化化为为肌肌细细胞胞、间质细胞分化为肾细胞、上皮细胞等。间质细胞分化为肾细胞、上皮细胞等。(3)纤粘连蛋白纤粘连蛋白(fibronectin，FN)纤粘连蛋白纤粘连蛋白分分血浆血浆FN和和细胞细胞FN。血浆血浆FN存在于血浆及各种体液中；存在于血浆及各种体液中；细细胞胞FN存存在在于于细细胞胞外外基基质质(包包括括某某些些基基膜膜)及细胞表面。及细胞表面。细细胞胞FN为为多多聚聚体体，有有20种种以以上上。是是同同一一

29、基基因因的的编编码码产产物物，转转录录后后由由于于RNA拼拼接接不不同同形形成成多多种种异异型型分分子子，拼拼接接方方式式依依细细胞胞类类型型及及发发育育状状态态而而定定，从从而而使使细细胞胞产产生生适适合合组织需要的组织需要的FN形式。形式。即即细细胞胞通通过过控控制制FN RNA的的拼拼接接方方式式，使使其其与不同细胞结合与不同细胞结合及产生特异效应。及产生特异效应。FN的的功功能能：主主要要是是介介导导细细胞胞粘粘着着，以以此此调调节节细细胞胞形形状状和和细细胞胞骨骨架架的的组组装装，促促进进细细胞胞铺铺展展、迁迁移移，并并可可通通过过迁迁移移途途径径决决定细胞的分化方向。定细胞的分化方

30、向。如如沿沿富富含含FN途途径径迁迁移移的的神神经经脊脊细细胞胞最最终终分化为肾上素能神经元，形成神经节分化为肾上素能神经元，形成神经节。4.整合素整合素(1)是是一一种种通通过过识识别别并并结结合合相相邻邻细细胞胞的的粘粘附附分分子子和和细细胞胞外外基基质质成成分分，介介导导细细胞胞-细细胞胞以以及及细细胞胞-细细胞胞外外基基质质间间的的相相互互作作用用的的受体蛋白质受体蛋白质。属于细胞粘连分子。属于细胞粘连分子。(2)整整合合素素对对干干细细胞胞的的作作用用：是是促促进进干干细细胞的非分化增殖。胞的非分化增殖。(3) 作用机理：作用机理：作作为为细细胞胞外外基基质质的的受受体体，与与配配体

31、体结结合合后后，启启动动胞胞内内信信号号传传递递的的连连锁锁反反应应，最最终终影影响响基基因因表表达达，为为促促进进干干细细胞胞的的非非分分化化增增殖殖提供微环境。提供微环境。将将干干细细胞胞置置于于组组织织中中的的正正确确位位置置，使使干干细胞维持非分化性增殖。细胞维持非分化性增殖。整整合合素素是是由由和和两两个个亚亚单单位位形形成成异异二二聚聚体体。已已发发现现有有16种种和和9种种亚亚单单位位，可可组组合合成成20余种整合素。余种整合素。与与细细胞胞外外基基质质成成分分结结合合的的整整合合素素主主要要以以1与与9种种亚单位分别构成的异二聚体。亚单位分别构成的异二聚体。如如当当1丧丧失失功

32、功能能时时，上上皮皮干干细细胞胞脱脱离离微微环环境制约，分化成角质细胞。境制约，分化成角质细胞。即即细细胞胞外外基基质质通通过过调调节节1整整合合素素的的表表达达和激活，影响干细胞的分布和分化方向。和激活，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：整合素对干细胞的影响作用过程：需需2步：步：一是整合素活化；一是整合素活化；二是活化的整合素作用于干细胞。二是活化的整合素作用于干细胞。整合素活化：整合素活化：整整合合素素通通常常不不与与配配体体结结合合，需需要要经经过过活活化化。活活化化因因素素是是外外部部信信号号的的刺刺激激，活活化化过程为过程为胞内信号外传胞内信号外传过程

33、。过程。胞外信号胞外信号刺激引起胞内变化引起胞内变化变化信号于整合素的胞质部分于整合素的胞质部分活化细胞外识别与结细胞外识别与结合结构域。合结构域。作用作用整合素对细胞的作用：整合素对细胞的作用：作用过程为作用过程为胞外信号内传胞外信号内传：整合素活化后与配体整合素活化后与配体(如纤粘连蛋白如纤粘连蛋白)结合结合 细胞内细胞内细胞发生反应。细胞发生反应。如如粘粘着着斑斑蛋蛋白白与与骨骨架架系系统统的的组组装装，激激酶酶磷磷酸酸化化等，使细胞发生分泌、增殖、分化、迁移等。等，使细胞发生分泌、增殖、分化、迁移等。 信号传导信号传导活活化化的的整整合合素素又又可可失失活活，使使粘粘附附的的细细胞胞彼

34、彼此脱离。此脱离。即即整整合合素素通通过过与与细细胞胞外外基基质质的的弱弱结结合合，使使细细胞胞在在不不脱脱离离粘粘附附的的情情况况下下根根据据微微环环境境，通过可逆性的通过可逆性的结合与解离结合与解离进行细胞迁移。进行细胞迁移。第二节第二节 胚胎干细胞胚胎干细胞 1胚胎干细胞胚胎干细胞：从从囊囊胚胚期期(受受精精后后57天天)胚胚胎胎分分离离到到的的干干细胞称胚胎干细胞。细胞称胚胎干细胞。2胚胎干细胞的特性胚胎干细胞的特性：为全能性干细胞为全能性干细胞。有如下。有如下特性特性：可在体外无限增殖并保持未分化状态。可在体外无限增殖并保持未分化状态。具有分化为完整个体的潜能。具有分化为完整个体的潜

35、能。具有分化为所有种类的细胞、器官的潜能。具有分化为所有种类的细胞、器官的潜能。3胚胎干细胞的研究价值：胚胎干细胞的研究价值：是是发发育育生生物物学学基基础础研研究究的的理理想想模模型型和和有有效工具。效工具。(图，胚胎干细胞的应用) 研究细胞分化研究细胞分化研究基因功能研究基因功能研究基因表达研究基因表达一、人胚胎干细胞的获得人胚胎干细胞的获得要要研研究究胚胚胎胎干干细细胞胞，首首先先要要获获得得胚胚胎胎干干 细胞。细胞。(一)获得途径：主要有：获得途径：主要有：1.从早期胚胎获得从早期胚胎获得2.2. 从原始生殖细胞获得从原始生殖细胞获得3.3. 从移植细胞从移植细胞(克隆细胞克隆细胞)获

36、得获得1从早期胚胎获得从早期胚胎获得美美国国Thompson研研究究小小组组是是从从囊囊胚胚期期胚胚胎胎的内细胞团中获得胚胎干细胞的内细胞团中获得胚胎干细胞 ：体体外外受受精精卵卵 囊囊胚胚期期 去去除除滋养层滋养层内细胞团内细胞团 得得5株干细胞系株干细胞系 32代代(8个月个月)保持未分化状态保持未分化状态 。 传代培养发育免疫切除法2从原始生殖细胞获得从原始生殖细胞获得gearhart小组：小组：流产胎儿性腺嵴流产胎儿性腺嵴 原始生殖细胞原始生殖细胞 获获得得5个个多多能能干干细细胞胞系系 7个个月月不不分分化化 。(图，干细胞获得)思路：原始生殖细胞是未分化细胞。思路：原始生殖细胞是未

37、分化细胞。 培养 分离培养3体细胞移植体细胞移植分分化化细细胞胞核核(乳乳腺腺、皮皮肤肤细细胞胞) 去去核核卵卵细胞细胞杂合细胞杂合细胞 发育成囊胚发育成囊胚 胚胎干细胞胚胎干细胞 成体成体(如多利羊如多利羊)。 (图，体细胞获得干细胞) 分离发育 移植 刺激 二、胚胎干细胞的主要特征二、胚胎干细胞的主要特征 （一）形态和生化特征（一）形态和生化特征 1.形形态态：细细胞胞体体积积小小，核核大大，1多多个个核核仁。离体培养可产生密集的多细胞克隆。仁。离体培养可产生密集的多细胞克隆。2.生化特征生化特征：端粒酶活性高端粒酶活性高。3.干细胞物理特性干细胞物理特性：如干细胞对如干细胞对Hoechs

38、t33324和和Rhodamine 123染料不着色。染料不着色。 4. 干干细细胞胞表表面面免免疫疫原原性性：一一般般表表达达胚胚胎胎早早期的表面抗原，而且有种属差异。期的表面抗原，而且有种属差异。如如小小鼠鼠胚胚胎胎干干细细胞胞表表达达胚胚胎胎阶阶段段性性特特异异抗抗原原-1(SSEA-1)，不表达不表达SSEA-3或或SSEA-4；人胚胎干细胞表达人胚胎干细胞表达SSEA-3或或SSEA-4。(二二)干细胞的分离与纯化干细胞的分离与纯化1. 借借助助细细胞胞的的生生化化特特征征及及物物理理特特性性，采采用用荧荧光光细细胞胞分分离离器器从从单单细细胞胞悬悬液液中中即即可可分分离离纯化干细胞

39、。纯化干细胞。2. 干干细细胞胞的的理理化化特特征征与与其其分分化化调调控控有有关关，如如上上皮皮干干细细胞胞高高表表达达1整整合合素素，介介导导干干细细胞与细胞外基质粘附，抑制干细胞分化。胞与细胞外基质粘附，抑制干细胞分化。(三)干细胞的体外培养干细胞的体外培养由由于于干干细细胞胞数数目目少少，应应用用时时需需先先在在体体外外进行非分化性增殖，再进行诱导分化。进行非分化性增殖，再进行诱导分化。不不同同组组织织来来源源的的干干细细胞胞的的培培养养条条件件不不尽尽相同。相同。1 培养条件：培养条件：需要许多需要许多生长因子生长因子和和间质细胞间质细胞的共培养。的共培养。如如Brustle等在体外

40、培养了鼠的等在体外培养了鼠的ES细胞。细胞。分离分离ES细胞细胞 培养培养 培养培养 生长增殖生长增殖 保持分化潜能。保持分化潜能。 停停止止供供给给生生长长因因子子，ES细细胞胞分分化化为为寡寡树树突突细细胞胞或星状细胞。或星状细胞。EGF培养基FGF2+PDGFFGF2培养基2 分化诱导分化诱导在在应应用用前前还还需需依依据据靶靶组组织织类类型型对对培培养养干干细细胞进行定向分化诱导。胞进行定向分化诱导。分化诱导需了解：分化诱导需了解：干细胞发育有关的信号调节；干细胞发育有关的信号调节；干细胞发育的微环境。干细胞发育的微环境。（四）胚胎干细胞的分化潜能（四）胚胎干细胞的分化潜能 胚胚胎胎干

41、干细细胞胞是是全全能能(多多能能)性性干干细细胞胞，具具有有分化为各种组织细胞的潜能。分化为各种组织细胞的潜能。实验实验1：移植实验移植实验人人胚胚胎胎干干细细胞胞 小小鼠鼠体体内内 畸畸胎胎瘤瘤(良性良性)有三个胚层产生的组织：有三个胚层产生的组织：移植发育胃上皮胃上皮(内胚层内胚层)骨、软骨、平滑肌、横纹肌等骨、软骨、平滑肌、横纹肌等(中胚层中胚层)神经表皮、神经节复层磷状上皮等神经表皮、神经节复层磷状上皮等(外胚层外胚层)三、胚胎干细胞研究的三、胚胎干细胞研究的伦理挑战伦理挑战 胚胚胎胎干干细细胞胞研研究究在在伦伦理理、道道德德和和宗宗教教方方面遇到很大的障碍。面遇到很大的障碍。避避孕孕

42、、流流产产和和体体外外授授精精在在西西方方国国家家引引起起很大争议。很大争议。 (一一)存在的问题存在的问题 1. 胚胚胎胎干干细细胞胞的的来来源源是是否否符符合合法法律律与与道道德德？2.胚胚胎胎干干细细胞胞的的应应用用是是否否会会引引起起伦伦理理及及法法律问题？律问题？3.该该项项研研究究是是否否会会导导致致人人流流泛泛滥滥？或或导导致致医生刻意造成胚胎流产？医生刻意造成胚胎流产？4.如何看待克隆人的研究？如何看待克隆人的研究？ （二）反对人的观点（二）反对人的观点 1.认认为为胚胚胎胎干干细细胞胞研研究究破破坏坏人人类类生生命命，其观念基于人类生命起始于早期胚胎。其观念基于人类生命起始于

43、早期胚胎。2.天天主主教教派派极极力力反反对对胚胚胎胎干干细细胞胞研研究究，认认为为用用人人类类胚胚胎胎干干细细胞胞进进行行研研究究是是一一种种“邪恶邪恶”。 (三三)支持者的观点支持者的观点 科科学学界界和和病病人人组组织织强强烈烈呼呼吁吁政政府府支支持持这这项项研究。研究。2001年年4月月，James Watson博博士士(DNA双双螺螺旋旋结结构构发发明明人人、冷冷泉泉港港实实验验室室主主任任)倡倡导导发发起起了了由由80位位诺诺贝贝尔尔奖奖获获得得者者参参加加的的签签名运动，呼吁政府支持干细胞研究。名运动，呼吁政府支持干细胞研究。 (四四)西方政府的态度西方政府的态度 1美国总统布什

44、美国总统布什(1)当当选选总总统统前前反反对对，当当选选后后出出于于政政治治目目的，同意政府的，同意政府有限支持有限支持。2001年年8月月9日日，布布什什作作出出决决定定，美美国国政政府府资资助助对对2001年年8月月9日日前前得得到到的的人人体体胚胚胎胎干干细细胞胞研研究究，但但不不支支持持从从新新的的胚胚胎胎中中获取干细胞获取干细胞的研究。的研究。(2)同同时时，布布什什提提出出成成立立一一个个由由科科学学家家、医医生生、伦伦理理学学家家、律律师师、神神学学家家等等组组成成的的总总统统生生物物伦伦理理专专家家委委员员会会，指指导导干干细细胞胞的的研研究究和和管管理理。由由芝芝加加哥哥大大

45、学学生生物物伦伦理学教授理学教授Leon Kass担任主席。担任主席。2美国国立卫生研究院美国国立卫生研究院(NIH)(1)美美国国国国立立卫卫生生研研究究院院是是美美国国联联邦邦政政府府支持干细胞研究的主要机构。支持干细胞研究的主要机构。(2)NIH的的年年度度经经费费为为204亿亿美美元元，2000年年投投入入干干细细胞胞研研究究2.26亿亿美美元元，其其中中用用于人体成年干细胞研究为于人体成年干细胞研究为1.41亿美元。亿美元。(3)根根据据布布什什的的决决定定，NIH对对现现存存人人体体胚胚胎胎干干细细胞胞系系进进行行登登记记，认认定定世世界界上上有有64个个人人体体胚胚胎胎干干细胞系

46、细胞系符合联邦政府资助的标准。符合联邦政府资助的标准。(4)64个个人人体体胚胚胎胎干干细细胞胞系系分分布布在在6个个国国家家的的10个个机机构构中中：瑞瑞典典24个个，美美国国20个个，印印度度10个个，澳大利亚澳大利亚6个，以色列个，以色列4个。个。NIH试试图图用用这这些些人人体体胚胚胎胎干干细细胞胞系系完完成成有有关关人人体胚胎干细胞的基础研究工作。体胚胎干细胞的基础研究工作。3其他国家的态度其他国家的态度(1)德国禁止德国禁止利用人体胚胎干细胞进行研究。利用人体胚胎干细胞进行研究。(2)澳澳大大利利亚亚开开始始仿仿效效美美国国的的作作法法，有有限限支支持持人人体胚胎干细胞的研究。体胚

47、胎干细胞的研究。(3)法法国国、英英国国、日日本本允允许许利利用用多多余余的的胚胚胎胎和和SCNT技术创造的胚胎进行干细胞研究。技术创造的胚胎进行干细胞研究。 第三节第三节 精原干细胞精原干细胞 精原干细胞来自精原干细胞来自原始生殖细胞。原始生殖细胞。胚胎外胚层胚胎外胚层 原始生殖细胞原始生殖细胞 双侧双侧生殖腺嵴生殖腺嵴 生精索生精索( 曲细精管曲细精管) 生精母细胞生精母细胞(精原干细胞的精原干细胞的前体细胞前体细胞) 成体精原干细胞成体精原干细胞 分化分化迁移发育形成空隙 sertoli前体细胞一、精原细胞的增殖和一、精原细胞的增殖和干细胞的再生干细胞的再生 1精原细胞的形态特征：精原细

48、胞的形态特征：精精原原细细胞胞紧紧贴贴于于曲曲细细精精管管的的基基膜膜，圆圆形形或或卵卵圆圆形形，12m，核核大大，除除核核糖糖体体外外其它细胞器不发达。其它细胞器不发达。 2精原细胞的增殖与类型：精原细胞的增殖与类型：精原细胞分为精原细胞分为A型和型和B型。型。A型型：常常染染色色质质丰丰富富，核核仁仁常常靠靠近近核核膜膜，根根据据在在曲曲细细精精管管局局部部的的排排列列特特征征，又又分分为为Asingle、Apaired和和Aaligned三种类型三种类型。B型型：分化型精原细胞。：分化型精原细胞。 精原干细胞的类型与增殖分化：精原干细胞的类型与增殖分化：A single(As)分裂自我增

49、殖同步分化2个As2个Apr精子维持干细胞数量A paired(Apr)分裂4、8或16个AalA aligned(Aal)分化分裂A1A2A3中间型分裂分裂分裂A4分裂B型精子A型精子B型(分化型)有丝分裂初级精母细胞减数分裂其中其中Apr型型即是进入即是进入精子分化的第一步精子分化的第一步。A1型型标志精原细胞开始定向分化。标志精原细胞开始定向分化。B型标志精子开始形成型标志精子开始形成。 二、精原细胞的分化及其控制二、精原细胞的分化及其控制 1分化分化Aal型精原细胞型精原细胞 A1型型 精子精子A1型型精精原原细细胞胞是是精精子子形形成成的的不不可可逆逆的的调调控控点点。机机体体对对这

50、这一一调调控控点点有有相相当当严严格格的的控制。控制。 分化分化2分化控制分化控制 (1)精原细胞分化抑制的影响因素：精原细胞分化抑制的影响因素：动动物物模模型型研研究究表表明明，精精子子发发生生存存在在可可逆逆性抑制，使性抑制，使A1型精原细胞不分化而增殖。型精原细胞不分化而增殖。其其影影响响因因素素如如sertoli细细胞胞的的中中毒毒、辐辐射射损损伤、维生素缺乏甚至睾丸温度升高等。伤、维生素缺乏甚至睾丸温度升高等。(1) 细胞毒性药物致分化抑制细胞毒性药物致分化抑制sertoli细胞毒性药物细胞毒性药物2，5-己二酮己二酮 小鼠小鼠A1型精原细胞不能分化。型精原细胞不能分化。用用促促性性

51、腺腺激激素素释释放放激激素素的的激激动动剂剂治治疗疗后后，药物导致的分化抑制得以缓解。药物导致的分化抑制得以缓解。说明激素水平可以调节生殖细胞的分化。说明激素水平可以调节生殖细胞的分化。 作用5周(2) Kit受体的作用受体的作用Kit受受体体：即即干干细细胞胞生生长长因因子子受受体体。属属于于生长因子受体类的原癌基因产物。生长因子受体类的原癌基因产物。作作用用：原原始始生生殖殖细细胞胞表表达达Kit受受体体，sertoli细细胞胞分分泌泌干干细细胞胞因因子子(SCF)。SCF通通过与过与Kit受体结合受体结合促进细胞增殖促进细胞增殖。干细胞因子：干细胞因子：有两种形式有两种形式在在已已二二酮

52、酮(hexanedione)导导致致精精子子发发生生衰衰退退的的大大鼠鼠中中，sertoli细细胞胞表表达达可可溶溶性性因因子子，经经激激素素治治疗疗后后，膜膜包包被被型型数数量量增增加加。表表明明Kit-SCF在精原细胞分化中的作用。在精原细胞分化中的作用。 可溶型可溶型 促进增殖促进增殖 膜包被型膜包被型 促进分化促进分化(3) VitA的作用的作用VitA缺缺乏乏精精细细胞胞退退化化，补补充充VitA或或维维甲甲酸酸分化重新开始分化重新开始推推测测：A型型精精原原细细胞胞中中有有维维甲甲酸酸的的核核内内受受体体，因因此此维维甲甲酸酸对对A型型精精原原细细胞胞有有作作用用，但这种作用依赖但

53、这种作用依赖sertoli细胞。细胞。 三、精原细胞的凋亡三、精原细胞的凋亡 精精子子发发生生过过程程中中通通过过细细胞胞凋凋亡亡调调节节分分化化型精原细胞的密度。型精原细胞的密度。分分化化型型精精原原细细胞胞在在曲曲细细精精管管不不同同部部位位差差别别很很大大，但但原原始始生生殖殖母母细细胞胞密密度度变变化化很很小小，是是因因为为分分化化型型的的精精原原细细胞胞在在不不同同部部位选择性地凋亡。位选择性地凋亡。精子发生过程中的凋亡相关基因精子发生过程中的凋亡相关基因 凋亡促进基因凋亡促进基因：ICE(IL-1-converting aenzyme) bax, p53, ICH-1，fas等等。

54、凋亡抑制基因凋亡抑制基因：bcl-2,crmA等等。（一）（一）Bcl-2家族家族 1. bcl-2基因基因bcl-2基基因因：是是1985年年发发现现的的一一个个原原癌癌基因基因，与，与Ced基因有基因有23%同源性。同源性。Bcl-2蛋蛋白白：bcl-2基基因因编编码码26kd的的膜膜蛋蛋白白，存存在在于于线线粒粒体体、核核膜膜、内内质质网网膜膜上上。生生理理功功能能主主要要是是阻阻遏遏细细胞胞凋凋亡亡，延延长长细细胞胞寿寿命命，对对细细胞胞增增殖殖率率和和分分化化不不产产生生影影响。响。2. Bcl-2 家族家族(1)Bcl-2 家族：家族：Bcl-2家家族族包包括括Bcl-2结结合合蛋

55、蛋白白和和Bcl-2同同源源蛋蛋白白，它它们们在在结结构构上上有有同同源源性性，共共同同具具有有2个个保保守守区区域域：即即Bcl-2同同源源区区BH1和和BH2区区段段，功能相关，即诱导或抑制细胞凋亡。，功能相关，即诱导或抑制细胞凋亡。这这些些蛋蛋白白包包括括Bcl-2、Bcl-xL、Bcl-xs、Bax、Bad、Bad-1以及线虫的以及线虫的CED-9等。等。(2) Bcl-2 家族在细胞内存在形式家族在细胞内存在形式：由于它们的同源结构，可以形成同源二由于它们的同源结构，可以形成同源二聚体或异源二聚体。如：聚体或异源二聚体。如：同源二聚体同源二聚体Bcl-2-Bcl-2；异源二聚体异源二

56、聚体Bcl-2-Bax。 (3)Bcl-2蛋白家族主要成员及生理功能蛋白家族主要成员及生理功能：Bcl-2：抑制细胞凋亡：抑制细胞凋亡Bax ：诱导细胞凋亡：诱导细胞凋亡bcl-x：通通过过mRNA不不同同剪剪切切形形成成两两种种蛋蛋白，白，Bcl-xl和和Bcl-xs。Bcl-xl和和Bcl-2结构同源，抑制细胞凋亡；结构同源，抑制细胞凋亡；Bcl-xs 诱导细胞凋亡。诱导细胞凋亡。3. Bcl-2抑制凋亡的机制抑制凋亡的机制Bcl-2抑抑制制凋凋亡亡作作用用是是通通过过与与促促凋凋亡亡基基因因Bax形成形成异源二聚体异源二聚体来实现。来实现。(1)Bcl-2、Bax和Bcl-X的凋亡控制系

57、统：的凋亡控制系统：Bax同源二聚体同源二聚体Bax-Bax，诱导凋亡；，诱导凋亡；Bcl-2与与Bax形形成成Bcl-2-Bax异异源源二二聚聚体体，结结构构比比Bax-Bax同同源源二二聚聚体体更更稳稳定定，可可“中中和和” Bax-Bax二聚体诱导凋亡的作用。二聚体诱导凋亡的作用。即即细细胞胞内内Bcl-2与与Bax的的表表达达水水平平调调节节细细胞胞生存或凋亡。生存或凋亡。当当Bcl-xs存存在在时时，优优先先与与Bcl-2形形成成异异源源Bcl-xs-Bcl-2二二聚聚体体，而而使使游游离离的的Bax得得以形成同源二聚体，诱导凋亡发生。以形成同源二聚体，诱导凋亡发生。 此时此时Bcl

58、-2表达并不抑制细胞凋亡。表达并不抑制细胞凋亡。(2)Bcl-2家族蛋白抑制凋亡的分子机理：家族蛋白抑制凋亡的分子机理： Bcl-2家家族族蛋蛋白白形形成成异异源源二二聚聚体体，是是依依赖赖其其同同源源结结构构域域BH1和和BH2。当当Bcl-2中中BH1和和BH2区区域域的的特特定定氨氨基基酸酸被被转转换换后后，不不能能与与Bax形形成成二二聚聚体体，而而自自身身形形成成同同源源二二聚聚体体Bcl-2-Bcl-2，其抑制凋亡的功能丧失。其抑制凋亡的功能丧失。(3)精原细胞中的精原细胞中的Bcl-2家族家族精精原原细细胞胞不不存存在在Bcl-2，但但在在Bcl-2转转基基因因小小鼠鼠中，局部高

59、密度诱导的精原细胞凋亡消失。中，局部高密度诱导的精原细胞凋亡消失。说说明明虽虽然然Bcl-2蛋蛋白白本本身身并并不不参参与与，但但其其家家族族成成员员控控制制着着精精子子发发生生过过程程。即即Bax和和Bcl-X的的表表达达和作用平衡控制精原细胞的密度相关性调亡。和作用平衡控制精原细胞的密度相关性调亡。 睾睾丸丸中中表表达达Bcl-X基基因因有有两两种种变变异异体体Bcl-Xs和和Bcl-Xl，前前者者促促凋凋亡亡，后后者者抑抑凋凋亡。亡。Bax基基因因是是控控制制精精原原细细胞胞凋凋亡亡的的重重要要因因素素。剔剔除除Bax基基因因小小鼠鼠无无生生育育能能力力，其其睾睾丸丸组组化化特特征征与与

60、Bcl-2和和Bcl-Xl转转基基因因小小鼠鼠相相似，都表现出似，都表现出精细胞的聚集精细胞的聚集。（二）（二）P53蛋白蛋白 1P53蛋蛋白白是是由由p53基基因因编编码码的的由由393个个aa构构成成的的核核磷磷蛋蛋白白。在在许许多多组组织织中中有有表表达达，特特别别是是在在胸胸腺腺、脾脾、睾睾丸丸和和卵卵巢巢中中表达量很高。表达量很高。p53基因位于基因位于17q13。 2p53蛋白的生物学功能蛋白的生物学功能 (1)p53蛋白与细胞中蛋白与细胞中DNA损伤：损伤：DNA损损伤伤严严重重p53蛋蛋白白表表达达水水平平急急剧剧增增加加细细胞胞停停止止在在G1期期，等等待待细细胞胞对对DNA

61、进行修复。进行修复。即即p53通通过过监监视视DNA的的忠忠实实性性和和稳稳定定性性而而调节细胞增殖，防止肿瘤发生。调节细胞增殖，防止肿瘤发生。(2)p53蛋白与细胞周期的控制：蛋白与细胞周期的控制：野野生生型型p53可可以以阻阻止止细细胞胞转转化化，抑抑制制细细胞胞成瘤能力。成瘤能力。p53是是一一个个转转录录因因子子类类的的蛋蛋白白，可可以以促促进进细细胞胞内内某某些些基基因因的的表表达达。如如GADO-45，mdm-2和和p21基因。基因。p53蛋蛋白白抑抑制制细细胞胞分分裂裂的的功功能能很很可可能能与与促促进进p21基基因因表表达达有有关关，因因为为p21蛋蛋白白是是细细胞胞周周期期促

62、促进进因因子子CDK的的抑抑制制剂剂。p21蛋蛋白白可可通通过过与与CDK结结合合而而抑抑制制CDK的的激激酶酶活活性性，从从而而使使细细胞胞停停止止在在G1期期。即即p53蛋蛋白白在在细细胞胞内内通通过过促促进进p21基基因因的的表表达达而而抑抑制制细细胞胞周期。周期。(3)P53蛋蛋白白与与癌癌蛋蛋白白的的作作用用：P53蛋蛋白白可可被癌基因产物结合而失活。被癌基因产物结合而失活。(4)P53蛋蛋白白对对细细胞胞凋凋亡亡的的作作用用：P53蛋蛋白白水水平平增增加加可可使使有有些些类类型型的的细细胞胞发发生生凋凋亡亡，其其机机制制之之一一就就是是当当细细胞胞中中DNA损损伤伤太太严严重重时时

63、，细细胞胞自自身身难难以以修修复复，选选择择凋凋亡亡以以保证器官功能正常。保证器官功能正常。 3P53蛋白与精原细胞凋亡蛋白与精原细胞凋亡 (1)p53缺缺陷陷型型小小鼠鼠睾睾丸丸中中A1型型精精原原细细胞胞比比野生型小鼠野生型小鼠多多50%。p53缺缺陷陷导导致致A1型型精精原原细细胞胞多多的的2种种原原因因：一一是是正正常常p53蛋蛋白白参参与与不不分分化化精精原原细细胞胞的的周周期期调调节节，二二是是正正常常p53蛋蛋白白可可诱诱导导这这些些细胞凋亡。细胞凋亡。 (2)p53缺缺陷陷型型小小鼠鼠细细线线期期精精母母细细胞胞的的数数量量与与野野生生型型小小鼠鼠相相近近，说说明明p53缺缺陷

64、陷型型小小鼠鼠仍能精确控制精原细胞分化水平。仍能精确控制精原细胞分化水平。 第四节第四节 成体干细胞成体干细胞 成体组织或器官中，许多细胞仍具有自成体组织或器官中，许多细胞仍具有自我更新及分化产生不同组织细胞的能力，我更新及分化产生不同组织细胞的能力，如血液细胞、皮肤细胞、受损的肝组织如血液细胞、皮肤细胞、受损的肝组织细胞等。这些细胞即是成体干细胞细胞等。这些细胞即是成体干细胞. 一、造血干细胞一、造血干细胞 造血干细胞是第一种被认识的组织特异造血干细胞是第一种被认识的组织特异性细胞。性细胞。1961年年Till和和McCulloch首次通首次通过小鼠脾集落形成实验证实造血干细胞过小鼠脾集落形

65、成实验证实造血干细胞在成体内的存在。在成体内的存在。1形态：形态：一般认为造血干细胞的形态类一般认为造血干细胞的形态类似小淋巴细胞。似小淋巴细胞。2细胞表面标志：细胞表面标志：表面标志比较多，临表面标志比较多，临床上应用最多的是床上应用最多的是CD34。还可与还可与KDR (kinase insert domain recepter)配合鉴配合鉴定造血干细胞和造血祖细胞。定造血干细胞和造血祖细胞。造血干细胞：造血干细胞：CD34+KDR+造血祖细胞：造血祖细胞： CD34+ KDR-实验实验：Zieglar用致死剂量照射小鼠后进用致死剂量照射小鼠后进行细胞移植实验。行细胞移植实验。植入致死剂量

66、照射小鼠致死剂量照射小鼠骨髓骨髓CD34+外周血外周血CD34+KDR+脐血脐血CD34+KDR-死亡死亡成活成活死亡死亡说明造血干细胞说明造血干细胞CD34+KDR+，而造血祖细，而造血祖细胞胞CD34+KDR- 。3造血干细胞的胚胎发生造血干细胞的胚胎发生中胚层细胞中胚层细胞 造血环境造血环境(大动脉、性大动脉、性腺脊、中期肾区腺脊、中期肾区) 胎肝胎肝 髓系及髓系及淋巴系的前体细胞淋巴系的前体细胞 骨髓骨髓 迁移出生前迁移迁移分化4造血干细胞的调控造血干细胞的调控(1)维持造血干细胞的数目恒定：干细胞维持造血干细胞的数目恒定：干细胞因子因子(2)影响干细胞的移行、数目维持、分化：影响干细

67、胞的移行、数目维持、分化：成纤维细胞生长因子成纤维细胞生长因子(FGF-1，FGF-1)、SDF-1、细胞外基质。细胞外基质。 二、间充质干细胞二、间充质干细胞(mesenchymal stem cell，MSC) 1间充质干细胞的位置间充质干细胞的位置 间充质干细胞附着于骨髓窦的内腔面，间充质干细胞附着于骨髓窦的内腔面，形成形成 一种包埋于窦状网络中的三维细胞一种包埋于窦状网络中的三维细胞网络。网络。(图，间充质干细胞图，间充质干细胞) 2MSC的分离与表面标志的分离与表面标志(1)分离：分离：骨髓抽提物取骨髓抽提物取1.073/ml密度界面上的细密度界面上的细胞，贴壁生长的细胞中胞，贴壁生

68、长的细胞中9598%为MSC。根据细胞表面抗原获得根据细胞表面抗原获得MSC。(2)MSC的特异性表面标志的特异性表面标志通过流式细胞仪分析，间充质干细胞特通过流式细胞仪分析，间充质干细胞特异性表面抗原有：异性表面抗原有：SH2、SH3、CD29、CD44、CD71、CD90、CD106、CD120a、CD124。 3间充质干细胞的分化方向间充质干细胞的分化方向间充质干细胞可分化为多种间充质组织。间充质干细胞可分化为多种间充质组织。如骨、关节、脂肪、肌腱、肌肉、骨髓如骨、关节、脂肪、肌腱、肌肉、骨髓基质等。基质等。来源不同或在不同条件下，间充质干细来源不同或在不同条件下，间充质干细胞可分化相应

69、组织细胞。胞可分化相应组织细胞。如骨髓中的间充质干细胞可分化如骨髓中的间充质干细胞可分化脂肪细胞脂肪细胞、软软骨细胞骨细胞和和成骨细胞成骨细胞。在含有在含有1-甲基甲基-3-异丁基黄嘌呤、地塞米松、吲异丁基黄嘌呤、地塞米松、吲哚美辛的培养基中，哚美辛的培养基中，95%间充质干细胞分化为间充质干细胞分化为脂肪细胞。脂肪细胞。在含在含TGF-3的无血清培养基中，间充质细胞会的无血清培养基中，间充质细胞会分化为软骨细胞。分化为软骨细胞。由于间充质细胞在体外可以相对容易地由于间充质细胞在体外可以相对容易地诱导出骨细胞、软骨细胞，可在诱导出骨细胞、软骨细胞，可在骨损伤骨损伤、先天性骨畸形先天性骨畸形有治

70、疗中有广泛应用。有治疗中有广泛应用。三、神经干细胞三、神经干细胞 传统观点传统观点：神经细胞无再生能力。：神经细胞无再生能力。新发现新发现：中枢神经系统中部分细胞仍具：中枢神经系统中部分细胞仍具有自我更新及分化产生成熟脑细胞的能有自我更新及分化产生成熟脑细胞的能力，这些细胞被称为力，这些细胞被称为神经干细胞神经干细胞。 1神经干细胞的存在部位神经干细胞的存在部位哺乳动物哺乳动物中脑侧室中脑侧室的的室管膜下区室管膜下区包括包括室室管膜管膜的细胞中存在有增殖能力的干细胞。的细胞中存在有增殖能力的干细胞。成体的下脑室区、嗅球及海马区是神经成体的下脑室区、嗅球及海马区是神经干细胞存在的部位。干细胞存在

71、的部位。1992年年Rynolds和和Weiss首先从成体小鼠脑首先从成体小鼠脑旁侧室膜下的神经组织中分离并培养了神旁侧室膜下的神经组织中分离并培养了神经干细胞。经干细胞。Svendsen等用同样的方法从人的胚胎中分等用同样的方法从人的胚胎中分离出神经干细胞。离出神经干细胞。神经干细胞持续分裂神经干细胞持续分裂每周传代一次，可每周传代一次，可维持一年以上。维持一年以上。2神经干细胞的生化特性神经干细胞的生化特性神经干细胞表达神经干细胞表达巢素蛋白，所有的神经巢素蛋白，所有的神经干细胞都巢素蛋白阳性。干细胞都巢素蛋白阳性。 巢素蛋白的表达始于神经胚形成期，当巢素蛋白的表达始于神经胚形成期，当神经

72、细胞迁移基本完成后，合成开始下神经细胞迁移基本完成后，合成开始下降，神经细胞完成分化，巢素蛋白表达降，神经细胞完成分化，巢素蛋白表达停止。停止。3神经干细胞的维持与分化神经干细胞的维持与分化(1)促进细胞增殖的因素：促进细胞增殖的因素：表皮生长因子表皮生长因子(EGF)，成纤维细胞生长因成纤维细胞生长因子子-2(FGF-2)，对干细胞的存活、增殖和对干细胞的存活、增殖和分化起重要作用。分化起重要作用。EGF的主要作用是维持神经干细胞的主要作用是维持神经干细胞生存生存； FGF-2主要是以对细胞主要是以对细胞分化分化起作用。起作用。(2)促进神经干细胞分化的因素：小牛血清。促进神经干细胞分化的因

73、素：小牛血清。用小牛血清替代用小牛血清替代EGF培养神经干细胞，细培养神经干细胞，细胞胞分化分化为星形胶质细胞、少突状细胞和神为星形胶质细胞、少突状细胞和神经元；巢素蛋白逐渐减少，出现神经元特经元；巢素蛋白逐渐减少，出现神经元特有的微管结合蛋白有的微管结合蛋白2及胶质细胞的特征性及胶质细胞的特征性神经胶质原纤维酸性蛋白。神经胶质原纤维酸性蛋白。 四、表皮干细胞四、表皮干细胞1表皮干细胞的存在部位表皮干细胞的存在部位 (1)表皮干细胞位于表皮基底层表皮干细胞位于表皮基底层。属于。属于专能干细专能干细胞胞。能周期性的进入分化程序，最终分化为角。能周期性的进入分化程序，最终分化为角质细胞。质细胞。(

74、2)表皮增殖单位表皮增殖单位：位于基底层的干细胞和分布：位于基底层的干细胞和分布在它周围的由它分裂形成的子细胞，共在它周围的由它分裂形成的子细胞，共9个，个，组成一个柱状细胞群，称为一个表皮增殖单位。组成一个柱状细胞群，称为一个表皮增殖单位。(3)表皮干细胞的分化：表皮干细胞的分化：表皮增殖单位表皮增殖单位边缘的边缘的子细胞子细胞脱离基底膜后向上脱离基底膜后向上迁移经过迁移经过棘细胞层棘细胞层和和颗粒层细胞颗粒层细胞，最终形成，最终形成角角质化无核细胞质化无核细胞。这层细胞不断脱落，由新生的。这层细胞不断脱落，由新生的细胞不断补充。细胞不断补充。人体不同部位的皮肤更新速度约人体不同部位的皮肤更

75、新速度约24周。在细胞周。在细胞迁移过程中，角质化伴随着分化过程。迁移过程中，角质化伴随着分化过程。2毛囊干细胞毛囊干细胞 毛囊组成毛囊组成：由外根鞘、内根鞘和发干组成。：由外根鞘、内根鞘和发干组成。毛囊球：包括间充质细胞毛囊球：包括间充质细胞(团团)构成的毛乳头和构成的毛乳头和基质细胞。基质细胞。基质细胞：产生内根鞘和发干的活跃分裂细胞基质细胞：产生内根鞘和发干的活跃分裂细胞称为基质细胞。是存在于毛囊球中的一群可分称为基质细胞。是存在于毛囊球中的一群可分裂的上皮细胞。裂的上皮细胞。毛乳头中的间充质细胞即是毛囊干细胞。毛乳头中的间充质细胞即是毛囊干细胞。毛囊干细胞需在毛囊的膨胀部位进行增殖。当

76、毛囊干细胞需在毛囊的膨胀部位进行增殖。当基质细胞失去增殖能力时，毛囊退化，拉动毛基质细胞失去增殖能力时，毛囊退化，拉动毛乳头细胞团进入膨胀部位，毛乳头细胞团接受乳头细胞团进入膨胀部位，毛乳头细胞团接受信号刺激后，膨胀部位的干细胞增殖产生新的信号刺激后，膨胀部位的干细胞增殖产生新的毛囊。毛囊。毛囊中的干细胞同样可以产生表皮，尤其在外毛囊中的干细胞同样可以产生表皮，尤其在外伤或烧伤后能重建表皮毛发。伤或烧伤后能重建表皮毛发。3表皮干细胞的生化标志表皮干细胞的生化标志 (1)表达角蛋白表达角蛋白5(keratin 5，K5)和和K14分子：同分子：同角细胞相同。产生的角蛋白在成熟皮肤细胞中角细胞相同

77、。产生的角蛋白在成熟皮肤细胞中形成中间网络，使表皮细胞形成一个整体，并形成中间网络，使表皮细胞形成一个整体，并具有韧性。具有韧性。表达整合素表达整合素：与与型胶原和纤维粘合素粘附。型胶原和纤维粘合素粘附。以这种方式与基底膜相连。当这种粘附力下降以这种方式与基底膜相连。当这种粘附力下降时，干细胞易从干细胞巢脱落，向表皮分化。时，干细胞易从干细胞巢脱落，向表皮分化。干细胞高表达整合素和粘附素，在维持干干细胞高表达整合素和粘附素，在维持干细胞增殖和存活的信号传导途径中发挥重细胞增殖和存活的信号传导途径中发挥重要作用。要作用。毛囊干细胞的增殖潜能非常大，体外一单毛囊干细胞的增殖潜能非常大，体外一单独的

78、毛囊干细胞在合适的条件下产生的子独的毛囊干细胞在合适的条件下产生的子细胞数多达细胞数多达1.71038，大大超过了覆盖整，大大超过了覆盖整个成体体表所需的细胞数。个成体体表所需的细胞数。五、肠干细胞五、肠干细胞 1肠干细胞的位置肠干细胞的位置肠表面由被肠腺围绕并根植于肠壁的绒毛肠表面由被肠腺围绕并根植于肠壁的绒毛组成，每一肠腺大约有组成，每一肠腺大约有250个细胞，其中个细胞，其中有肠干细胞，位于肠腺的基部或近基部。有肠干细胞，位于肠腺的基部或近基部。 2肠干细胞的增殖与分化肠干细胞的增殖与分化 小肠绒毛上皮细胞的更新是从隐窝底部的干细小肠绒毛上皮细胞的更新是从隐窝底部的干细胞分裂开始。胞分裂

79、开始。分裂成的一个子细胞保持增殖能力，返回增殖分裂成的一个子细胞保持增殖能力，返回增殖池，另一个子细胞向上迁移，并逐渐失去分裂池，另一个子细胞向上迁移，并逐渐失去分裂能力，分化为上皮细胞，至绒毛顶部死亡脱落。能力，分化为上皮细胞，至绒毛顶部死亡脱落。肠干细胞增殖缓慢肠干细胞增殖缓慢(Tc24小时小时)过渡放大细过渡放大细胞胞(Tc=11小时小时)迁移并分化迁移并分化死亡落入肠腔。死亡落入肠腔。3肠干细胞的生化特征与分离肠干细胞的生化特征与分离 (1)肠干细胞表达中间纤维肠干细胞表达中间纤维K8、K18、K19(2)肠干细胞的体外培养至今未成功肠干细胞的体外培养至今未成功 4肠干细胞的增殖分化调

80、节肠干细胞的增殖分化调节 (1)转录因子调节转录因子调节-连环蛋白与连环蛋白与 Lef/Tcf家族成员结合家族成员结合Tcf4，启动启动促进细胞增殖的基因转录，细胞增殖。机制与促进细胞增殖的基因转录，细胞增殖。机制与皮肤干细胞的调控一致。皮肤干细胞的调控一致。实验：实验：Tcf4缺失小鼠肠干细胞发育缺陷。缺失小鼠肠干细胞发育缺陷。Lef/Tcf-catenin 有促进干细胞增殖，弱化干有促进干细胞增殖，弱化干细胞在巢中附着的重要功能。细胞在巢中附着的重要功能。 (2)蛋白质调节蛋白质调节肠干细胞合成的肠干细胞合成的角蛋白角蛋白K8可可促进细胞分化促进细胞分化。缺。缺乏乏K8蛋白的小鼠有大肠增生

81、现象。表明角蛋白蛋白的小鼠有大肠增生现象。表明角蛋白表达水平可影响干细胞增殖和迁移。表达水平可影响干细胞增殖和迁移。(3)细胞分泌物的调节细胞分泌物的调节小肠小肠E-钙粘素的高表达抑制肠腺增生并诱导凋钙粘素的高表达抑制肠腺增生并诱导凋亡。整合素及其胞间配体对肠干细胞数目维持亡。整合素及其胞间配体对肠干细胞数目维持也有重要调控作用。也有重要调控作用。 第五节第五节 干细胞应用研究重点干细胞应用研究重点 一、移植研究一、移植研究恢复器官功能恢复器官功能 1细胞治疗。细胞治疗。干细胞可恢复因重大疾病而损害的细胞，干细胞可恢复因重大疾病而损害的细胞，这是干细胞潜在的最大优势。这是干细胞潜在的最大优势。

82、由于丧失正常细胞功能的疾病都可以通由于丧失正常细胞功能的疾病都可以通过移植由胚胎干细胞分化来的特异组织过移植由胚胎干细胞分化来的特异组织细胞来治疗。细胞来治疗。(图，干细胞及其应用图，干细胞及其应用)如用神经细胞治疗神经变性疾病如用神经细胞治疗神经变性疾病(帕金森氏综合帕金森氏综合征、享廷顿舞蹈症、老年痴呆症等征、享廷顿舞蹈症、老年痴呆症等)；用胰岛细胞治疗糖尿病；用胰岛细胞治疗糖尿病；用心肌细胞修复坏死的心肌等。用心肌细胞修复坏死的心肌等。因为成年人的心脏和胰岛几乎没有干细胞，无法因为成年人的心脏和胰岛几乎没有干细胞，无法靠自身得到修复。可以用人体胚胎干细胞能直接靠自身得到修复。可以用人体胚

83、胎干细胞能直接分化成相应细胞进行移植。分化成相应细胞进行移植。2基因治疗基因治疗。即通过胚胎干细胞和基因。即通过胚胎干细胞和基因工程技术，矫正缺陷基因。工程技术，矫正缺陷基因。因干细胞能自我复制更新，是基因治疗因干细胞能自我复制更新，是基因治疗的理想靶细胞。将治疗基因整合到干细的理想靶细胞。将治疗基因整合到干细胞，再将干细胞移植入人体中，能够持胞，再将干细胞移植入人体中，能够持久地发挥作用，而不担心像分化的细胞久地发挥作用，而不担心像分化的细胞那样，在细胞更新中可能丢失治疗基因那样，在细胞更新中可能丢失治疗基因的结果。的结果。例如，对囊性纤维化病的治疗。例如，对囊性纤维化病的治疗。囊性纤维化病

84、是一种基因缺陷遗传病，囊性纤维化病是一种基因缺陷遗传病，30岁以前致死。若在岁以前致死。若在胚胎早期干细胞中将缺胚胎早期干细胞中将缺陷基因修正陷基因修正，再将，再将修复后的胚胎干细胞嵌修复后的胚胎干细胞嵌入胚胎中入胚胎中， 将会生出一个健康的婴儿。将会生出一个健康的婴儿。由于伦理和某些技术问题，现在还未展开由于伦理和某些技术问题，现在还未展开此类实验。此类实验。二、基础研究二、基础研究 1利用干细胞利用干细胞研究解释先天缺陷研究解释先天缺陷的产生的产生原因原因和和防治防治方法。方法。2将发育生物学与干细胞生物学相关联，将发育生物学与干细胞生物学相关联，研究干细胞生长与分化的研究干细胞生长与分化

85、的遗传控制与环遗传控制与环境条件境条件等，便于在实验室中进行干细胞等，便于在实验室中进行干细胞的培养和分化。的培养和分化。 三、癌症治疗三、癌症治疗 研究人员正试图设计多种方法，使特定研究人员正试图设计多种方法，使特定细胞能击中特定癌细胞，直接破坏或改细胞能击中特定癌细胞，直接破坏或改变癌细胞。变癌细胞。 四、我国干细胞研究概况四、我国干细胞研究概况1. 需要需要：我国人口多，需要干细胞移植：我国人口多，需要干细胞移植治疗的疾病发病率与其他国家相同。治疗的疾病发病率与其他国家相同。2. 迫切迫切：我国家庭结构以独生子女为主，：我国家庭结构以独生子女为主，能提供具有相同或相关基因组织器官的可能提供具有相同或相关基因组织器官的可能性低，因此对干细胞及其衍生组织需求能性低，因此对干细胞及其衍生组织需求量大、迫切。量大、迫切。 3. 研究与应用研究与应用：我国的干细胞研究和应用有一定基础，研我国的干细胞研究和应用有一定基础，研究和应用最多的是究和应用最多的是造血干细胞造血干细胞。如如骨髓移植治疗血液病骨髓移植治疗血液病于于20世纪世纪70年代末年代末开始，开始，90年代以来已逐步普及应用外周血年代以来已逐步普及应用外周血和和脐血干细胞脐血干细胞移植治疗血液病和肿瘤。移植治疗血液病和肿瘤。