细胞生物第十七

第十七章干细胞StemCell主要内容第一节干细胞概述第二节胚胎干细胞第三节组织干细胞第四节干细胞与医学第一节第二节第三节中英文退出第四节StemCellandTissueRegeneration第一节干细胞概述一、干细胞的存在二、干细胞的形态和生化特征三、干细胞的增殖特性四、干细胞的分化特性五、干细胞生理活动的微环境退出首页StemCellandTissueRegeneration干细胞：是一类具有自我更新和多向分化潜能的细胞。存在部位：个体发育全过程中的各种组织中。功能：生长发育、组织器官的结构和功能的动态平衡，损伤后的再生修复。一、干细胞的存在(一)干细胞(stemcell)的存在退出首页StemCellandTissueRegeneration胚胎发育和个体形成精子穿卵受精卵6周胚胎11周胚胎12周胚胎4月胚胎退出首页StemCellandTissueRegeneration1.全能干细胞（totipotentstemcell）(二)干细胞的类型早期胚胎细胞，8细胞期之前的胚胎细胞，可发育为一个完整的个体。退出首页StemCellandTissueRegeneration一、干细胞的存在有分化为成熟个体中所有类型细胞的潜能，但不能形成完整个体的早期胚胎干细胞,也称胚胎干细胞（embryonicstemcell，ES细胞）内细胞团细胞。2.多能干细胞（pluripotentstemcell）3.组织特异性干细胞（tissuespecificstemcell）概念：专能性干细胞(multipotentstemcell)、成体干细胞(adultstemcell)。功能：参与发育，并持续存在于个体的整个生命过程。实现所在组织中细胞的新旧更替，维持组织器官结构和功能的动态平衡。退出首页StemCellandTissueRegeneration一、干细胞的存在受精卵细胞团囊胚胎儿成体专能unipotency全能totipotency多能pluripoteny退出首页StemCellandTissueRegeneration胚胎干细胞的来源与早期分化退出首页StemCellandTissueRegeneration二、干细胞的形态和生化特征1.干细胞的形态特征原始细胞特征：呈圆形或椭圆形；体积小；核质比大；细胞器不发达。退出首页StemCellandTissueRegeneration二、干细胞的形态和生化特征2.干细胞的生化特性高端粒酶活性；生化标志，nestin为神经干细胞标志；生化特性用作鉴定干细胞在组织中存在和分化程度的标志。退出首页StemCellandTissueRegeneration干细胞过渡细胞分化细胞三、干细胞的增殖特征1.干细胞的增殖速率具有缓慢性退出首页StemCellandTissueRegeneration有利于干细胞对特定的外界信号作出反应。减少基因突变的危险，有更多时间校正复制错误。2.干细胞增殖系统具有很强的自稳定性自稳定性退出首页StemCellandTissueRegeneration三、干细胞的增殖特征对称分裂不对称分裂：干细胞维持自身数目恒定的基本方式干细胞的不对称分裂A．干细胞的简单不对称分裂B.干细胞的种群不对称分裂退出首页StemCellandTissueRegeneration四、干细胞的分化特征1.干细胞分化的谱系限定性　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。退出首页StemCellandTissueRegeneration退出首页StemCellandTissueRegeneration四、干细胞的分化特征2.干细胞分化的可塑性直接诱导分化（directlyinduceddifferentiation）转决定（transdetermination）转分化（transdifferentiation）去分化（dedifferentiation）。退出首页StemCellandTissueRegeneration干细胞的可塑性a.去分化；b.转决定；c.转分化；d.直接诱导分化退出首页StemCellandTissueRegeneration细胞重编程的主要策略A．体细胞核转移（SCNT）；B.细胞融合;C.iPS细胞；D.谱系转化退出首页StemCellandTissueRegeneration五、干细胞生理活动的微环境“干细胞巢”(stemcellniche)结构上是一个由干细胞及其外围细胞、参与其增殖分化调控相关因子组成，具有动态平衡特性的局部环境。退出首页StemCellandTissueRegeneration1.干细胞巢中的分泌因子是干细胞增殖分化的调控因子2.细胞间直接相互作用也是干细胞增殖分化的一种调控因素整合膜蛋白，配体与受体退出首页StemCellandTissueRegeneration五、干细胞生理活动的微环境3．整联蛋白和胞外基质参与干细胞巢的结构体系的形成整联蛋白(integrin)细胞间与细胞外基质间相互作用。维持干细胞的增殖分化和在组织中正确位置。胞外基质调节局部分泌因子浓度与整联蛋白的激活和表达。干细胞巢第二节胚胎干细胞一、胚胎干细胞的生物学特性二、胚胎干细胞的体外分化退出首页StemCellandTissueRegeneration一、胚胎干细胞的生物学特征生化特征：表达胚胎阶段特异性抗原（stage-specificembryonicantigen，SSEA）、碱性磷酸酶和端粒酶等。SSEA常作为ES细胞鉴定的一个标志。碱性磷酸酶常作为鉴定ES细胞分化与否的标志之一。1.形态和生化特征：退出首页StemCellandTissueRegeneration胚胎干细胞(embryonicstemcell，ESC)存在于囊胚期胚胎中内细胞团(innercellmass，ICM)的细胞。具有分化为任何细胞类型的潜能。体外培养的人胚胎干细胞退出首页StemCellandTissueRegeneration形态特征：圆形细胞，细胞较小，核质比高。体外抑制分化培养时呈集落样（克隆样）生长，形似鸟巢。退出首页StemCellandTissueRegenerationH9细胞的表面标志分析A：AKPB：SSEA-1C：SSEA-3D：SSEA-4E：TRA-1-60F：TRA-1-81(ThomsonJA.etal.,Science,282:1145-7,1998)2.分化潜能ESC是多能性干细胞，有分化为发育个体的任何组织细胞的潜能，即可分化为内、中、外三个胚层的细胞。退出首页StemCellandTissueRegeneration一、胚胎干细胞的生物学特征体外实验—类胚体试验：若将ES细胞在无饲养层细胞、不添加LIF或者悬滴培养时，ES细胞会自发分化并聚集形成类胚体(embryoidbody,EB)。如何评价ESC的多能性？退出首页StemCellandTissueRegeneration(DonovanPJ.etal.,Nature, 414:92-7,2001)2.分化潜能一、胚胎干细胞的生物学特征体内实验—畸胎瘤实验将ES细胞给同源动物或重症联合免疫缺陷(SCID)小鼠的皮下注射，会形成复杂的混合组织瘤(畸胎瘤)。肠样结构神经上皮骨组织软骨组织肾小球肾小管结构横纹肌退出首页StemCellandTissueRegeneration金 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 ——嵌合体试验：将小鼠ES细胞注射到胚胎的囊胚腔，ES细胞与正常胚胎嵌合形成嵌合体(chimera)并可参与形成包括生殖系在内的各个组织器官，且能产生嵌合的功能性配子。退出首页StemCellandTissueRegeneration二、胚胎干细胞的体外分化先诱导胚胎干细胞形成类胚体，然后再从类胚体中分离所需要的目标细胞，进而扩大培养和利用。退出首页StemCellandTissueRegeneration脂肪骨骼骨髓基质肌腱，韧带基因传递软骨心肌生物制药退出首页StemCellandTissueRegeneration第三节组织干细胞一、造血干细胞二．间充质干细胞三、神经干细胞四、肝干细胞五、精原干细胞退出首页StemCellandTissueRegeneration目前已分离或鉴定的组织干细胞：　造血干细胞(hematopoiesisstemcell，HSC)；　间充质干细胞(mesenchymalstemcell,MSC)；　神经干细胞(neuralstemcell,NSC)；　肝干细胞(liverstemcell)；　皮肤干细胞(epidermalstemcell)；　小肠干细胞(intestinalstemcell)；　角膜的干细胞(cornealstemcell)；　肾脏干细胞(renalstemcell)；　肌肉干细胞(myogenicstemcell)；　胰腺干细胞(pancreaticstemcell)；　肺脏干细胞(lungstemcell)。退出首页StemCellandTissueRegeneration组织干细胞示意图A．表皮组织；B.毛囊；C.小肠隐窝干细胞；D.大脑，干细胞位于室管膜或下脑室（V：脑室区；SVC：下脑室区；E：室管膜；OB：嗅觉球）；E.造血系统（HSC：造血干细胞；A：脂肪细胞；M：巨噬细胞；T-L：T淋巴细胞；B-L：B淋巴细胞；B：嗜碱性粒细胞；E：嗜酸性粒细胞；N：中性粒细胞；Er：红细胞；P：血小板；S：基质细胞；V：静脉；Art：动脉）退出首页StemCellandTissueRegeneration健康小鼠骨髓细胞悬液+受致死剂量射线照射的小鼠受照射小鼠脾内出现结节状造血灶一、造血干细胞1961年Till和McCulloch首次通过小鼠脾集落形成实验证实了造血干细胞（hematopoiesisstemcell，HSC）在成体内的存在。退出首页StemCellandTissueRegenerationA：脾内肝源性结节B：脾内肝源性结节HE染色C：脾内肝源性结节免疫组化退出首页StemCellandTissueRegeneration造血干细胞的分化造血干细胞是第一种被认识的组织特异性干细胞。主要通过表面标志来分离纯化HSCs，包括CD34+、CD38-、Lin-、HLA-等。CD34是临床上应用最多的造血干细胞标志物。退出首页StemCellandTissueRegeneration一、造血干细胞在哺乳动物发育过程中，造血干细胞依次出现于：卵黄囊→主动脉-性腺-中肾区→胎肝和脾脏→骨髓。骨髓微环境中的一些转录因子和蛋白分子对造血干细胞的移行、增殖和分化起了调控作用。形成于个体发育中的骨髓腔（marrowcavity）。特异性表面抗原有：SH2,、SH3、CD29、CD44、CD71、CD90、CD106、CD120a及CD124等。但是与造血干细胞不同，间充质干细胞不表达CD45、CD34、CD41、CD14等表面抗原。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、骨髓基质等。二、间充质干细胞退出首页StemCellandTissueRegenerationMSC地塞米松、β-磷酸甘油、Vc和含有10%FBS体外诱导分化脂肪细胞软骨细胞TGFβ3，无血清培养成骨细胞1-甲基-3-异丁基黄嘌呤、地塞米松、吲哚美辛退出首页StemCellandTissueRegeneration三、神经干细胞在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力，这些细胞被称为神经干细胞（neuralstemcells,NSC）。神经干细胞表达的一种中间纤维nestin可作为神经干细胞的特征性生物学标记。神经干细胞可以从中枢神经的嗅球、海马、下脑室、脑干、大脑等部位获得，也可以从外周神经系统如脊髓、感觉器官（嗅觉上皮和视网膜）等部位获得。退出首页StemCellandTissueRegeneration退出首页StemCellandTissueRegeneration1999年，Svendsen等用从人的胚胎中分离出神经干细胞。单个CD133+细胞克隆增值.a.神经干细胞克隆增殖.b.克隆细胞的分化能力：神经元（微管蛋白III,绿色)和星形胶质细胞(GFAP,红色).退出首页StemCellandTissueRegenerationNestin是神经干细胞的生物学标退出首页StemCellandTissueRegeneration中枢神经系统的成体干细胞分化成神经元(蓝色,左上),星形胶质细胞(棕色)，以及少突胶质细胞(蓝色，左下).人神经干细胞表达nestin(绿色).成年哺乳动物SVZ部位NSC的微环境与神经发生过程退出首页StemCellandTissueRegeneration成年哺乳动物SGZ部位NSC的微环境与神经发生过程退出首页StemCellandTissueRegeneration肝干细胞胆管细胞肝细胞肝索细胞是个体发育过程中的肝干细胞(liverstemcell)，在不同的微环境中可向胆管方向分化为胆管细胞和向中央静脉方向分化为肝细胞。四、肝干细胞退出首页StemCellandTissueRegeneration在成体肝脏中，肝干细胞可能存在于Hering管位置：即终末胆管向细胞间胆管过渡的区域，或者组成Hering管的胆管细胞就是肝干细胞。退出首页StemCellandTissueRegeneration四、肝干细胞小鼠肝干细胞系LEPCs退出首页StemCellandTissueRegeneration诱导后的小鼠肝干细胞系（LEPCs）具有成熟肝细胞的形态学特征培养在Matrigel基质胶中的LEPCs具有胆管细胞的形态特征退出首页StemCellandTissueRegeneration1.精原干细胞存在于曲细精管的基底膜。是精子发生的细胞基础退出首页StemCellandTissueRegeneration五、精原干细胞2.精原干细胞的分化具有一个复杂的调控机制A1精原细胞是精子生成过程中不可逆的调控点。退出首页StemCellandTissueRegeneration五、精原干细胞第四节干细胞与医学一、干细胞与器官和个体衰老二、干细胞与肿瘤的发生和复发三、干细胞与组织再生四、干细胞在疾病治疗中的作用退出首页StemCellandTissueRegeneration一、干细胞与器官和个体衰老衰老是组织器官中细胞更替能力的降低。随着年龄增长，组织干细胞的特性改变。骨髓造血干细胞移植病人，供体年龄越大，成功率就越低退出首页StemCellandTissueRegeneration二、干细胞与肿瘤的发生和复发肿瘤的发生被认为起源于其组织中的组织特异性干细胞的可能性较大。退出首页StemCellandTissueRegeneration肿瘤干细胞是存在于肿瘤组织中的一小部分具有干细胞性质的细胞群体，具有自我更新能力、肿瘤形成能力和分化为不同分化程度肿瘤细胞的能力，对肿瘤的发生、转移、恶化和复发起决定性作用。三、干细胞与组织再生机体修复组织器官损伤的现象叫做组织再生。在成年个体中，机体根据组织损伤程度的高低，启动不同分化等级的细胞的增殖与分化的程序，来实现其修复的需求。退出首页StemCellandTissueRegeneration四、干细胞在疾病治疗中的作用细胞治疗是将正常的干细胞或由其分化产生的功能细胞植入病变部位代偿病变细胞丧失的功能。干细胞提供了可用于移植的细胞。退出首页StemCellandTissueRegenerationRegenerationofnewtissuesfromourowncellswillnotbefarbehindScience,December6,2002:1901Stemcellsmigratetositesoforgandamageanddifferentiatetocelltypescompetenttoparticipateintissueregeneration.利用干细胞可塑性疾病的干细胞治疗策略退出首页StemCellandTissueRegeneration退出首页StemCellandTissueRegeneration克隆能给人类带来什么？克隆动物是未来的制药厂克隆爱因斯坦会懂“相对论”吗?学习目的与要求掌握干细胞的概念及基本特征。掌握胚胎干细胞的特征和分化潜能。掌握组织干细胞的概念。熟悉干细胞的可塑性。了解干细胞的医学应用。第一节第二节第三节中英文退出第四节StemCellandTissueRegeneration中英文关键词对照embryonicstemcell，EShematopoiesisstemcell，HSCinnercellmass，ICM胚胎干细胞造血干细胞内细胞团退出首页StemCellandTissueRegenerationstemcelltransdifferentiation干细胞转分化inducedpluripotentstemcellIntegrinpluripotentstemcell诱导多能干细胞，iPS细胞整联蛋白多能干细胞