2010CB945600-组织干细胞的干性维持、分化控制和免疫调节研究

项目名称：组织干细胞的干性维持、分化控制和免

疫调节研究

首席科学家：时玉舫中国科学院上海生命科学研究

院

起止年限：2010年1月-2014年8月

依托部门：中国科学院上海市科委

一、研究内容

1、组织干细胞静息和活化状态的转换及多潜能性研究

研究干细胞静息和活化状态的转换，评价其分化的多潜能性，以认识组织干细胞的干性维持机制。拟应用已知的可能的组织干细胞的标志，制备组织干细胞遗传标记小鼠模型或进行离体标记，以显微切割系统进行单细胞水平的分离，利用已建立的组织干细胞长期培养观察系统进行培养观察，借助SOLiD TM技术平台对组织干细胞进行单细胞表达谱分析，以识别和鉴定组织干细胞，识别静息和活化的组织干细胞的特征，发现不同状态下组织干细胞的特异性分子标志，掌握静息和活化状态转换的分子机制；研究免疫因子对组织干细胞干性维持的影响及其机制；通过比较不同阶段的多潜能干细胞和单潜能前体细胞的mRNA和蛋白质表达谱以及表观遗传学谱，确定组织干细胞在遗传及表观遗传方面的特性标志，分析维持组织干细胞多潜能性的遗传和表观遗传作用机制，揭示组织干细胞干性维持的规律。

2、组织干细胞分化启动和分化定向研究

研究分化启动关键因子、抑分化因子和促分化因子平衡、免疫因子与分化的相关性、分化过程的阶段特性，以及异位再殖的分化特性。拟采用活体组织中干细胞遗传标记及其谱系示踪模型小鼠，制备组织干细胞分化模型，在不同的时间点（即不同的分化阶段）直接从活体中采取标记细胞和组织标本，采用原位和离体的方法对组织干细胞分化活动的过程及其调控进行具有时空特性的综合研究，其中包括：组织干细胞分化进程中结构空间特性的认识、不同分化阶段特征的鉴别、分化启动和分化定向关键调控因子的鉴定。在此基础上，也进行不同胚层来源的组织的组织干细胞之间的比较研究，以认识分化事件调控的基本规律。

3、组织干细胞分化的遗传及表观遗传调控机制研究

研究与组织干细胞分化相关的关键因子的遗传和表观遗传调控机制，加深对组织干细胞分化调控基本规律的认识。拟采用遗传学和表观遗传学研究体系，探讨已知的表观调控因子（包括组蛋白修饰分子、染色质重塑分子和microRNA）的生物学功能和作用机制；发现和鉴定新的表观遗传调控因子及其作用机制；研究免疫因子对组织干细胞分化的遗传及表观遗传调节的影响及其机制；运用生物信息学方法，整合不同层次的数据（mRNA、转录因子、microRNA和表观遗传

调控相关分子），探索组织干细胞分化调控规律，为干预组织干细胞的分化提供依据。

4、组织干细胞免疫调节研究

研究组织干细胞的免疫生物学特性及机体免疫因素对组织干细胞的调控。拟利用功能基因组和蛋白质基因组高通量平台分析不同状态和阶段的组织干细胞免疫相关分子表达差异，明确组织干细胞免疫相关分子及其功能的识别和鉴定标志，研究免疫因子对组织干细胞干性维持、分化和免疫功能的影响，发现关键的免疫调控因子及其作用机制。进而在组织损伤和疾病动物模型中，研究机体微环境免疫因素对植入和内在的组织干细胞的激活、动员、向损伤靶组织定向迁移、分化、生长和凋亡的作用及其机制，发现干预调控靶点。研究组织干细胞移植对组织损伤和疾病动物的免疫影响和损伤修复作用，同时也研究间充质干细胞等移植可能产生的副作用，并研究组织干细胞移植的免疫排斥及可能的干预手段，探讨组织干细胞移植修复治疗及再生医学的新策略。

二、预期目标

总体目标

以发现组织干细胞生物学的基本规律，发展精准调控组织干细胞的新策略，并将其应用于修复组织和治疗疾病为最终目标。

本着“突出我国领域优势，着重解决符合重大需求的关键问题、瞄准国际基础理论前沿”的原则，立足于中国科学院干细胞重点实验室和上海干细胞研究所，并在我们研究已取得重要突破的基础上，利用项目组具有特色的技术平台和研究体系，研究组织干细胞发育的多潜能性、分化调控过程及其与机体免疫的交互作用，多层次地分析组织干细胞干性维持，分化启动及分化调控、免疫调控等关键制动节点。以期阐明组织干细胞干性维持、分化启动和分化定向的关键分子机制，确定其干预调控靶点，深入理解组织干细胞调控网络。认识组织干细胞与机体免疫交互作用的规律，为组织干细胞安全有效地应用于组织修复和疾病治疗，提供重要理论基础和技术支撑。进一步加快我国干细胞研究与再生医学、免疫和分子遗传等领域的衔接和交叉，形成高水平的学术研究人才梯队。

五年目标与预期突破：

1、确定组织干细胞静息及活化状态的识别标志，揭示组织干细胞干性维持的规律

建立组织干细胞静息和活化状态的指纹图谱，确定组织干细胞的细胞编程差异及干细胞静息与活化状态的识别标志，发现组织干细胞共性及特性标志。研究并发现调控组织干细胞静息与活化状态的关键因子及多潜能性维持的遗传及表观遗传规律。并揭示不同组织的组织干细胞及其在体外和体内环境下干性维持的异同。通过对组织干细胞活化异常的干预研究，为干细胞疗法提供新的药物靶标。

2、发现组织干细胞分化启动和分化定向的关键调控因子，明晰组织干细胞分化途径

建立组织干细胞的遗传标记和分化谱系示踪的技术体系，实现分化阶段的划分及其mRNA、microRNA和蛋白质水平指纹图谱的建立，发现分化启动及其后续各主要分化阶段的关键调控因子，并绘制可以反映主要分化方向和主要分化等级的分子“分化树”，以丰富组织干细胞的分化过程及其分化调控分子基础方面的

知识体系，进而为活体中组织干细胞分化行为人为干预体系的建立提供理论基础。

3、阐明组织干细胞分化的遗传和表观遗传调控机制，认识组织干细胞分化调控规律

阐明与组织干细胞分化相关的关键因子的遗传和表观遗传调控机制；发现和鉴定新的表观遗传调控分子；整合不同层次的数据（mRNA、转录因子、microRNA 和表观遗传调控相关分子），认识组织干细胞分化调控网络。为干预组织干细胞的分化提供依据。

4、阐明组织干细胞与机体免疫因素的相互作用影响，提供组织干细胞移植治疗的免疫评价指标和免疫调节新策略

筛选并确定组织干细胞特异性表达的免疫相关分子，建立组织干细胞免疫学功能的识别鉴定体系，发现调控组织干细胞免疫功能的关键因子。建立研究组织干细胞迁移的技术体系，认识组织干细胞迁移的特征。阐明组织干细胞与机体免疫因素的相互作用及其分子机制，发现免疫干预调节的关键靶点，提供免疫调节新策略。

基于以上目标，本项目将发表SCI收录的学术论文100篇以上，其中在相关领域的国际权威刊物上发表论文30篇以上，申报发明专利30项，取得具有国际影响的原创性成果3-5项，培养硕博士研究生30-50名；并形成组织干细胞领域的杰出人才梯队。

三、研究方案

学术思路

本项目针对制约组织干细胞研究和应用的理论瓶颈问题，以“确定组织干细胞静息状态、活化状态及分化过程的识别标志、揭示组织干细胞干性维持的规律、认识组织干细胞分化启动和分化定向的机制、阐明组织干细胞分化的调控网络及其遗传和表观遗传机制和建立组织干细胞移植修复治疗中免疫影响的评价和调控体系”为研究目标，集成细胞和分子生物学、表观遗传学、基因组学、转录组学、蛋白质组学及生物影像学、免疫学、生物信息学等优势学科力量，开展多学科交叉综合性研究，集中攻关关键科学问题。依据组织干细胞生物学活动的过程，以研究组织干细胞静息和活化状态的转换及多潜能性为起点，探索组织干细胞分化启动和分化定向的关键分子和靶点、分化调控网络及其遗传和表观遗传调控机制，进而研究组织干细胞与机体免疫的相互作用，以深入理解组织干细胞分化调控的基本规律以及组织干细胞移植的免疫调控机制，为组织干细胞临床应用奠定重要理论基础。

技术途径

1.利用相关组织干细胞的分子标志，建立组织干细胞遗传标记的基因工程小鼠

品系，以形成活体组织遗传标记和分化谱系示踪的研究平台。

2.采用已建立的细胞显微成像技术、单细胞激光捕获技术和单细胞表达谱研究

分析平台系统，在单细胞水平对组织干细胞进行识别鉴定、静息与活化状态转换和多潜能性维持机制的研究。

3.利用组织干细胞遗传标记的基因工程小鼠品系，制备相应的分化模型，在不

同的时间点直接从体内采取标记细胞及相应的组织标本进行mRNA、microRNA、蛋白质、细胞及组织水平的分析。进而利用RNA干扰和基因敲除的技术体系，研究所发现的关键分子在组织干细胞分化中的作用。

4.采用ChIP-chip (seq)、MeDIP-chip (seq)技术和microRNA深度测序技术分析

不同组织干细胞表观遗传差异，建立它们的表观遗传指纹图谱，进而达到对其进行识别和鉴定的目的。

5.通过DNA甲基化检测、染色质免疫共沉淀、组蛋白密码分析、染色质重塑

分子基因敲除等方法，探讨DNA甲基化、组蛋白修饰和染色质重塑等表观

遗传调控在组织干细胞分化中的作用。

6.运用生物信息学方法，整合不同层次的数据（mRNA、转录因子、microRNA

和表观遗传调控相关分子），认识组织干细胞分化相关的调控网络。

7.利用功能基因组和蛋白质组高通量分析平台，建立组织干细胞免疫学功能的

识别鉴定体系。运用趋化因子及其受体分析平台，研究组织干细胞的迁移特征与分子调控机制。

8.利用多种组织损伤和疾病动物模型，研究组织干细胞移植的免疫影响和损伤

修复作用，同时研究组织损伤和疾病状态时，机体免疫因素对组织干细胞的免疫相关分子表达、动员、激活、趋化迁移、分化、生长和凋亡等的影响。

以上各研究内容相对独立，而同时密切配合，交叉互用，形成一个有机整体。创新点和特色：

本项目针对组织干细胞的干性维持、分化启动、分化定向和组织干细胞与机体微环境之间的相互影响等关键科学问题进行系统研究，其在理论上和技术上的创新与特色，主要体现在以下几个方面：

1、静息状态组织干细胞的基本特性。采用已建立的组织干细胞遗传标记技术体系，结合先进的细胞成像技术、单细胞激光捕获技术，以及SOLiD TM单细胞表达谱研究分析平台系统，构建静息与活化状态的组织干细胞的指纹图谱，探寻可用于其识别和鉴定的特异性分子标志，以此进一步探讨和阐明组织干细胞静息和活化状态相互转换和组织干细胞多潜能性维持的分子基础与调控机制。同时结合上述研究，采用组织干细胞体外培养体系，进一步探讨组织干细胞体内及体外的生物学行为异同性。

2、活体组织干细胞分化行为的时空特性。采用基于Cre-loxP的基因工程小鼠技术体系，进行组织干细胞活体内遗传标记，及其后续分化谱系的示踪。并采用原位和离体的分析技术，建立不同分化阶段的指纹图谱，探寻组织干细胞分化启动和分化定向的关键调控因子，绘制组织干细胞“分化树”，从时间和空间的角度，解析组织干细胞分化过程及其调控作用的分子基础。同时也进行体外组织干细胞分化的研究，进一步分析组织干细胞体内、体外分化行为的特点。

3、组织干细胞分化调控的基本规律。采用遗传学、表观遗传学和生物信息学的研究体系，探讨调控组织干细胞分化启动和分化定向等的关键因子及作用机制。进而整合不同角度的研究数据（mRNA、转录因子、microRNA和表观遗传

调控相关分子），认识组织干细胞分化调控网络，探索组织干细胞分化调控机制的基本规律，为干预组织干细胞分化提供依据。

4、组织干细胞与机体微环境的交互作用。结合研究组织干细胞对机体修复和免疫调控作用，同时观察机体局部微环境对前者分化发育和功能的调控影响，是本项目的又一新特色。在此基础上，进一步围绕免疫微环境对组织干细胞的迁移和募集作用，研究病生理状态下，趋化因子及其受体以及黏附分子等对组织干细胞的动员和招募调控机制，构建组织干细胞趋化因子受体表达谱，以此进一步分析组织干细胞的靶向趋化效应。

通过上述几个关键问题的研究，若达预期目标，本项目不仅突显了在组织干细胞生物学研究领域的原创性，也将丰富和充实干细胞生物学的知识体系，为组织干细胞在细胞治疗和再生医学中的应用奠定新的理论基础。

可行性分析

本项目依据组织干细胞最新研究动态和发展前景，立足于已有工作基础和技术平台，围绕“组织干细胞的干性维持、分化控制及免疫调节”的重大科学问题，经过充分科学论证，展开系统研究，从而保证该项目的立项和实施的可行性。

1、研究队伍：本项目组成员均为来自国家及部门干细胞等重点实验室的科研一线优秀中青年专家，已在干细胞、免疫学、细胞和分子生物学以及结构和功能基因组学研究等方面取得了具有国际影响力的学术成绩。拟推荐的首席科学家时玉舫教授是中央组织部首批“引进海外高层次人才”，各课题负责人也都在组织干细胞领域有突出成就，承担和完成了多项国家、省部级的相关研究课题，有深厚的研究造诣和丰富的课题管理经验。

2、工作积累：本项目组成员多年从事干细胞及相关领域的系统研究，具有较丰富的工作积累和取得了一批重要的创新突破，为本项目的实施奠定了坚实的基础。在国际上首次分离培养了鼠肝干细胞系，证明了其具有肝向和胆向分化的潜能，以及再殖损伤肝脏的能力（Stem Cells. 2006, 24: 322），在此基础上，进一步发现和提出了其肝向分化启动的“开关效应”学说；首先在侧脑室的室管层中发现了处于分化上游（静息活化期）的神经干细胞的存在，并确定其特异性的分子标志（Proceedings of the National Academy of Sciences. 2008, 105: 1026)；采用构建基因剔除动物模型和基因芯片等方法，发现了一批干性维持、自我更新和分化相关基因（Blood.2009, 113: 1455；Frontiers in Bioscience. 2007, 12: 1691；

Journal of Cellular Biochemistry. 2009, 106: 16）。发现人的胚胎干细胞的基因拷贝数指纹图谱在体外培养和分化中可以保持稳定（Stem Cells. 2008, 26: 1484）。这些工作积累为本项目的课题设定和深入研究提供了科学保障。

发现影响不同的人胚胎干细胞株分化方向的不同表观遗传特征（Proceedings of the National Academy of Sciences. 2007, 104: 13821）。利用遗传和表观遗传技术平台，揭示了细胞凋亡调控基因TIP30调控下游基因表达的分子机制（Hepatology. 2008, 48: 265；Cancer Research. 2008, 68: 4133；Clinical Cancer Research. 2008, 14: 7405）。通过对神经元中甲基化CpG结合蛋白MeCP2的功能研究，首次确定其结合靶基因—脑源性神经营养因子基因BDNF（Science. 2003, 302: 890）。这些表观遗传领域的研究成果为本项目的实施提供了丰富知识积累。

首先发现间充质干细胞免疫调控的体内作用机制（Cell Stem Cell.2008, 2: 141）及免疫因子诱导干细胞产生细胞生长因子（Stem Cells. 2009, In press）促进了对干细胞的全新认识。早在1989年即提出了激活诱导细胞死亡的重要学说（Nature. 1989, 339: 625）。首次成功地在体外用胚胎肝造血干细胞诱导分化了树突状细胞（dendritic cells，DC），并发现胚胎时期DC和自然杀伤细胞（natural killer cell，NK）细胞分化途径和可逆性转变及其关键调控因子（Blood. 2000, 95: 138）。首先通过趋化因子直接招募大量DC前体细胞以制备疫苗，开拓了趋化因子研究的新领域（Journal of the National Cancer Institute.2004, 96: 201；Journal of Leukocyte Biology. 2008, 84: 1549）。发现骨髓干细胞移植后的GVHD 病程发展与异体反应T细胞表达的趋化因子受体的调控作用密切相关（Journal of Immunology. 2008, 181: 7581）。这些是组织干细胞免疫特性及其与机体免疫交互影响研究的重要学术思想源泉和进一步取得创新突破的基石。

在生物信息学方面，建立了多种生物信息学模型(Bioinformatics.2003, 19: 2161 )，并将生物学信息学成功地应用到了生物具体问题中(Journal of Biological Chemistry. 2004, 279: 2719；Human Mutation. 2009, In press等)。这些为本项目的跨学科合作提供了经验和基础。

3、技术平台和仪器设备：本项目组拥有较成熟的技术平台和先进的仪器设备。如基于转基因/基因剔除模型、RNA干扰技术、自动DNA测序仪和高通量芯片的基因功能组学平台；原位遗传标记技术、单细胞水平高通量显微分离和SOLiD TM单细胞表达谱研究平台；DNA甲基化分析系统、ChIP-chip (seq)、

MeDIP-chip (seq)技术和microRNA深度测序技术；活体荧光成像仪，激光共聚焦显微镜、投射/扫描电镜等细胞影像分析平台；多色高速流式细胞仪、SPF级的动物研究室、干细胞培养室。

4、组织形式：瞄准战略目标，追求持续发展，开展系统化研究。项目组织管理和运作体制分项目和课题两个层次。项目设一名负责人，负责整个项目的组织和实施。项目负责人聘请各相关科学领域成就卓著的专家组成项目专家组，参与项目的组织、运行领导和管理，协助项目负责人，审核和确定项目的学术思想、技术路线以及研究计划，指导协调各课题的工作，督促并考核各课题的进展情况。实施整体性运作方案，集成发展技术平台，充分发挥项目各课题组及承担单位的学科优势和关键研究实力，形成功能配套、布局合理、机制灵活、锐意进取的研究体系。

各课题间的关系

根据本项目的总体研究方案，以研究组织干细胞的干性维持、分化过程及其与机体免疫的交互作用为核心，针对关键问题选择突破点，将项目设臵为四个课题。课题一，利用活体内干细胞遗传标记和分化谱系示踪技术以及单细胞分离和分析平台系统，建立静息及活化的组织干细胞的分子标志系统，研究调控组织干细胞静息与活化状态转换和多潜能性维持的机制，揭示组织干细胞干性维持的规律；课题二，利用特定的分化模型，研究组织干细胞分化启动及其分化定向的分子基础，探索关键因子在分化命运决定中的作用；课题三，利用染色质免疫共沉淀芯片、甲基化DNA免疫沉淀芯片等技术，研究组织干细胞分化调控的遗传和表观遗传调控机制，并利用生物信息学手段，构建组织干细胞的调控网络模型，阐明组织干细胞分化的规律；课题四，利用活体示踪体系及组织损伤和疾病动物模型，研究组织干细胞体内迁移模式、组织干细胞与机体免疫系统的交互作用及调控靶点，并进一步探讨组织干细胞移植治疗和再生医学的新策略。

课题1 ：组织干细胞静息和活化状态的转换及多潜能性研究

研究目标：

本课题拟利用高分辨率显微分离系统、活细胞显微成像和单细胞深度测序技术，对组织干细胞进行单细胞分离和表达谱分析，以识别和鉴定组织干细胞的静息与活化状态，建立指纹图谱，进而建立静息和活化的组织干细胞的分子标志系

统；比较肝脏、间充质、神经和乳腺等不同组织的组织干细胞共性与特性。进行mRNA和蛋白质表达谱以及表观遗传学谱分析，揭示组织干细胞在静息和活化状态之间转换和多潜能性维持的关键因子及其作用机制。进一步还将研究不同组织的组织干细胞及其在体外和体内环境下干性维持的异同。本课题将为调控组织干细胞的静息和活化状态提供理论基础，并为干细胞替代疗法和药物研发提供新思路。

研究内容：

研究干细胞静息和活化状态的转换，评价其分化的多潜能性，以认识组织干细胞的干性维持机制。拟应用已知的可能的组织干细胞的标志，制备组织干细胞遗传标记小鼠模型或进行离体标记，以显微切割系统进行单细胞水平的分离，利用已建立的组织干细胞长期培养观察系统进行培养观察，借助SOLiD TM技术平台对组织干细胞进行单细胞表达谱分析，以识别和鉴定组织干细胞，识别静息和活化的组织干细胞的特征，发现不同状态下组织干细胞的特异性分子标志，掌握静息和活化状态转换的分子机制；研究免疫因子对组织干细胞干性维持的影响及其机制；通过比较不同阶段的多潜能干细胞和单潜能前体细胞的mRNA和蛋白质表达谱以及表观遗传学谱，确定组织干细胞在遗传及表观遗传方面的特性标志，分析维持组织干细胞多潜能性的遗传和表观遗传作用机制，揭示组织干细胞干性维持的规律。

经费比例：20%

承担单位：同济大学

课题负责人：刘小青

学术骨干：吴昊、陈炳官、袁琼兰、罗玉萍、杨胜东、李惠萍

课题2 ：组织干细胞分化启动和分化定向的研究

研究目标：

本课题拟采用组织干细胞的遗传标记和分化谱系示踪的手段，利用特定的分化模型，在不同的时间点上直接采取标记细胞和组织标本，从RNA、microRNA、蛋白质、细胞和组织等不同层面或角度，对组织干细胞分化启动及其分化定向的分子基础进行探讨，发现决定分化命运的关键分子及其相互关系，并绘制反映主要分化方向和分化等级的分子“分化树”，以丰富组织干细胞生物学中关于分化启

动与分化定向的调控机制、分化阶段的判断，以及组织干细胞异位分化的调控因素等方面的知识体系。

研究内容：

研究分化启动关键因子、抑分化因子和促分化因子平衡、免疫因子与分化的相关性、分化过程的阶段特性，以及异位再殖的分化特性。拟采用活体组织中干细胞遗传标记及其谱系示踪模型小鼠，制备组织干细胞分化模型，在不同的时间点（即不同的分化阶段）直接从活体中采取标记细胞和组织标本，采用原位和离体的方法对组织干细胞分化活动的过程及其调控进行具有时空特性的综合研究，其中包括：组织干细胞分化进程中结构空间特性的认识、不同分化阶段特征的鉴别、分化启动和分化定向关键调控因子的鉴定。在此基础上，也进行不同胚层来源的组织的组织干细胞之间的比较研究，以认识分化事件调控的基本规律。

经费比例：25%

承担单位：中国人民解放军第二军医大学、上海交通大学

课题负责人：胡以平

学术骨干：诸江、谢志芳、余宏宇、陈美珏、李文林

课题3 ：组织干细胞分化的遗传和表观遗传调控机制研究

研究目标：

阐明与组织干细胞分化相关的关键因子的遗传和表观遗传调控机制，发现和鉴定新的表观遗传调控分子，整合不同层次的数据（mRNA、转录因子、microRNA 和表观遗传调控相关分子），构建不同胚层来源的组织的组织干细胞分化调控网络模型，为干预组织干细胞的分化提供依据。

研究内容：

研究与组织干细胞分化相关的关键因子的遗传和表观遗传调控机制，加深对组织干细胞分化调控基本规律的认识。拟采用遗传学和表观遗传学研究体系，探讨已知的表观调控因子（包括组蛋白修饰分子、染色质重塑分子和microRNA）的生物学功能和作用机制；发现和鉴定新的表观遗传调控因子及其作用机制；研究免疫因子对组织干细胞分化的遗传及表观遗传调节的影响及其机制；运用生物信息学方法，整合不同层次的数据（mRNA、转录因子、microRNA和表观遗传调控相关分子），探索组织干细胞分化调控规律，为干预组织干细胞的分化提供

依据。

经费比例：20%

承担单位：中国人民解放军第二军医大学、中国科学院上海生命科学研究院

课题负责人：赵健

学术骨干：沈百荣、张岩、陆斌、刘祖梅、周娟、王建永

课题4 ：组织干细胞免疫调节研究

研究目标：

本课题拟着重研究组织干细胞与机体免疫的交互作用及其分子机制。基于已建立的功能基因组和蛋白质组高通量技术平台，筛选并明确不同阶段组织干细胞免疫识别相关的特异性分子标志，发现调控组织干细胞免疫功能的关键因子；采用细胞示踪技术，研究组织干细胞的体内迁移模式；在组织损伤和疾病动物模型体内研究免疫因素与组织干细胞的交互作用及其影响。以期建立组织干细胞免疫学功能的识别鉴定体系和组织干细胞迁移及功能示踪的技术体系，阐明组织干细胞的免疫调控分子机制，发现干预调节的新靶点和提供免疫调控的新策略。

研究内容：

研究组织干细胞的免疫生物学特性及机体免疫因素对组织干细胞的调控。拟利用功能基因组和蛋白质基因组高通量平台分析不同状态和阶段的组织干细胞免疫相关分子表达差异，明确组织干细胞免疫相关分子及其功能的识别和鉴定标志，研究免疫因子对组织干细胞干性维持、分化和免疫功能的影响，发现关键的免疫调控因子及其作用机制。进而在组织损伤和疾病动物模型中，研究机体微环境免疫因素对植入和内在的组织干细胞的激活、动员、向损伤靶组织定向迁移、分化、生长和凋亡的作用及其机制，发现干预调控靶点。研究组织干细胞移植对组织损伤和疾病动物的免疫影响和损伤修复作用，同时也研究间充质干细胞等移植可能产生的副作用，并研究组织干细胞移植的免疫排斥及可能的干预手段，探讨组织干细胞移植修复治疗及再生医学的新策略。

经费比例：35%

承担单位：中国科学院上海生命科学研究院、中国人民解放军第二军医大学

课题负责人：时玉舫

学术骨干：张雁云、杜艳芝、卫立辛、张晓玲、于凤海、金敏、刘强

四、年度计划

干细胞分化调控机制研究的新进展

干细胞分化调控机制研究的新进展 柳翠华 药营11302班 摘要：干细胞具有自我更新和多向分化潜能，使之成为再生医学、组织工程和创伤修复等研究领域的热点。明确干细胞分化调控机制是干细胞应用的重要前提和理论基础，现对近期干细胞分化调控研究进展作一综述，包括胚胎干细胞分化调控机制研究，成体干细胞分化调控机制的研究领域的新进展。 关键词：干细胞调控转录细胞分化 干细胞分类 干细胞理论上具有无限分裂能力，在特定条件下，可分化成特定组织。 如下图所示： 全能性干细胞多能性 干细胞 造血干 细胞 特定功能性 干细胞 红细胞，白细胞，血小板 神经干细胞，皮肤干细胞，胰脏， 心脏等器官或组织之干细胞 淋巴细胞和淋巴杀伤细胞（LK）

干细胞按其分化潜能的大小，可分为３型：全能干细胞，具有分化为几乎所有组织和器官的能力；多能干细胞，具有分化出多种组织和器官的潜能；专能干细胞。 根据干细胞分化阶段的不同，大致分为胚胎干细胞（ｅｍｂｒｙｏｎｉ

ｃｓｔｅｍｃｅｌｌ，ＥＳＣ）和成体干细胞（ａｄｕｌｔｓｔｅｍｃｅｌｌ，ＡＳＣ）。胚胎干细胞主要包括受精卵分裂发育成囊胚时内层细胞团，以及从早期胎儿生殖嵴分离得到的胚胎生殖嵴细胞，这两种细胞均具有全能性，可分化为各种类型的体细胞，甚至可独立地产生完整的机体。成体干细胞存在于成人的各种组织中，参与组织更新、创伤修复等过程。它能进行“横向分化”（或称其为“可塑性”），即由一种组织的成体干细胞分化成其它组织细胞。目前研究较多的成体干细胞有：神经干细胞（ＮＳＣ）、造血干细胞（ＨＳＣ）、间充质干细胞（ＭＳＣ）、表皮干细胞、肝干细胞、胰腺干细胞、心肌干细胞、视网膜干细胞、角膜干细胞等。 一.胚胎干细胞分化调控机制研究 1.胚胎干细胞（ＥＳ细胞）诱导分化的研究 ＥＳ细胞分化的实质是胚胎发育过程中特异蛋白质的合成。而任何特异蛋白质都是由它相对应的特异基因所决定，细胞分化可归结为基因组中的特定基因按一定顺序相继活化和表达［１］。ＥＳ细胞能够在机体外保持未分化状态是因为有分化抑制因子的存在，如ＬＩＦ、ＤＩＡ等。在缺乏分化抑制因子的条件下，ＥＳ细胞分化为各种细胞。 ＥＳ细胞定向诱导分化的途径可概括为三种：细胞／生长因子诱导法、转基因诱导法及细胞共培养法。 细胞／生长因子诱导ＥＳ细胞分化法主要的因子包括：维甲酸（ＲＡ）、骨形态发生蛋白（ＢＭＰｓ）、成纤维细胞生长因子（ＦＧＦｓ）等。ＲＡ是一种强烈的神经分化诱导剂，它主要通过细胞表面受体ＲＡ受体起作用。ＲＡ受体有两类：ＲＡＲｓ和ＲＸＲｓ，但具体通过那种受体起作用尚不清楚。Ｗｉｌｓｏｎ等［２］证实，ＦＧＦ信号可以通过抑制ＢＭＰｓ表达，从而促进胚胎发育产生神经细胞，Ｘｕ等［３］研究证明ＢＭＰ－４可以诱导人ＥＳ细胞分化。越来越多的研究证明多种细胞因子共同作用促进ＥＳ细胞定向诱导分化的效率更高，只要在应用这些因子组合时确保它们的诱导分化方向一致。 转基因诱导ＥＳ细胞分化法：利用某种合适的病毒作为载体将需要的细

胚胎干细胞的体外诱导分化模型

胚胎干细胞的体外诱导分化模型马宗源　李祺福(厦门大学生命科学学院福建厦门361005) 胚胎干细胞是具有全能性及无限制的自我更新与分化能力的一类特殊的细胞群体,它能通过祖细胞为中介,分化为各种类型的体细胞,可重演体内干细胞的分化过程。自80年代从小鼠囊胚的内细胞团分离到胚胎干细胞并建系到现在已建立了神经细胞、肌肉细胞、上皮细胞、造血细胞等体外分化体系。将胚胎干细胞体外分化成为可利用的分化模型,无论从组织结构、细胞及分子水平都体现了体内分化过程的体外重演,再加上胚胎干细胞系具有体系简单,影响因子少,可控制,便于研究等特点,因此可用于研究早期胚胎发育和细胞分化调控;可成为器官移植和修复器官的细胞来源;还可用于新型药物筛选。 1　胚胎干细胞的生物学特性 胚胎干细胞具有与早期胚胎相似的结构特征,具有较高的核质比和整倍体核型。体外培养的细胞紧密堆积,呈克隆状生长,具有发育分化的多潜能性和无限制的自我更新能力,碱性磷酸酶染色呈阳性,具有高的端粒酶活性,早期胚胎细胞均表达胚胎阶段特异性抗原SSEA-1、SSEA-3、SSEA-4、T RA-1-81、T R A-1-60等;表达种系转录因子OCT-4,并且可将O CT-4基因作为细胞多能性的一个标志;白介素6型细胞因子家族参与维持调节胚胎干细胞未分化状态。 胚胎干细胞建系的过程中要解决的问题在于体外不断增殖的过程中保持未分化的状态,但是细胞如何维持其未分化状态的机理并不清楚。研究发现主要是通过膜上的特异受体蛋白gp130来发挥作用,细胞因子受体蛋白g p130可激活JA N U S、酪氨酸激酶,JA K-ST A T、M EK/M A P K等信号途径,而JAK/ST A T3和M EK/ ERK信号途径则处于相对平衡的状态。另外,一些未知的膜结合分子也参与胚胎干细胞的增殖与分化。分离纯化及鉴定调节细胞的自我更新及分化的未知分子已成为研究的热点。 2　胚胎干细胞为基础的分化模型 胚胎干细胞要维持其未分化的状态,需要在胚胎饲养层中加入分化抑制因子。一旦改变了维持胚胎干细胞未分化状态的条件,胚胎干细胞首先形成胚胎小体,胚胎小体有外中内三胚层,继续分化可形成多种类型的细胞。在体外分化培养时,可自发形成有节律性跳动的心肌细胞,同时还形成骨骼肌、神经细胞、上皮细胞等。由于体外胚胎细胞可重演体内胚胎细胞的发育过程,并且基因的表达时相与体内的胚胎发育过程是相似的,在这一过程中加入外源的诱导分化因子并与相关的调控基因结合,可使胚胎干细胞分化为各种类型的细胞。现在已初步建立了神经细胞、肌肉细胞、上皮细胞和造血细胞等体外分化模型。 2.1　神经细胞　体外培养胚胎干细胞可模拟从未定型细胞向功能性神经元转化的过程,并且其基因的表达时相与体内的胚胎发育过程相似。在分化的早期表达N FL、N F M基因,后期则表达N eur ocan基因。维甲酸及神经生长因子可诱导胚胎干细胞定向分化为神经细胞,是常用的诱导分化物,它能上调神经元特异基因的表达,同时下调中胚层基因的表达。将神经元特异的SOX2基因转进胚胎干细胞,再经维甲酸诱导,可表达90%以上的具有神经元标志的神经细胞。可能是外源基因和维甲酸同时拮抗分化抑制因子的作用,阻碍细胞向其他的方向分化,迫使其向神经元的方向分化。维甲酸能诱导胚胎干细胞分化为C-氨基丁酸能和多巴胺能神经元,而维甲酸分别结合无血清培养基和含胎牛血清的培养基培养胚胎干细胞后发现,采用无血清培养时,几乎检测不到分化的多巴胺能神经元的存在;但在有血清培养时,却能检测到大量的多巴胺神经元。这暗示血清中的某些未知的因子和维甲酸共同起到定向诱导分化 化为特定组织细胞,将这些细胞回输体内,从而达到长期治疗的目的。干细胞的医学应用还包括体外克隆人体器官,然而这比体内移植干细胞要复杂的多。相信随着研究的不断深入,来自人体干细胞的器官应用于临床治疗已为期不远。干细胞研究与应用不仅在疾病治疗方面有着极其诱人的前景,而且将对克隆动物,转基因动物生产,发育生物学,新药物的开发与药效、毒性评估等领域产生极其重要的影响。 参考文献 　1　Th omson J A,Itsk ovitz-Eldor J os eph,Shapiro S S,et al. Em bryonic s tem cell lin es d erived from human b las tocysts.S cience,1998,282:1145—1147. 　2　Sh amb lott M J,Axelman J,W ang S,et al.Derivation of Plurip otent stem cells from cultured human primordial germ cell.Proc Natl Acad S ci U SA,1998,95:13726—13731. 　3　Jack son K A,M i T,Goodell M A.Hematopoietic potential of s tem cells isolated from murie s keletal mus cle.Proc Natl Acad Sci USA,1999,96:14482— 14486. 　4　裴雪涛.干细胞研究现状与展望.高技术通讯,2001, (6):93—95. (BH)

胚胎干细胞的归类

胚胎干细胞的归类 干细胞按分化潜能可分为全能干细胞、多能干细胞和专能干细胞三类，对于胚胎干细胞和造血干细胞各属于哪一类，不同的教材和资料说法不同。新课标人教版必修1教师教学用书P31“胚胎干细胞分裂速度快，并且有产生多种分化细胞类型的潜力，因此，它们也被称为多能干细胞。”选修3教师教学用书P73“全能干细胞是可以发育成一个完整个体的未分化细胞，如受精卵。多能干细胞是指能分化成除胎盘之外所有其它组织细胞的未分化细胞，如ES细胞（胚胎干细胞），他的分化能力仅次于受精卵。专能干细胞是指与特定器官和特定功能相关的一类干细胞，如神经干细胞、造血干细胞等。”从中不难看出，胚胎干细胞和造血干细胞分别属于多能干细胞和专能干细胞。 而苏教版教材上是这样解释的：“专能干细胞只能分化成一种类型或功能密切相关的两种类型的细胞，如上皮组织基底层的干细胞、肌肉中的成肌干细胞；多能干细胞具有分化成多种细胞或组织的潜能，但失去了发育成完整个体的能力，如造血干细胞等；全能干细胞可以分化为全身200多种细胞，如神经细胞，并进一步形成机体的所有组织、器官，如胚胎干细胞。” 再看中图版教材上的描述：“全能干细胞具有形成机体的任何组织或器官，直至形成完整个体的潜能。受精卵便是一个最初的全能干细胞，它可以分化出许多全能干细胞，如胚胎干细胞。提取这些细胞中的任意一个置于子宫内，就可以发育出一个完整的个体。多能干细胞具有分化出多种组织的潜能，但不能发育成完整的个体，如骨髓造血干细胞可以分化出至少12种血细胞。专能干细胞只能分化成某一类型的，如神经干细胞只可分化出各类神经细胞。” 从苏教版和中图版教材的内容中可以看出，胚胎干细胞是全能干细胞，造血干细胞是多能干细胞，这和人教版教师教学用书上的叙述相矛盾，和人

胚胎干细胞体外诱导分化综述

胚胎干细胞体外诱导分化综述 摘要：由于胚胎干细胞具有自我更新、高度增值和多向分化的潜能，因此，自20世纪90年代开始，对胚胎干细胞的研究成为生物学领域和医药工程领域研究的一个焦点。本文从胚胎干细胞的分离、体外诱导胚胎干细胞的原理和定向分化的机制、胚胎干细胞体外诱导的方法、定向分化的细胞、应用前景和研究存在的问题对胚胎干细胞进行综述。 关键词：胚胎干细胞；体外培养；诱导分化；应用 干细胞是一种具有多分化潜能和自我更新功能的早期未分化细胞。在特定条件下，它可以 分化成不同的功能细胞，形成多种组织和器官，它包括胚胎干细胞和成体干细胞。前者指早期胚胎的多能干细胞，后者是存在于胎儿和成体不同的组织内的多潜能干细胞这些细胞具有自我复制能力，并产生不同种类的具有特定表型和功能的成熟细胞的能力，能够维持机体功能的稳定，发挥生理性的细胞更新和修复组织损伤作用[4,9,10]。 胚胎干细胞（embryonic stem cell,ESC)是从着床前胚胎内内细胞团(inner cell mass,ICM)或原始生殖细胞经体外分化抑制培养分离的一种全能性细胞[1]。它能在体外长期不断自我更新,并保持多向分化潜能,可以分化为内、中、外三个胚层的几乎所有类型细胞。自1981年Evans和Kauffman[2,8]用不同的方法首次成功分离得到小鼠胚胎干细胞以来,小鼠胚胎干细胞成为近20年来人们用来研究发育分化、基因表达调控、基因治疗等最理想的模型，并且有大量研究表明小鼠胚胎干细胞可以在体外被诱导分化为绝大多数类型的成体细胞.1998年Thomson等首次成功分离并建立人胚胎干细胞系。自此，人胚胎干细胞不但提供了一个研究人类自身发育分化的良好机会,而且如果人胚胎干细胞能像小鼠胚胎干细胞一样可以在体外诱导形成各种成体细胞,那么利用这些诱导分化形成的成熟细胞将有可能进行细胞和组织替代治疗, 包括糖尿病、帕金森病、早老性痴呆、心血管疾病和肿瘤等多种目前临床上难以治愈的疾病。 1 胚胎干细胞的分离 自Thomson成功分离并建立人胚胎干细胞系后，多年以来，人们研究出很多胚胎干细胞的 分离方法，在这里主要介绍三种： 1.1 分离自胚胎内细胞团 内细胞团又称胚细胞（embryoblast）,是一团于哺乳动物初期胚胎中的一个细胞团块。从早期胚胎内细胞团（inner cell mass,ICM）分离是获得胚胎干细胞的主要途径。由于不同动物的胚胎发育存在差异，因此应注意取材时间。可通过免疫外科手术法、机械剥离法、组织培 养法等方法除去胚胎滋养层细胞获得囊胚内细胞团（ICM）细胞进行体外分化抑制培养。 1.2分离自原始生殖细胞

干细胞的基础知识学习资料

干细胞的基础知识 干细胞的基础知识 干细胞的概念 干细胞是一类具有自我更新和分化潜能的细胞。它包括胚胎干细胞和成体干细胞。干细胞的发育受多种内在机制和微环境因素的影响。目前人类胚胎干细胞已可成功地在体外培养。最新研究发现，成体干细胞可以横向分化为其他类型的细胞和组织，为干细胞的广泛应用提供了基础。 在胚胎的发生发育中，单个受精卵可以分裂发育为多细胞的组织或器官。在成年动物中，正常的生理代谢或病理损伤也会引起组织或器官的修复再生。胚胎的分化形成和成年组织的再生是干细胞进一步分化的结果。胚胎干细胞是全能的，具有分化为几乎全部组织和器官的能力。而成年组织或器官内的干细胞一般认为具有组织特异性，只能分化成特定的细胞或组织。 然而，这个观点目前受到了挑战。 最新的研究表明，组织特异性干细胞同样具有分化成其他细胞或组织的潜能，这为干细胞的应用开创了更广泛的空间。 干细胞具有自我更新能力（Self-renewing），能够产生

高度分化的功能细胞。干细胞按照生存阶段分为胚胎干细胞和成体干细胞。 1.1 胚胎干细胞 胚胎干细胞（Embryonic Stem cell, ES细胞） 当受精卵分裂发育成囊胚时，内层细胞团（Inner Cell Mass）的细胞即为胚胎干细胞。胚胎干细胞具有全能性，可以自我更新并具有分化为体内所有组织的能力。早在1970年Martin Evans已从小鼠中分离出胚胎干细胞并在体外进行培养。而人的胚胎干细胞的体外培养直到最近才获得成功。 进一步说，胚胎干细胞（ES细胞）是一种高度未分化细胞。它具有发育的全能性，能分化出成体动物的所有组织和器官，包括生殖细胞。研究和利用ES细胞是 当前生物工程领域的核心问题之一。ES细胞的研究可追溯到上世纪五十年代，由于畸胎瘤干细胞（EC细胞）的发现开始了ES细胞的生物学研究历程。 目前许多研究工作都是以小鼠ES细胞为研究对象展开的，如：德美医学小组在去年成功的向试验鼠体内移植了由ES 细胞培养出的神经胶质细胞。此后，密苏里的研究人员通过鼠胚细胞移植技术，使瘫痪的猫恢复了部分肢体活动能力。随着ES细胞的研究日益深入，生命科学家对人类ES细胞的了解迈入了一个新的阶段。在98年末，两个研究小组成功的培养出人类ES细胞，保持了ES细胞分化为各种体细胞的

小鼠胚胎干细胞培养实验步骤

细胞的原代培养 点击次数：540 作者：佚名发表于：2009-03-06 16:26转载请注明来自丁香园 一、原代细胞培养原理 原代细胞培养是将机体内的某组织取出，分散成单细胞，在人工条件下培养使其生存并不断生长、繁殖的方法。借助这种方法可以观察细胞的分裂繁殖、细胞的接触抑制以及细胞的衰老、死亡等生命现象。 ? 幼稚状态的组织和细胞，如：动物的胚胎、幼仔的脏器等更容易进行原代培养 ? 掌握无菌操作技术 ? 了解小鼠解剖操作技术 ? 了解原代细胞培养的一般方法与步骤 ?了解培养细胞的消化分散 ? 了解倒置显微镜的使用 二、实验材料 ? 实验动物：孕鼠或新生小鼠 ? 液体：细胞生长液（内含20%小牛血清） 0.25%胰蛋白酶 平衡盐溶液 70%乙醇 ?器材：灭菌镊子、剪刀若干把 灭菌培养皿、细胞培养瓶、小瓶、烧杯若干个 吸管若干支 酒精灯 原代细胞培养方法 三、胰酶消化法 （1）胰酶消化法操作步骤——取材 a. 用颈椎脱位法使孕鼠迅速死亡。

b. 把整个孕鼠浸入盛有75%乙醇的烧杯中数秒钟消毒，取出后放在大平皿中携入超净台。 c. 用无菌的镊子和剪子在前腿下作一腹部水平切口，用无菌镊子将皮肤扯向后腿。 d. 用另一无菌的剪刀和镊子切开腹部，取出含有胚胎的子宫，置于无菌的培养皿上。 e. 剔除胚胎周围的包膜（若胚胎较大，应剪去头、爪），将胚胎放于无菌的含有平衡盐溶液的培养皿中。 f. 漂洗胚胎，去掉平衡盐溶液。继续用平衡盐溶液漂洗胚胎直至清洗液清亮为止。 （2）胰酶消化法操作步骤——切割 a. 将部分胚胎转移至一个无菌小瓶中，用平衡盐溶液漂洗。 b. 然后用眼科手术剪刀小心地绞碎胚胎，直到成1mm3左右的小块，再用平衡盐溶液清洗，洗到组织块发白为止。 c. 静置，使组织块自然沉淀到管底，弃去上清。 （3）胰酶消化法操作步骤——消化、接种培养 a. 视组织块量加入5-6倍的0.25%胰酶液，37℃中消化20-40分钟，每隔5分钟振荡一次，或用吸管吹打一次，使细胞分离。 b. 加入3-5ml细胞生长液以终止胰酶消化作用（或加入胰酶抑制剂）。 c. 静置5-10分钟，使未分散的组织块下沉，取悬液加入到离心管中。 d. 1000rpm，离心10分钟，弃上清液。 e. 加入平衡盐溶液5ml，冲散细胞，再离心一次，弃上清液。 f. 加入细胞生长液l-2ml（视细胞量），血球计数板计数。 e. 将细胞调整到5×105/ml左右，转移至25ml细胞培养瓶中，37℃下培养。 （4）胰酶消化法操作步骤——消化、接种培养

干细胞分化调控机制

干细胞分化调控机制 摘要：干细胞的发展引起了当今世界各界的强烈关注。我们将有可能利用干细胞所有的潜力去治疗遗传性或目前无法治疗的疾病,但在干细胞被用于治疗之前,必须认识和掌握调节干细胞保持为干细胞或引导其特殊分化途径的调控机制,本文对干细胞的微环境及分化调控机制作一综述。 关键词：干细胞；分化调控；应用前景 由于干细胞在白血病、老年性痴呆症、糖尿病等多种疾病的治疗以及动物克隆等方面显示出巨大的应用前景,干细胞研究已经成为当今生命科学领域的热点。干细胞能够用于某些疾病的治疗,是因为干细胞具有多种分化潜能,它定向分化产生的后代细胞能够取代病变组织的细胞。因此,阐明干细胞如何在保持自我更新的同时又能产生新的组织及其调控机制是理解多细胞生物体发育的关键,也是利用干细胞治疗人类疾病的基础。 1干细胞的概念 干细胞(Stem Cell)是一种具有自我复制功能和多分化潜能的早期未分化细胞。在特定条件下,它可以分化成不同的功能细胞,形成多种细胞和器官。干细胞是个体发育和组织再生的基础。 2干细胞的分类 干细胞按生存阶段顺序分为胚胎干细胞和成体干细胞。 2.1胚胎干细胞(Embryonic stem cells,ES细胞) 胚胎干细胞具有全能性,可以自我更新并有分化为体内所有组织的能力。受精卵分裂形成一个称为囊胚(blastocyte)后,囊胚内部一端的一个”内细胞群”(innercellmass)是一群具有全能分化能力的细胞,它们在胚胎发育过程中,进一步

分化为内胚层、中胚层和外胚层,并最终分化为不同的组织、器官,成为一个完整的人体。将这种内细胞群分离取出,在体外进行培养,就成为”胚胎干细胞”。因此胚胎干细胞是受精后胚胎内细胞团的衍生物。 这类干细胞分化潜能宽，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。在体外培养扩增时，经遗传操作、选择和冻存，均不失其全能性，在不同生长条件下具有不同的功能状态。 2.2成体干细胞(Adultstemcells) 成年动物的许多组织和器官,始终保留着一部分未被分化的干细胞,即成体干细胞,如造血干细胞、表皮细胞等。过去认为成体干细胞具有组织特异性,只能分化成特定的细胞或组织,是一些定向细胞。1999年以后,这一观点受到了挑 战,Bjornson等人的研究发现成熟组织中分离的干细胞在特定微环境下具有向其他组织类型细胞分化的潜力,如造血干细胞具有向骨、肌肉、肝细胞、神经细胞转变的潜力,而神经干细胞也可以转变为血细胞。研究提示:不同胚层起源的成体干细胞在一定的条件下可相互转化,它们是在特定微环境中存在的适度分化的细胞,并能在不同环境中显示更多的潜在基因型,具有向其它组织类型的细胞分化的潜力,即不同的干细胞可以发生分化“命运”的转变(横向分化能力)。 3 胚胎干细胞分化调控机制研究 ES细胞分化实质是胚胎发育过程中特异蛋白质的合成。而任何特异蛋白质都是由它相对应的特异基因所决定,细胞分化可归结为基因组中特定基因按一定顺序相继活化和表达。ES细胞能够在机体外保持未分化状态是因为有分化抑制因子的存在,如LIF、DIA等。在缺乏分化抑制因子的条件下,ES细胞分化为各种细胞。 ES细胞定向诱导分化的途径可概括为三种:细胞/生长因子诱导法、转基因诱导法及细胞共培养法。 3.1 细胞/生长因子诱导法 细胞/生长因子诱导ES细胞分化法主要的因子包括维甲酸(RA)、骨形态发生蛋白(BMPs)、成纤维细胞生长因子(FGFs)等。RA是一种强烈的神经分化诱导剂,它主要通过细胞表面受体RA受体起作用。RA受体有两类:RARs和RXRs,但具

胚胎干细胞的定向诱导分化及应用前景

龙源期刊网 https://www.sodocs.net/doc/131823458.html, 胚胎干细胞的定向诱导分化及应用前景 作者：王士珍李雪甫陈培 来源：《科技视界》2012年第23期 【摘要】胚胎干细胞（embryonic stem cell, ES细胞)主要来自于胚胎发育早期囊胚中内细胞群(inner cell mass, ICM), 具有无限增殖、自我更新和多向分化的特性。理论上可以诱导分化为机体中200多种细胞，可作为细胞移植、组织替代, 甚至器官克隆的细胞供体，为将来治疗人类诸多难治性疾病提供细胞来源。本文简述了胚胎干细胞的诱导分化方法、定向分化的一些细胞种类以及应用前景。 【关键词】胚胎干细胞；诱导；分化 ES细胞是由囊胚的内细胞群或胎儿的原始生殖细胞(Primordial germ cells，PGCs)经体外抑制分化培养而获得的一种具有多向分化潜能的细胞。英国剑桥大学的Evans等[1]于1981年首次建立了小鼠胚胎干细胞系。Thomson等[2]于1998年利用临床上体外受精的胚胎，采用免疫法分离出内细胞群，首次成功分离出人胚胎干细胞系。同年，Sham blott等[2]以STO作为饲养层首次建立了人胚胎生殖细胞(hEGC)系。一般情况下，可将胚胎干细胞和胚胎生殖细胞统称 为胚胎干细胞。饲养层或白血病抑制因子（LIF）是ES细胞体外培养过程中保持未分化状态的必要条件。当培养条件有轻微改变时，例如在培养液中添加某些诱导分化因子（维甲酸RA、DMSO等），ES细胞就会发生分化；另外，如果把脱离饲养层的ES细胞进行悬浮培养，会发育成大小不一的拟胚体（embryoid boby, EB）,然后可诱导EB向不同类型细胞分化。至今，已从ES细胞诱导分化出心肌细胞、骨细胞、软骨细胞、肝细胞、造血细胞、脂肪细胞、胰岛素细胞、神经细胞、内皮细胞等。这些诱导后的细胞有望为器官移植、损伤器官的修复提供原材料，具有十分广阔的临床应用前景。所以，近年来有关胚胎干细胞的定向分化研究已成为全世界研究的热点。 1诱导ES细胞定向分化的方法 目前，通常针对人们设想要得到的终末靶细胞，而采用不同的诱导分化方法，使ES细胞最终定向分化为目的细胞。最常用的诱导方法一般包括以下四种：化学试剂诱导法、细胞因子诱导法、共培养诱导法以及转基因诱导法等。 1.1化学试剂诱导法 维甲酸（retinoic acid，RA）是体内维生素A的代谢中间产物，主要影响骨的生长和促进上皮细胞增生、分化、角质溶解等代谢作用。Schuldiner等[3]用一定浓度的RA（10-6M）诱导人ES细胞向神经细胞分化。实验证实：产生的神经细胞比未用RA处理的对照组增加了22%。目前，RA诱导ES细胞分化为神经细胞的机制还没有完全弄清楚。一般认为RA进入细胞后，最先与细胞质中维甲酸结合蛋白 (cellular RA binding protein，CRABP)形成复合物，然

间充质干细胞的免疫调节作用

国匠金瘥堂盘盍；塑！生！旦筮！！鲞筮！翅！！坦婴型ｉ！！型』坐塑堂堂地婴！！堂２眨：丛垃２鲤！：！吐≥！：盟垒垒间充质干细胞的免疫调节作用 董巧凤 摘要间充质干细胞（Ｍｓｃ）已成功从动物体尤其骨髓中分离获得。干细胞，具有向多种组织和细胞 如骨、脂肪、成软骨细胞等分化的潜能，这种潜能越来越引起人们关注，它可向受损的组织定向迁移以 修复受损组织。体外资料研究表明，不管协同刺激信号存在与否，都具有低免疫原性。在体外ＭＳＣ 还具有免疫抑制活性，可抑制同种异体抗原或丝裂霉素刺激的Ｔ细胞扩增，阻止细胞毒性Ｔ细胞增 殖，同时还具有调节炎性细胞的免疫活性使其向抗炎细胞分化的作用。因此，系统了解ＭＳＣ的生物 学、免疫学特性将为人们深入阐明其免疫调节机制，并将其用于治疗自身免疫性病、组织修复及移植 提供依据。 关键词间充质于细胞；免疫调节；Ｔ淋巴细胞；因子 Ｉｍｍｕｎｏｍｏｄｕｌａｆｉｏｎｂｙｍｅｓｅｎｃｈｙｍａｌｓｔｅｍｃｅｌｌｓ ＤＯＮＧＱｉａｏ－ｆｅｎｇ （ＤｅｐａｒｔｍｅｎｔｏｆＨｅｍａｔｏｌｏｇｙ，ｔｈｅＨｏｓｐｉｔａｌｏｆＨｅｚｅｃｉｅ，Ｈｅｚｅ２７４０００，ｃｈｉｎａ） ＡｂｓｔｒａｃｔＭｅｓｅｎｃｈｙｍａｌｓｔｅｍｃｅｌｌ（ＭＳＣ）ｈａｖｅｂｅｅｎｉｄｅｎｔｉｆｉｅｄｉｎａｎｉｍａｌｓ．Ａｓｓｔｅｍｃｅｌｌｓ，ｔｈｅｙｈａｖｅｔｈｅａ． ｂｉｌｉｔｙｔｏｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｔｅｉｎｔｏｍｕｌｔｉｐｌｅｃｅｌｌｔｙｐｅｓ，ｓｕｃｈ鹪ｂｏｎｅ，ｆａｔａｎｄｃａｒｔｉｌａｇｅｃｅｌｌｓ．Ｔｈｉｓｐｏｔｅｎｔｉａｌｍｉｇｈｔｐｒｏ－ ｖｉｄｅｅｘｃｉｔｉｎｇｔｈｅｒａｐｅｕｔｉｃｐｏｓｓｉｂｉｌｉｔｉｅｓ．ＭＳＣｐｒｅｒｅｎｔｉａｌｌｙｈｏｍｅｔｏｄａｍａｇｅｄｄｓｓｕｅａｎｄｍａｙｈａｖｅｔｈｅｒａｐｅｕｔｉｃ ｐｏｔｅｎｔｉａｌ．ＩｎｖｉｔｒｏｄａｔａｓｕｇｇｅｓｔｅｄｔｈａｔＭＳＣｈａｄｌｏｗｉｎｈｅｒｅｎｔｉｍｍｕｎｏｇｅｎｉｃｉｔｙａｓｔｈｅｙｉｎｄｕｃｅｈｔｔｌｅ，ｉｆａｎｙ， ｐｒｏｌｉｆｅｒａｔｉｏｎｏｆａｌｌｏｇｅｎｅｉｃｌｙｍｐｈｏｃｙｔｅｓ．Ｉｎｓｔｅａｄ，ＭＳＣａｐｐｅａｒｔＯｂｅｉｍｍｕｎｏｓｕｐｐｒｅｓｓｉｖｅｉｎｖｉｔｒｏ．Ｔｈｅｙｃａｎｉｎ? ｈｉｂｉｔＴ—ｃｅｌｌｐｒｏｌｉｆｅｒａｔｉｏｎｓｔｉｍｕｌａｔｅｄｗｉｔｈａｌｌｏａｎｔｉｇｅｎｓｏｒｍｉｔｏｇｅｎｓ，ａｎｄｐｒｅｖｅｎｔｔｈｅｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆｃｙｔｏｔｏｘｉｃＴ－ ｅｅｌ．ａｓｗｅｌｌａｓｐｏｓｓｅｓｓｔｈｅｐｏｓｓｉｂｌｅｉｍｍｕｎｏｒｅｇｕｌａｔｉｏｎｔｏｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉｎｆｌａｍｍａｔｏｒｙｃｅｌｌｓ．Ａｂｅｔｔｅｒｕｎｄｅｒｓｔａｎｄｉｎｇ ｏｆｔｈｅＭＳＣｉｍｍｕｎｏｒｅｇｕｌａｔｉｏｎｍｅｃｈａｎｉｓｍｗｉｌｌｐｒｏｖｉｄｅｐｏｓｓｉｂｌｅｃｌｉｎｉｃａｌ．ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓｉｎｉｎｇａｕｔｏｉｍｍｕｎｅｄｉｓｏｒ－ ｄｅｒｓ，ｔｉｓｓｕｅｒｅｐａｉｒ，ｔｈｅｒａｐｙ—ｒｅｓｉｓｔａｎｔｓｅｖｅｒａｃｕｔｅｇｒａｆｔ－ｖｅｒｓｕｓ—ｈｏｓｔｄｉｓｅａｓｅａｎｄｉｎｔｈｅｔｒｅａｔｍｅｎｔｏｆｏｒｇａｎａｌ? ｌｏｇｒａｆｔｓｒｅｊｅｃｔｉｏｎ． ＫｅｙＷｏｒｄｓ Ｍｅｓｅｎｃｈｙｍａｌｓｔｅｍｃｅｌｌ；ｌｍｍｕｎｏｒｅｇｕｌａｔｉｏｎ；Ｔｌｙｍｐｈｏｃｙｔｅ；Ｆａｃｔｏｒ间充质干细胞（ｍｅｓｅｎｅｈｙｍａｌｓｔｅｍｃｅｌｌ，ＭＳＣ）是 骨髓中除造血干细胞以外的另一类干细胞，也存在于脐血、外周血、肺、肝脏、脂肪组织和头皮组织及各种胎儿组织中。这类细胞具有高度自我更新和多向分化潜能，在不同的诱导条件下，可分化为造血细胞以外的多种组织细胞，如骨髓基质细胞、成骨细胞、成软骨细胞、脂肪细胞、成肌细胞和星形胶质细胞等。近年研究表明，ＭＳＣ除支持体外造血、促进体内造血重建外，还具有抑制同种异体免疫反应，降低移植物抗宿主病（ＧＶＨＤ）的作用。因此，ＭＳＣ在组织工程（如心脏修复和骨科疾病）、细胞治疗、基因治疗领域具有广泛的应用前景，其中最令我们关注的是其能逃避免疫识别并抑制免疫反应。 作者单位：２７４０００，菏泽市立医院血液科 审校者：山东大学第二医院血液科郭成山１ＭＳＣ的生物学特性及细胞表面标记 ＭＳＣ可从骨髓悬液或分离的组织中获得，在培养板或培养瓶以不同浓度完全培养基３７℃５％ＣＯ：培养几个小时，一些细胞就黏附到塑料瓶基底面（非黏附细胞２—３天后除去），黏附细胞扩增形成成纤维细胞样集簇即成纤维细胞菌落形成单位，１０天后可以定量。正常黏附细胞生长迅速，因此，细胞融合前必须分离，在大的培养瓶中扩增，否则，他们将停止生长，并趋向分化为前脂肪细胞。培养３～５周，收获纯系细胞群，细胞可以扩增达４０代而无自发分化‘１引。 随着技术的发展，对ＭＳＣ细胞表面标记的认识也逐渐深入，但目前尚未发现其特异性的标记物，但仍可基于混合的免疫表型而被识别，其不表达造血干细胞标志（如ＣＩＭ５和ＣＤ３４），也不表达内皮标志（如ＣＤ３１和ＰＥＣＡＭ一１），但表达ＣＤｌ０５、ＣＤ７３、 万方数据

s干细胞调控机制的研究进展

干细胞调控机制的研究进展 何红媛,夏　冬1,王　萍2　综述,　吴绍华　审校 (泸州医学院教务处;　12000级肝胆外科研究生;　22000级组胚研究生,四川泸州　646000) 中图分类号　R321.5 文献标识码　A 文章编号　1000-2669(2002)06-0179-03 干细胞的发展引起了当今世界各界的强烈关注,其原因之一是人类胚胎干细胞系的成功培育;二是成体干细胞不断被成功培育成机体的其它细胞类型,甚至科学家们利用从皮肤中提取的干细胞培养出包括人类赖以进行思维活动的神经细胞。由于成体干细胞的材料来源不象胚胎干细胞会毁坏所使用的胚胎,而且容易获得组织替代,因而成体干细胞有着比预想更为广阔的应用前景。我们将有可能利用干细胞所有的潜力去治疗遗传性或目前无法治疗的疾病,如早老性痴呆症、帕金森综合征、糖尿病和心脏病等,但在干细胞被用于治疗之前,必须认识和掌握调节干细胞保持为干细胞或引导其特殊分化途径的调控机制,本文对干细胞的微环境及分化调控机制作一综述。 1　干细胞的概念及应用前景 干细胞是一群具有无限的或被延长自我更新能力的细胞,它们能产生至少一种高度分化的后化[1]。按生存阶段顺序分为胚胎干细胞和成体干细胞。 1.1　胚胎干细胞(Embry onic stem cells,ES细胞) 胚胎干细胞具有全能性,可以自我更新并有分化为体内所有组织的能力。受精卵分裂形成一个称为囊胚(blastocyte)后,囊胚内部一端的一个”内细胞群”(innercell mass)是一群具有全能分化能力的细胞,它们在胚胎发育过程中,进一步分化为内胚层、中胚层和外胚层,并最终分化为不同的组织、器官,成为一个完整的人体。将这种内细胞群分离取出,在体外进行培养,就成为”胚胎干细胞”。因此胚胎干细胞是受精后胚胎内细胞团的衍生物。小鼠的胚胎干细胞的研究表明,它们在体外可以在一些生长因子的诱导下分化,发育成为不同的细胞和组织,并可以使其在小鼠子宫内发育成一个完整的小鼠。显然,人的胚胎干细胞可以通过改变体外培养条件(如生长因子的成分和含量)使之向不同组织细胞分化,这对揭开人体的个体发育之谜,具有极其重要的理论意义。此外,如果能够使第一代培养物衍生的一群干细胞在体外无限传代下去,成为”干细胞株”,这样就可以保存和利用干细胞株在体外不断扩增并用来进行广泛研究,诱导产生不同的组织细胞,甚至器官,供临床移植用。据报导现已获得的人类胚胎细胞株还没有一个被证明能转化成为人类身体所有细胞,但随着科学的发展,无论从基础研究角度、应用潜力,还是从人类同疾病作斗争的决心来看,人类ES细胞的研究将获得更大的发展空间。 1.2　成体干细胞(Adult stem cells) 作者简介:何红媛(1974-),女,实习研究员。成年动物的许多组织和器官,始终保留着一部分未被分化的干细胞,即成体干细胞,如造血干细胞、表皮细胞等。过去认为成体干细胞具有组织特异性,只能分化成特定的细胞或组织,是一些定向细胞。1999年以后,这一观点受到了挑战, Bjorns on等人的研究发现成熟组织中分离的干细胞在特定微环境下具有向其他组织类型细胞分化的潜力,如造血干细胞具有向骨、肌肉、肝细胞、神经细胞转变的潜力,而神经干细胞也可以转变为血细胞。研究提示:不同胚层起源的成体干细胞在一定的条件下可相互转化,它们是在特定微环境中存在的适度分化的细胞,并能在不同环境中显示更多的潜在基因型,具有向其它组织类型的细胞分化的潜力,即不同的干细胞可以发生分化“命运”的转变(横向分化能力)。[1～5] 2　干细胞的自我更新和分化 从发生机制来看,干细胞并不直接分化产生终末分化细胞,而是先分化成短暂扩充细胞(transit am plifying cells),短暂扩充细胞有产生定向分化成某种终末分化细胞的能力,因而是定向祖细胞(committed progenitors)。短暂扩充细胞再经过几次到十几次不等的分裂后定向分化,进一步可分化为有丝分裂后细胞(post-mitotic cells)及终末分化细胞(terminally-differentiated cells)。短暂扩充细胞的存在说明组织可以靠较少量的干细胞分裂为很多的子代分化细胞[6]。干细胞自我更新和分化的方式通常有两种[7,8],一种是不对称方式分裂,即1个干细胞分裂成1个干细胞和1个定向祖细胞,常见于单细胞生物和无脊椎动物;另一种是具有高度调控机制的分裂方式,干细胞按一定的概率分裂成干细胞或定向祖细胞,即干细胞按一定的概率分裂为两个干细胞或两个定向祖细胞;或按不对称方式分裂,一般认为哺乳类动物即以此种方式进行自我组织更新。细胞的更新具有准确无误性,干细胞在整个增殖过程中处于相对静止状态,而由短暂扩充细胞完成DNA合成和细胞扩充的任务,干细胞在分裂后仍保留其原有的遗传信息。短暂扩充细胞拥有新复制DNA序列,以保证差错仅停留在短暂扩充细胞水平。通常干细胞等数分裂干细胞和定向祖细胞,当受到损伤等情况时,干细胞的分裂方式会发生改变以适应机体的需要[10]。 3　干细胞的调控 干细胞的调控是指给予适当的条件因子,对干细胞的增殖和分化进行调节控制,使之向指定的方向发展。干细胞的分化行为是被预先程序化还是受周围环境的调控一直是一个有争论的话题,但干细胞所处的微环境又称为干细胞壁龛(niche),对干细胞分化调控的影响是存在的[2]。 971 泸州医学院学报 2002年 第25卷 第1期Journal of Luzhou Medical C ollege　V ol.25　N o.1　2002

胚胎干细胞的定向诱导分化及应用前景

胚胎干细胞的定向诱导分化及应用前景 【摘要】胚胎干细胞（embryonic stem cell, ES细胞)主要来自于胚胎发育早期囊胚中内细胞群(inner cell mass, ICM), 具有无限增殖、自我更新和多向分化的特性。理论上可以诱导分化为机体中200多种细胞，可作为细胞移植、组织替代, 甚至器官克隆的细胞供体，为将来治疗人类诸多难治性疾病提供细胞来源。本文简述了胚胎干细胞的诱导分化方法、定向分化的一些细胞种类以及应用前景。 【关键词】胚胎干细胞；诱导；分化 ES细胞是由囊胚的内细胞群或胎儿的原始生殖细胞(Primordial germ cells，PGCs)经体外抑制分化培养而获得的一种具有多向分化潜能的细胞。英国剑桥大学的Evans等[1]于1981年首次建立了小鼠胚胎干细胞系。Thomson等[2]于1998年利用临床上体外受精的胚胎，采用免疫法分离出内细胞群，首次成功分离出人胚胎干细胞系。同年，Sham blott等[2]以STO作为饲养层首次建立了人胚胎生殖细胞(hEGC)系。一般情况下，可将胚胎干细胞和胚胎生殖细胞统称为胚胎干细胞。饲养层或白血病抑制因子（LIF）是ES细胞体外培养过程中保持未分化状态的必要条件。当培养条件有轻微改变时，例如在培养液中添加某些诱导分化因子（维甲酸RA、DMSO等），ES细胞就会发生分化；另外，如果把脱离饲养层的ES细胞进行悬浮培养，会发育成大小不一的拟胚体（embryoid boby, EB）,然后可诱导EB向不同类型细胞分化。至今，已从ES细胞诱导分化出心肌细胞、骨细胞、软骨细胞、肝细胞、造血细胞、脂肪细胞、胰岛素细胞、神经细胞、内皮细胞等。这些诱导后的细胞有望为器官移植、损伤器官的修复提供原材料，具有十分广阔的临床应用前景。所以，近年来有关胚胎干细胞的定向分化研究已成为全世界研究的热点。 1诱导ES细胞定向分化的方法 目前，通常针对人们设想要得到的终末靶细胞，而采用不同的诱导分化方法，使ES细胞最终定向分化为目的细胞。最常用的诱导方法一般包括以下四种：化学试剂诱导法、细胞因子诱导法、共培养诱导法以及转基因诱导法等。 1.1化学试剂诱导法 维甲酸（retinoic acid，RA）是体内维生素A的代谢中间产物，主要影响骨的生长和促进上皮细胞增生、分化、角质溶解等代谢作用。Schuldiner等[3]用一定浓度的RA（10-6M）诱导人ES细胞向神经细胞分化。实验证实：产生的神经细胞比未用RA处理的对照组增加了22%。目前，RA诱导ES细胞分化为神经细胞的机制还没有完全弄清楚。一般认为RA进入细胞后，最先与细胞质中维甲酸结合蛋白(cellular RA binding protein，CRABP)形成复合物，然后复合物进入细胞核内，与染色质上的受体结合，从而调控一系列基因的表达，使细胞的表型发生转变。二甲基亚砜（DMSO）是一种含硫的有机化合物，不仅能用于细胞的常规冻存，而且还是一种常用的细胞分化诱导剂，能够诱导ES细胞分化为骨骼肌细胞、心肌细胞等，其作用机制主要是影响c-myc基因表达，降低细胞的内源性聚腺苷二磷酸核苷表达水平。也有研究证明，DMSO能使细胞内储存的钙释放出来，而细胞内钙离子浓度升高在诱导细胞分化中可能起着重要作用。除了RA、DMSO外，还有β-磷酸甘油、维生素C(VC)、地塞米松、维生素K3(VK3)以及2，5-羟基维生素D3等化学试剂，也能诱导ES细胞定向分化为特定类型细

干细胞向生殖细胞诱导分化的调控机理及应用性研究

一、研究内容 本项目将以胚胎干细胞及诱导多能干细胞（iPS）为技术平台，研究哺乳动物干细胞向生殖细胞分化以及生殖细胞减数分裂的调控网络和机理，并建立研究生殖细胞分化所需的生物技术平台及多种细胞及小鼠模型，从而提高干细胞向生殖细胞诱导分化的效率，为大型经济动物优质培育奠定基础。 （1）利用蛋白质组学，BiFC组学, 信息学研究平台，建立以PGC关键调控元为中心的信号调控网络，筛选控制PGC基因表达的关键因子，并阐述端粒蛋白以及端粒酶在干细胞向PGC诱导分化过程中的作用机理。同时利用表观遗传学研究技术，分析PGC诱导过程中组蛋白修饰的动态过程和不同修饰与PGC发育之间的相互关系。探讨以上关键信号调控网络、关键因子在诱导牛干细胞向生殖细胞分化过程中的调控机理。 (2) 利用基因组学、蛋白质组学研究技术，系统地分析精原干细胞和胚胎干细胞的特异性差异。阐明雄性生殖细胞中诱导减数分裂的分子机制，建立干细胞体外诱导分化雄性生殖细胞的理论体系，并分析体外生成生殖细胞的生物学功能。 (3)以人及小鼠胚胎干细胞体外分化系统为模型，优化PGC特化的条件，并通过转基因及基因敲除的方法，探索关键转录因子及信号网络在PGC形成过程中的功能及调控机理。 (4)建立较为完善的牛ES细胞体外培养体系，探讨牛干细胞自我更新和分化途径。通过转基因技术、选择合适的生长因子、转录因子和培养体系诱导牛ES细胞分化为雄性生殖细胞，并建立相应的技术平台。

二、预期目标 总体目标 本项目以研究诱导分化技术、蛋白调控网络、减数分裂机理及农业经济动物培育为主线，紧密围绕以上3个拟解决的关键科学问题。在建立的多种技术平台的基础上，确立以PGC关键调控元为中心的信号调控网络，筛选控制PGC 基因表达的关键因子。系统地分析精原干细胞与胚胎干细胞之间特异性差异，阐明雄性生殖细胞中诱导减数分裂的分子机制。同时，建立体外诱导培养功能性生殖细胞的技术体系，以小鼠为主要研究对象，尝试应用干细胞诱导产生的生殖细胞来培育优化动物，最终确立我国在这一极富竞争性的前沿探索领域的领先地位。 五年预期目标 1，发展基于干细胞学和生殖细胞学研究的一整套方法和综合技术平台。 2，建立以PGC关键调控元为中心的较为完整的信号调控网络，筛选出控制PGC 基因表达的几个关键因子。 3，明确端粒蛋白以及端粒酶在干细胞向PGC诱导过程中的作用机理，并揭示组蛋白修饰的动态过程和不同修饰与PGC发育之间的相互关系。 4，明确精原干细胞和胚胎干细胞之间的基因表达差异，确定3-6个差异表达基因。5，阐明雄性生殖细胞中诱导减数分裂的分子机制。 6，建立一整套诱导PGC生成的培养体系。 7，建立1-3个体外培养生长状况良好、表达干细胞标记的牛ES细胞系，初步阐明牛干细胞自我更新和分化的可能途径。 8，力争建立牛ES细胞体外诱导分化形成功能性配子（精子、卵子）的技术体

2011CB965000-G三维培养干细胞自我更新与定向分化的调控网络

项目名称：三维培养干细胞自我更新与定向分化的 调控网络 首席科学家：戴建武中国科学院遗传与发育生物学 研究所 起止年限：2011.1至2015.8 依托部门：中国科学院

二、预期目标 本项目的总体目标： 通过本项目的实施，建立干细胞三维培养和完善干细胞纳米示踪技术，解析干细胞自我更新与分化过程中遗传与表观遗传的调控网络，为干细胞的应用奠定基础。取得一批具有重大影响的科研成果，提高我国在干细胞研究领域的自主创新能力。 五年预期目标: 1．综合考虑多种因素，最大限度模拟体内环境，制备出适合干细胞生长分化的三维支架材料，建立三维培养多能干细胞和成体干细胞的自我更新和定向分化的研究体系。 2. 结合基因组、蛋白质组和磷酸蛋白质组分析结果探讨三维培养条件下干细胞自我更新和定向分化的分子和细胞机制，阐明在干细胞自我更新和定向分化中起关键调控作用的信号通路和信号网络、转录调控以及表观遗传调控网络。 3．通过模式动物体内干细胞维持与定向分化研究，发现并鉴定与神经干细胞的维持、分化相关的一些新基因，阐明其作用机制。明确体外三维培养的神经干细胞在体内的自我更新能力与分化潜能，并对其导入体内后的有效性、安全性进行评估。分析三维培养干细胞与体内干细胞维持与分化机制的异同，获得干细胞调控的真实信息。 4. 建立干细胞纳米示踪与成像新技术，包括制备出高生物相容性、高量子产率的量子点，建立量子点标记活细胞及亚细胞组分的方法，实现对三维培养干细胞以及活体干细胞的特异性标记，建立三维培养干细胞和活体干细胞的三维、非损伤性的纳米示踪与成像技术。 5．培养研究生30名。博士后10名。 6．在本领域发表论文30篇，其中影响因子5以上的15篇。

胚胎干细胞

1. 干细胞(stem cell)： 干细胞是一类具有自我更新和分化潜能的细胞。 2.干细胞分类 (1)胚胎干细胞：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胞的能力。如囊胚期内细胞团的细胞。 (2)成体干细胞：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，但分化潜能窄，只能分化为相应(或相邻)组织器官组成的细胞。如神经干细胞，表皮干细胞。 第一节干细胞生物学 1. 组织自体稳定性： 特定组织通过使自身细胞死亡和增生的方式保持组织细胞数量动态平衡的特征称组织自稳定性。 2. 干细胞是个体发育和组织再生的基础。 一、干细胞的形态和生化特征 1．干细胞的形态特征 ①干细胞形态共性：细胞呈圆形或卵圆形，体积小，核质比大，增殖力强。 ②干细胞的固定组织位置：有的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增殖结构单元。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 ①端粒酶活性高：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，端粒酶活性下降。 ②蛋白标志分子：不同干细胞有各异的蛋白质标志分子，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—神经干细胞；角蛋白15—表皮干细胞。 二、干细胞的增殖特征 （一）增殖缓慢性 1．干细胞增殖速度慢：细胞动力学研究表明，干细胞的增殖速度较慢，组织中快速分裂的细胞是过渡放大细胞。 如小肠干细胞的分裂速度(Tc=11小时)比过渡放大细胞(Tc≥24小时)慢一倍。 2．过渡放大细胞： 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次分裂产生分化细胞。 通过这种方式，机体可用较少干细胞获得较多分化细胞。 3．干细胞增殖缓慢的意义： (1)利于干细胞对外界信号作出反应，以决定细胞的发展方向—增殖或分化。 (2)减少基因突变的危险。增殖缓慢使干细胞有时间发现并纠正处于增殖周期过程中的错误。（二）干细胞的自稳定性 1．自稳定性： 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自我更新并维持其自身数目恒定。 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 ①干细胞有对称与不对称两种分裂方式。 不对称分裂的结果使两个子细胞一个成为功能专一的分化细胞；另一个保持干细胞的特征。 3. 不对称分裂发生原因：