干细胞概述(完整)课件.ppt

1、 干细胞干细胞 w1.干细胞干细胞(stem cell)：w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。w2.干细胞分类干细胞分类w(1)胚胎干细胞胚胎干细胞：指胚胎早期的干细胞。这类：指胚胎早期的干细胞。这类干细胞分化潜能宽，具有分化为机体任何组织细干细胞分化潜能宽，具有分化为机体任何组织细胞的能力。如囊胚期内细胞团的细胞。胞的能力。如囊胚期内细胞团的细胞。w(2)成体干细胞成体干细胞：指成体各组织器官中的干细：指成体各组织器官中的干细胞，成体干细胞具有自我更新能力，但分化潜能胞，成体干细胞具有自我更新能力，但分化潜能窄，只能分化为相应窄，只能分化为相

2、应(或相邻或相邻)组织器官组成的细组织器官组成的细胞。如神经干细胞，表皮干细胞。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 w1.组织自体稳定性组织自体稳定性：w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。w2.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w干细胞形态共性干细胞形态共性：细胞呈圆形或卵圆：细胞呈圆形或卵圆形，体积小，核质比

3、大，增殖力强。形，体积小，核质比大，增殖力强。w干细胞的固定组织位置干细胞的固定组织位置：有的干细胞：有的干细胞有固定存在部位与方式。如表皮干细胞有固定存在部位与方式。如表皮干细胞与其周围的子细胞形成与其周围的子细胞形成增殖结构单元增殖结构单元。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w端粒酶活性高端粒酶活性高：如造血干细胞具癌细胞的端：如造血干细胞具癌细胞的端粒酶活性，增殖能力强。随着增殖与分化，端粒酶活性，增殖能力强。随着增殖与分化，端粒酶活性下降。粒酶活性下降。w蛋白标志分子蛋白标志分子：不同干细胞有各异的蛋白质：不同干细

4、胞有各异的蛋白质标志分子标志分子，可作为确定干细胞位置、分离提纯，可作为确定干细胞位置、分离提纯干细胞的标志。如：巢素蛋白干细胞的标志。如：巢素蛋白神经干细胞；神经干细胞；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w1干细胞增殖速度慢干细胞增殖速度慢：细胞动力学研究：细胞动力学研究表明，干细胞的增殖速度较慢，组织中表明，干细胞的增殖速度较慢，组织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。w如小肠干细胞的分裂速度如小肠干细胞的分裂速度(Tc=11小时小时)比比过渡放大细胞过渡放大细胞(Tc24小时小时)慢一倍

5、。慢一倍。w2过渡放大细胞：过渡放大细胞：w过渡放大细胞是介于干细胞和分化细胞过渡放大细胞是介于干细胞和分化细胞之间的过渡细胞，过渡放大细胞经若干之间的过渡细胞，过渡放大细胞经若干次分裂产生分化细胞。次分裂产生分化细胞。w通过这种方式，机体可用较少干细胞获通过这种方式，机体可用较少干细胞获得较多分化细胞。得较多分化细胞。w3干细胞增殖缓慢的意义：干细胞增殖缓慢的意义：w(1)利于干细胞利于干细胞对外界信号作出反应对外界信号作出反应，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。w(2)减少基因突变的危险减少基因突变的危险。增殖缓慢使干。增殖缓慢使干细胞有时间发现并纠正处于增

6、殖周期过细胞有时间发现并纠正处于增殖周期过程中的错误。程中的错误。（二）干细胞的自稳定性（二）干细胞的自稳定性w1自稳定性自稳定性：w自稳定性是干细胞的基本特征之一。指干细胞自稳定性是干细胞的基本特征之一。指干细胞可在个体生命过程中可在个体生命过程中自我更新自我更新并并维持其自身数维持其自身数目恒定目恒定。w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。w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。w2干细胞的分裂方式干细胞的分裂方式w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

7、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 分裂分裂分化细胞分化细胞分化细胞分化细胞不对称分裂：干细不对称分裂：干细胞胞 干细胞干细胞分化细胞分化细胞分裂分裂w不对称分裂的不对称分裂的结果结果使两个子细胞一个成使两个子细胞一个成为功能专一的为功能专一的分化细胞分化细胞；另一个保持；另一个保持干干细胞细胞的特征。的特征。w 3.不对称分裂发生原因不对称分裂发生原因：w系列基因调控。系列基因调控。w细胞质物质不均等分配。细胞质物质不均等分配。w4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。w如：果蝇的如：果蝇的Insc基因是感官

8、前体细胞的不对称分基因是感官前体细胞的不对称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。w5哺乳动物的种群不对称分裂。哺乳动物的种群不对称分裂。w(1)种群不对称分裂种群不对称分裂：w哺乳动物有几种不同的哺乳动物有几种不同的干细胞群干细胞群，分裂后产生，分裂后产生不同细胞。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

9、胞祖细胞祖细胞2分化细胞分化细胞w(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：w使机体对干细胞的调控更灵活，以适应机体使机体对干细胞的调控更灵活，以适应机体的生理变化。的生理变化。w要求机体对干细胞分裂的调控更精确，以保要求机体对干细胞分裂的调控更精确，以保持干细胞数目恒定。持干细胞数目恒定。w如：正常肠腺有如：正常肠腺有250个细胞组成，如果额外多一个细胞组成，如果额外多一个干细胞，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。w(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。w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

10、过多层次多角度调控，保持自稳定性。w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。w负调控负调控：促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。w如转基因小鼠如转基因小鼠长期造血干细胞长期造血干细胞高表达高表达Bcl-2后，使后，使长期造血干细胞的数目显著增加。说明细胞凋亡长期造血干细胞的数目显著增加。说明细胞凋亡也是干细胞的调控方式。也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 w根据其分化潜能大小，干细胞可分为三根据其分化潜能大小，干细胞可分为三类。类。全能干细胞全能干细

11、胞多能干细胞多能干细胞专能干细胞专能干细胞w1全能性干细胞全能性干细胞(胚胎干细胞胚胎干细胞)：w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。w如胚胎干细胞如胚胎干细胞(ES)具有很强的分化能力，具有很强的分化能力，可无限增殖并分化为全身可无限增殖并分化为全身200多种细胞类多种细胞类型，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)w2多能性干细胞多能性干细胞：w多能干细胞具有分化出多种细胞组织的多能干细胞具有分化出多种细胞组织的潜能，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。w如骨髓多能造血干细胞，它可分化出至如骨髓多能造血干细胞

12、，它可分化出至少十二种血细胞，但不能分化出造血系少十二种血细胞，但不能分化出造血系统以外的其它细胞。统以外的其它细胞。(图 多能干细胞)w3专能性干细胞专能性干细胞(成体干细胞成体干细胞)：w专能干细胞专能干细胞(也称单能、偏能干细胞也称单能、偏能干细胞)，这类干细胞只能向一种类型或密切相关这类干细胞只能向一种类型或密切相关的两种类型的细胞分化。的两种类型的细胞分化。w如上皮组织基底层的干细胞、肌肉中的如上皮组织基底层的干细胞、肌肉中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 w1干细胞的转分化干细胞的转分化：w一种组织类型的干

13、细胞在适当条件下分一种组织类型的干细胞在适当条件下分化为另一种组织类型的细胞的过程称干化为另一种组织类型的细胞的过程称干细胞的转分化。细胞的转分化。w实验：实验：C57BL/6J成年小鼠成年小鼠 造血干细造血干细胞胞 WBB6F/J-KitW/KitW-V鼠鼠(亚致死亚致死剂量同位素照射剂量同位素照射)在在鼠鼠的神经胶质的神经胶质细胞中检测到细胞中检测到Y染色体染色体.w即即鼠的造血干细胞移植到造血干细胞移植到鼠鼠中分化为中分化为脑星形胶质细胞。脑星形胶质细胞。移植分离3天w2干细胞去分化干细胞去分化：w一种干细胞向其前体细胞的逆向转化称一种干细胞向其前体细胞的逆向转化称干细胞去分化。干细胞去

14、分化。w实验：实验：w成体鼠造血干细胞成体鼠造血干细胞 鼠卵泡的内细胞鼠卵泡的内细胞团团 表达胎鼠的珠蛋白基因表达胎鼠的珠蛋白基因参与胚胎造血系统的发育。参与胚胎造血系统的发育。注入分化状态逆转3.干细胞的可塑性干细胞的可塑性w(1)干细胞的横向分化干细胞的横向分化：w在干细胞移植时，供体干细胞在受体中通在干细胞移植时，供体干细胞在受体中通常分化为常分化为与其组织来源一致的细胞与其组织来源一致的细胞。但有。但有时供体干细胞会分化出时供体干细胞会分化出与其组织来源不一与其组织来源不一致的其它细胞致的其它细胞，这种现象称，这种现象称干细胞横向分干细胞横向分化化(trans-differentiat

15、ion)。w干细胞横向分化表明成体干细胞被移植入干细胞横向分化表明成体干细胞被移植入受体中具有很强的可塑性。为干细胞治疗受体中具有很强的可塑性。为干细胞治疗提供了可能。提供了可能。w(2)实验实验：w小鼠肌肉干细胞小鼠肌肉干细胞体外培养体外培养5天少量骨天少量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w(3)横向分化的调控机制横向分化的调控机制：w与干细胞的微环境有关。与干细胞的微环境有关。w干细胞进入新的微环境后，对分化信号干细胞进入新的微环境后，对分化信号的反应受到周围正在进行分化细胞的影的反应受到周围正在进行分化细胞的影响，

16、从而对新的微环境中的调节信号做响，从而对新的微环境中的调节信号做出反应。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 w干细胞巢干细胞巢(stem cell nich)：干细胞在组织：干细胞在组织中的居所。中的居所。w干细胞生存的微环境干细胞生存的微环境：w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。w如：如：w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

17、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 w分泌因子是由细胞自分泌或旁分泌的生长分泌因子是由细胞自分泌或旁分泌的生长因子，有的分泌因子对维持干细胞的增殖，因子，有的分泌因子对维持干细胞的增殖，分化和存活具有调节作用。分化和存活具有调节作用。w如如转化生长因子转化生长因子-和和Wnt家族的成员，在家族的成员，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wTGF(transforming growth factor)是是TGF超超家族的成员之一，具有调节细胞生长和分化的家族的成员之一，具有调节细胞生长

18、和分化的作用。作用。w因为因为TGF能使正常成纤维细胞的表型发生转能使正常成纤维细胞的表型发生转化，即在化，即在EGF同时存在时，改变成纤维细胞贴同时存在时，改变成纤维细胞贴壁生长特性而获得在琼脂中生长的能力，并失壁生长特性而获得在琼脂中生长的能力，并失去密度依赖的抑制作用，故命名。去密度依赖的抑制作用，故命名。wTGF的作用的作用：wTGF-对细胞的生长、分化和免疫功能都对细胞的生长、分化和免疫功能都有重要的调节作用。一般对有重要的调节作用。一般对间充质起源间充质起源的细胞起的细胞起刺激刺激作用，而对作用，而对上皮或神经外上皮或神经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。w如如

19、TGF-家族成员家族成员Dpp可维持果蝇雌性生可维持果蝇雌性生殖干细胞的增殖。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w(1)Wnt基因基因：wWntWnt基因最初是在小鼠乳腺癌克隆出来的基因最初是在小鼠乳腺癌克隆出来的原癌基因，因病毒基因在其旁边插入可激原癌基因，因病毒基因在其旁边插入可激活该基因，称为活该基因，称为IntInt基因基因，后发现其与果，后发现其与果蝇的蝇的无翅基因无翅基因(Wingless,wg)(Wingless,wg)高度同源，高度同源，故合称为故合称为WntWnt基因基因。w(2)Wnt信号分子信号分子：w是是Wnt基因编码的长度为基因编码的长度为3

20、50400个氨基个氨基酸的分泌型糖蛋白。它与酸的分泌型糖蛋白。它与细胞表面细胞表面及及细细胞外基质胞外基质有联系，在小范围内有联系，在小范围内(几个细几个细胞直径胞直径)起起信使信使的作用。的作用。w(3)Wnt信号途径信号途径：w是由是由Wnt参与的将信号由细胞表面传至细胞核参与的将信号由细胞表面传至细胞核内的信号传导途径。内的信号传导途径。w主要包括主要包括Wnt信号蛋白信号蛋白，跨膜受体，跨膜受体(Frizzled)，辅受体辅受体LRP(低密度脂蛋白受体有关的跨膜蛋低密度脂蛋白受体有关的跨膜蛋白白)、Dishevelled、糖原合成酶激酶糖原合成酶激酶3(GSK3)、APC、Axin、-

21、连环蛋白连环蛋白及及T细胞因子细胞因子/淋巴结淋巴结增强因子增强因子(TCF/LEF)家族转录调节因子等。家族转录调节因子等。w(4)Wnt信号途径的作用信号途径的作用：w在生物的正常发育中起重要作用，是组在生物的正常发育中起重要作用，是组织发育、分化所必需的关键信号通路。织发育、分化所必需的关键信号通路。w(5)Wnt信号途径的作用机理：信号途径的作用机理：w通过通过TCF/LEF和-cat对对C-myc的表达进的表达进行调控，即行调控，即Wnt通路的靶基因为通路的靶基因为c-myc。wTCF/LEF是是Wnt信号通路的信号通路的中间介质中间介质，可可与与-连环蛋白连环蛋白(-catenin

22、，-cat)结合成复结合成复合物，将合物，将-catenin由胞浆由胞浆核内核内。w-cat是是Wnt信号通路中最重要的信号分信号通路中最重要的信号分子。子。-cat具有两种功能：具有两种功能：细胞粘附细胞粘附及及信信号转导号转导，其，其C-端参入信号转导，端参入信号转导，N-端参端参入细胞粘附。入细胞粘附。w正常情况下，正常情况下，APC、GSK-3、Axin等调节下，等调节下，胞浆内胞浆内-catenin处于平衡状态处于平衡状态；w当Wnt因子因子与其受体结合，与其受体结合，Wnt信号传导使信号传导使GSK3被抑制，被抑制，使使-catenin不能正常水解而不能正常水解而积积累累，过量的，

23、过量的-catenin与与Lef/Tcf结合并入核，结合并入核，与DNA结合蛋白结合蛋白Tcf3结合，激活结合，激活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。w如如Tcf/Lef转录因子家族转录因子家族对上皮干细胞的对上皮干细胞的分化：分化：wTcf/Lef与与-Catenin形成转录复合物后，形成转录复合物后，促使角质细胞转化为多能状态并分化为促使角质细胞转化为多能状态并分化为毛囊。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 w如果蝇的如果蝇的Notch基因产物基因产物Notch受体。受体。Notch的配体为的配体为

24、Delta基因产物，两者均基因产物，两者均为细胞表面跨膜蛋白。两者结合后在果为细胞表面跨膜蛋白。两者结合后在果蝇蝇刚毛器刚毛器的发育中起调节作用的蛋白质。的发育中起调节作用的蛋白质。(图，果蝇刚毛图，果蝇刚毛)Notch受体受体w果蝇的每个刚毛器由一个果蝇的每个刚毛器由一个神经前体细胞神经前体细胞发育成，而发育成，而神经前体细胞神经前体细胞又是从含多个又是从含多个神经原细胞的细胞群分化出来的，这种神经原细胞的细胞群分化出来的，这种有选择地发育过程，依赖于有选择地发育过程，依赖于Notch和和Delta的基因调节。的基因调节。wNotch与其配体与其配体Delta结合后，通过细胞结合后，通过细胞

25、间相互作用，向细胞核传递抑制信号，间相互作用，向细胞核传递抑制信号，对相邻细胞对相邻细胞侧向抑制侧向抑制，只使某个神经原，只使某个神经原细胞获得较强的竞争能力，被选择发育细胞获得较强的竞争能力，被选择发育为神经前体细胞。为神经前体细胞。w即当即当Notch与其配体结合时，干细胞进行与其配体结合时，干细胞进行非分化性增殖；当非分化性增殖；当Notch活性被抑制时，活性被抑制时，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w1.胞间基质：胞间基质：即即细胞外基质，细胞外基质，指分布于细胞外指分布于细胞外空间，由细胞分泌蛋白和多糖构成

26、的网络结构。空间，由细胞分泌蛋白和多糖构成的网络结构。w2.作用：作用：细胞外基质可以将细胞粘连在一起，细胞外基质可以将细胞粘连在一起，同时还提供一个细胞外网架维持组织结构，通同时还提供一个细胞外网架维持组织结构，通过结合与传递信号分子对细胞存活、增殖、分过结合与传递信号分子对细胞存活、增殖、分化、迁移等具有重要影响。化、迁移等具有重要影响。w3.细胞外基质的种类：细胞外基质的种类：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w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w胶原

27、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。w目前发现的胶原至少目前发现的胶原至少19种。每种胶原的结种。每种胶原的结构特性均与其特定功能相适应。可形成胶构特性均与其特定功能相适应。可形成胶原纤维原纤维(、型型)、三维网络结构、三维网络结构(型型)的片层胶原。的片层胶原。w胶原是构成胶原是构成基底膜基底膜的主要成分之一，并的主要成分之一，并与细胞基质中的其它成分一起构成与细胞基质中的其它成分一起构成结构结构与功能的统一体与功能的统一体。为干细胞生存及生命。为干细胞生存及生命活动提供微环境。活动提供微环境。(2)层粘连蛋白层粘连蛋白(laminin，LN)w层粘连蛋白层粘连蛋

28、白是基膜的主要功能成分。也是是基膜的主要功能成分。也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。w在成体，它存在于上皮下和内皮下紧靠细在成体，它存在于上皮下和内皮下紧靠细胞的基底，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。w层粘连蛋白的功能：层粘连蛋白的功能：w作为基膜的主要结构成分，促进基膜组作为基膜的主要结构成分，促进基膜组装，介导细胞粘着胶原进而装，介导细胞粘着胶原进而铺展，促进铺展，促进生长生长增殖；增殖；w诱导细胞分化，是个体发生中出现最早诱导细胞分化，是个体发生中出现最早的细胞基质。如成肌细胞分化为肌细胞、的细胞基质。如成肌细胞分化

29、为肌细胞、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)w纤粘连蛋白纤粘连蛋白分分血浆血浆FN和和细胞细胞FN。w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；w细胞细胞FN存在于细胞外基质存在于细胞外基质(包括某些基膜包括某些基膜)及细胞表面。及细胞表面。w细胞细胞FN为多聚体，有为多聚体，有20种以上。是同一种以上。是同一基因的编码产物，转录后由于基因的编码产物，转录后由于RNA拼接不拼接不同形成多种同形成多种异型分子异型分子，拼接方式拼接方式依细胞类依细胞类型及发育状态而定，从而使细胞产生适合型

30、及发育状态而定，从而使细胞产生适合组织需要的组织需要的FN形式。形式。w即细胞通过控制即细胞通过控制FN RNA的的拼接方式拼接方式，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。wFN的功能的功能：主要是介导细胞粘着，以此主要是介导细胞粘着，以此调节细胞形状和细胞骨架的组装，促进调节细胞形状和细胞骨架的组装，促进细胞铺展细胞铺展、迁移、迁移，并可通过迁移途径决，并可通过迁移途径决定细胞的分化方向。定细胞的分化方向。w如沿富含如沿富含FN途径迁移的神经脊细胞最终途径迁移的神经脊细胞最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。w4.整合素整合素w

31、(1)是一种通过识别并结合相邻细胞的粘是一种通过识别并结合相邻细胞的粘附分子和细胞外基质成分，附分子和细胞外基质成分，介导细胞介导细胞-细细胞胞以及以及细胞细胞-细胞外基质间细胞外基质间的相互作用的的相互作用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。w(2)整合素对干细胞的作用整合素对干细胞的作用：是促进干细：是促进干细胞的非分化增殖。胞的非分化增殖。w(3)作用机理：作用机理：w作为作为细胞外基质的受体细胞外基质的受体，与配体结合，与配体结合后，启动胞内后，启动胞内信号传递信号传递的连锁反应，最的连锁反应，最终影响基因表达，为促进干细胞的终影响基因表达，为促进干细胞的非分非

32、分化增殖化增殖提供微环境。提供微环境。w将干细胞置于组织中的将干细胞置于组织中的正确位置正确位置，使，使干细胞维持非分化性增殖。干细胞维持非分化性增殖。w整合素是由整合素是由和和两个亚单位形成两个亚单位形成异二聚体异二聚体。已发现有已发现有16种种和和9种种亚单位，可组合成亚单位，可组合成20余种整合素。余种整合素。w与细胞外基质成分结合的整合素主要以与细胞外基质成分结合的整合素主要以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。w如当如当1丧失功能时，上皮干细胞脱离微环丧失功能时，上皮干细胞脱离微环境制约，分化成角质细胞。境制约，分化成角质细胞。w即细胞外基质通过调节即细胞

33、外基质通过调节1整合素的表达整合素的表达和激活，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。w(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：w需需2步：步：w一是整合素活化；一是整合素活化；w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。w整合素活化：整合素活化：w整合素通常不与配体结合，需要经过活整合素通常不与配体结合，需要经过活化。活化因素是外部信号的刺激，活化化。活化因素是外部信号的刺激，活化过程为过程为胞内信号外传胞内信号外传过程。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

34、外识别与结细胞外识别与结合结构域。合结构域。作用作用w整合素对细胞的作用：整合素对细胞的作用：w作用过程为作用过程为胞外信号内传胞外信号内传：w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。w如粘着斑蛋白与骨架系统的组装，激酶磷酸化如粘着斑蛋白与骨架系统的组装，激酶磷酸化等，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w活化的整合素又可失活，使粘附的细胞彼活化的整合素又可失活，使粘附的细胞彼此脱离。此脱离。w即整合素通过与细胞外基质的即整合素通过与细胞外基质的弱结合弱结合，使，使

35、细胞在不脱离粘附的情况下根据微环境，细胞在不脱离粘附的情况下根据微环境，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 w1胚胎干细胞胚胎干细胞：w从囊胚期从囊胚期(受精后受精后57天天)胚胎分离到的干胚胎分离到的干细胞称胚胎干细胞。细胞称胚胎干细胞。w2胚胎干细胞的特性胚胎干细胞的特性：w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

36、。w3胚胎干细胞的研究价值：胚胎干细胞的研究价值：w是是发育生物学发育生物学基础研究的理想模型和有基础研究的理想模型和有效工具。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w要研究胚胎干细胞，首先要获得胚胎干要研究胚胎干细胞，首先要获得胚胎干 细胞。细胞。w(一)获得途径：主要有：获得途径：主要有：从早期胚胎获得从早期胚胎获得 2.从原始生殖细胞获得从原始生殖细胞获得 3.从移植细胞从移植细胞(克隆细胞克隆细胞)获获得得w 1从早期胚胎获得从早期胚胎获得w 美国美国Thompson研究小组是从囊

37、胚期胚胎研究小组是从囊胚期胚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：w 体外受精卵体外受精卵 囊胚期囊胚期 去除去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w2从原始生殖细胞获得从原始生殖细胞获得wgearhart小组：小组：w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 获得获得5个多能干细胞系个多能干细胞系 7个月不分化个月不分化。(图，干细胞获得)w思路：原始生殖细胞是未分化细胞。思路：原始生殖细胞是未分化细胞。培养 分离培养w3体细胞移植体细胞移植w分化细胞核分化细胞核

38、(乳腺、皮肤细胞乳腺、皮肤细胞)去核卵去核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 w1.形态形态：细胞体积小，核大，：细胞体积小，核大，1多个核多个核仁。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。w2.生化特征生化特征：端粒酶活性高端粒酶活性高。w3.干细胞物理特性干细胞物理特性：w如干细胞对如干细胞对Hoechst33324和和Rhodamine 123染料不着色。染料不

39、着色。w4.干细胞表面免疫原性干细胞表面免疫原性：一般表达胚胎：一般表达胚胎早期的表面抗原，而且有种属差异。早期的表面抗原，而且有种属差异。w如小鼠胚胎干细胞表达胚胎阶段性特异抗如小鼠胚胎干细胞表达胚胎阶段性特异抗原原-1(SSEA-1)，不表达不表达SSEA-3或或SSEA-4；w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w1.借助细胞的借助细胞的生化特征及物理特性生化特征及物理特性，采用，采用荧光细胞分离器从单细胞悬液中即可分离荧光细胞分离器从单细胞悬液中即可分离纯化干细胞。纯化干细胞。w2.干细胞的理化特征与其干细胞的理化特

40、征与其分化调控分化调控有关，有关，如上皮干细胞高表达如上皮干细胞高表达1整合素，介导干细整合素，介导干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w由于干细胞数目少，应用时需先在体外由于干细胞数目少，应用时需先在体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。w不同组织来源的干细胞的培养条件不尽不同组织来源的干细胞的培养条件不尽相同。相同。w1 培养条件：培养条件：w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。w如如Brustle等在体外培养了鼠的等在体外培养了鼠的ES细胞。

41、细胞。w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。w停止供给生长因子，停止供给生长因子，ES细胞分化为寡树突细胞细胞分化为寡树突细胞或星状细胞。或星状细胞。EGF培养基FGF2+PDGFFGF2培养基w2 分化诱导分化诱导w在应用前还需依据靶组织类型对培养干细在应用前还需依据靶组织类型对培养干细胞进行定向分化诱导。胞进行定向分化诱导。w分化诱导需了解：分化诱导需了解：w干细胞发育有关的信号调节；干细胞发育有关的信号调节；w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 w胚胎干细胞是全能胚胎干细胞是全能

42、(多能多能)性干细胞，具性干细胞，具有分化为各种组织细胞的潜能。有分化为各种组织细胞的潜能。w实验实验1：移植实验移植实验w人胚胎干细胞人胚胎干细胞 小鼠体内小鼠体内 畸胎瘤畸胎瘤(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 w胚胎干细胞研究在伦理、道德和宗教方胚胎干细胞研究在伦理、道德和宗教方面遇到很大的障碍。面遇到很大的障碍。w避孕、流产和体外授

43、精在西方国家引起避孕、流产和体外授精在西方国家引起很大争议。很大争议。(一一)存在的问题存在的问题 w1.胚胎干细胞的来源是否符合法律与道德？胚胎干细胞的来源是否符合法律与道德？w2.胚胎干细胞的应用是否会引起伦理及法胚胎干细胞的应用是否会引起伦理及法律问题？律问题？w3.该项研究是否会导致人流泛滥？或导致该项研究是否会导致人流泛滥？或导致医生刻意造成胚胎流产？医生刻意造成胚胎流产？w4.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 w1.认为胚胎干细胞研究破坏人类生命，认为胚胎干细胞研究破坏人类生命，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

44、于早期胚胎。w2.天主教派极力反对胚胎干细胞研究，天主教派极力反对胚胎干细胞研究，认为用人类胚胎干细胞进行研究是一种认为用人类胚胎干细胞进行研究是一种“邪恶邪恶”。(三三)支持者的观点支持者的观点 w科学界和病人组织强烈呼吁政府支持这项科学界和病人组织强烈呼吁政府支持这项研究。研究。w2019年年4月，月，James Watson博士博士(DNA双双螺旋结构发明人、冷泉港实验室主任螺旋结构发明人、冷泉港实验室主任)倡倡导发起了由导发起了由80位诺贝尔奖获得者参加的签位诺贝尔奖获得者参加的签名运动，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 w1

45、美国总统布什美国总统布什w(1)当选总统前反对，当选后出于政治目当选总统前反对，当选后出于政治目的，同意政府的，同意政府有限支持有限支持。w2019年年8月月9日，布什作出决定，美国政日，布什作出决定，美国政府资助对府资助对2019年年8月月9日前日前得到的人体胚得到的人体胚胎干细胞研究，但胎干细胞研究，但不支持从新的胚胎中不支持从新的胚胎中获取干细胞获取干细胞的研究。的研究。w(2)同时，布什提出成立一个由同时，布什提出成立一个由科学家、科学家、医生、伦理学家、律师、神学家医生、伦理学家、律师、神学家等组成等组成的的总统生物伦理专家委员会总统生物伦理专家委员会，指导干细，指导干细胞的研究和管

46、理。由芝加哥大学生物伦胞的研究和管理。由芝加哥大学生物伦理学教授理学教授Leon Kass担任主席。担任主席。w2美国国立卫生研究院美国国立卫生研究院(NIH)w(1)美国国立卫生研究院是美国联邦政府美国国立卫生研究院是美国联邦政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。w(2)NIH的年度经费为的年度经费为204亿美元，亿美元，2000年投入干细胞研究年投入干细胞研究2.26亿美元，其中用亿美元，其中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。w(3)根据布什的决定，根据布什的决定，NIH对现存人体胚胎干细对现存人体胚胎干细胞系进行登记，认定世界上有胞系

47、进行登记，认定世界上有64个人体胚胎干个人体胚胎干细胞系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。w(4)64个人体胚胎干细胞系分布在个人体胚胎干细胞系分布在6个国家的个国家的10个机构个机构中：瑞典中：瑞典24个，美国个，美国20个，印度个，印度10个，个，澳大利亚澳大利亚6个，以色列个，以色列4个。个。wNIH试图用这些人体胚胎干细胞系完成有关人试图用这些人体胚胎干细胞系完成有关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。w3其他国家的态度其他国家的态度w(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。w(2)澳大利亚澳大利亚开始仿效

48、美国的作法，开始仿效美国的作法，有限支持有限支持人体胚胎干细胞的研究。人体胚胎干细胞的研究。w(3)法国、英国、日本法国、英国、日本允许利用允许利用多余的胚胎多余的胚胎和和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 w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。w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

49、殖和一、精原细胞的增殖和干细胞的再生干细胞的再生 w1精原细胞的形态特征：精原细胞的形态特征：w精原细胞紧贴于曲细精管的基膜，圆形精原细胞紧贴于曲细精管的基膜，圆形或卵圆形，或卵圆形，12m，核大，除核糖体外，核大，除核糖体外其它细胞器不发达。其它细胞器不发达。w2精原细胞的增殖与类型：精原细胞的增殖与类型：w精原细胞分为精原细胞分为A型和型和B型。型。wA型：型：常染色质丰富，核仁常靠近核膜，常染色质丰富，核仁常靠近核膜，根据在曲细精管局部的排列特征，又分根据在曲细精管局部的排列特征，又分为为Asingle、Apaired和和Aaligned三种类型三种类型。wB型型：分化型精原细胞。：分化

50、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w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。wA1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。wB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wAal型精原细胞型精原细胞 A