干细胞特性以及培养技术交流

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：

①系列基因调控。

②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。

如：果蝇的Insc基因是感官前体细胞的不对称分裂的调控基因之一，通过三个途径进行调控：

不对称分配质膜上的细胞定向决定因子。

不对称分配细胞的mRNA。

决定细胞分裂时纺锤体的取向。

5．哺乳动物的种群不对称分裂。

(1)种群不对称分裂：

哺乳动物有几种不同的干细胞群，分裂后产生不同细胞。

(2)哺乳动物种群不对称分裂的意义：

①使机体对干细胞的调控更灵活，以适应机体的生理变化。

②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。

如：正常肠腺有250个细胞组成，如果额外多一个干细胞，则可能多产生64~128个子代细胞。

(3)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。

正调控：促进与细胞增殖、生存有关的基因表达。

负调控：促进与细胞凋亡有关的基因表达。

如转基因小鼠长期造血干细胞高表达Bcl-2后，使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。

三、干细胞的分化特征

（一）干细胞的分化潜能

根据其分化潜能大小，干细胞可分为三类。

1．全能性干细胞(胚胎干细胞)：

具有形成完整个体的分化潜能。

如胚胎干细胞(ES)具有很强的分化能力，可无限增殖并分化为全身200多种细胞类型，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。

如骨髓多能造血干细胞，它可分化出至少十二种血细胞，但不能分化出造血系统以外的其它细胞。(图多能干细胞)

3．专能性干细胞(成体干细胞)：

专能干细胞(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的两种类型的细胞分化。

如上皮组织基底层的干细胞、肌肉中的成肌细胞(卫星细胞)。(图，表皮干细胞)

(二)干细胞的转分化和去分化

1．干细胞的转分化：

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细胞的转分化。

实验：C57BL/6J♂成年小鼠造血干细胞WBB6F/J-KitW/KitW-V♀鼠(亚致死剂量同位素照射) 在♀鼠的神经胶质细胞中检测到Y染色体.

即♂鼠的造血干细胞移植到♀鼠中分化为脑星形胶质细胞。

2．干细胞去分化：

一种干细胞向其前体细胞的逆向转化称干细胞去分化。

实验：

成体鼠造血干细胞鼠卵泡的细胞团表达胎鼠的珠蛋白基因→参与胚胎造血系统的发育。

3. 干细胞的可塑性

(1)干细胞的横向分化：

在干细胞移植时，供体干细胞在受体常分化为与其组织来源一致的细胞。但有时供体干细胞会分化出与其组织来源不一致的其它细胞，这种现象称干细胞横向分化(trans-differentiation)。

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。为干细胞治疗提供了可能。

(2)实验：

小鼠肌肉干细胞→体外培养5天＋少量骨髓间质细胞接受致死量辐射的小鼠中各种血细胞系。

(3)横向分化的调控机制：

与干细胞的微环境有关。

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响，从而对新的微环境中的调节信号做出反应。

四、干细胞增殖与分化的微环境

干细胞巢(stem cell nich)：干细胞在组织中的居所。

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外部信号。

如：

这些物质可以介导干细胞-干细胞的相互作用，以及细胞与细胞外基质的作用，影响干细胞的增殖和分化。

（一）分泌因子

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，分化和存活具有调节作用。

如转化生长因子-β和Wnt家族的成员，在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β

TGFβ(transforming growth factorβ)是TGFβ超家族的成员之一，具有调节细胞生长和分化的作用。

因为TGFβ能使正常成纤维细胞的表型发生转化，即在EGF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，并失去密度依赖的抑制作用，故命名。

TGFβ的作用：

TGF-β对细胞的生长、分化和免疫功能都有重要的调节作用。一般对间充质起源的细胞起刺激作用，而对上皮或神经外胚层来源的细胞起抑制作用。

如TGF-β家族成员Dpp可维持果蝇雌性生殖干细胞的增殖。

2．Wnt家族的分泌信号分子

(1)Wnt基因：

Wnt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活该基

因，称为Int基因，后发现其与果蝇的无翅基因(Wingless,wg)高度同源，故合称为Wnt基因。

(2)Wnt信号分子：

是Wnt基因编码的长度为350~400个氨基酸的分泌型糖蛋白。它与细胞表面及细胞外基质有联系，在小围(几个细胞直径)起信使的作用。

(3)Wnt信号途径：

是由Wnt参与的将信号由细胞表面传至细胞核的信号传导途径。

主要包括Wnt信号蛋白，跨膜受体(Frizzled)，辅受体LRP(低密度脂蛋白受体有关的跨膜蛋白)、Dishevelled、糖原合成酶激酶3(GSK3)、APC、Axin、β-连环蛋白及T细胞因子/淋巴结增强因子(TCF/LEF)家族转录调节因子等。

(4)Wnt信号途径的作用：

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。

(5)Wnt信号途径的作用机理：

通过TCF/LEF和β-cat对C-myc的表达进行调控，即Wnt通路的靶基因为c-myc。

TCF/LEF是Wnt信号通路的中间介质，可与β-连环蛋白(β-catenin，β-cat)结合成复合物，将β-catenin由胞浆→核。

β-cat是Wnt信号通路中最重要的信号分子。β-cat具有两种功能：细胞粘附及信号转导，其C-端参入信号转导，N-端参入细胞粘附。

正常情况下，APC、GSK-3β、Axin等调节下，胞浆β-catenin处于平衡状态；

当Wnt因子与其受体结合，Wnt信号传导使GSK3被抑制，使β-catenin不能正常水解而积累，过量的β-catenin与Lef/Tcf结合并入核，与DNA结合蛋白Tcf3结合，激活c-myc、cyclinD1等基因转录，促进细胞增殖分化。

如Tcf/Lef转录因子家族对上皮干细胞的分化：

Tcf/Lef与β-Catenin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毛囊。（二）受体介导的细胞-细胞

相互作用

如果蝇的Notch基因产物Notch受体。Notch的配体为Delta基因产物，两者均为细胞表面跨膜蛋白。两者结合后在果蝇刚毛器的发育中起调节作用的蛋白质。(图，果蝇刚毛) Notch受体

果蝇的每个刚毛器由一个神经前体细胞发育成，而神经前体细胞又是从含多个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Notch和Delta的基因调节。

Notch与其配体Delta结合后，通过细胞间相互作用，向细胞核传递抑制信号，对相邻细胞侧向抑制，只使某个神经原细胞获得较强的竞争能力，被选择发育为神经前体细胞。

即当Notch与其配体结合时，干细胞进行非分化性增殖；当Notch活性被抑制时，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

1.胞间基质：即细胞外基质，指分布于细胞外空间，由细胞分泌蛋白和多糖构成的网络结构。

2.作用：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。

3.细胞外基质的种类：

(1) 胶原

胶原是细胞外基质中的主要框架结构。

目前发现的胶原至少19种。每种胶原的结构特性均与其特定功能相适应。可形成胶原纤维(Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ型)、三维网络结构(Ⅳ型)的片层胶原。

胶原是构成基底膜的主要成分之一，并与细胞基质中的其它成分一起构成结构与功能的统一体。为干细胞生存及生命活动提供微环境。

(2) 层粘连蛋白(laminin，LN)

层粘连蛋白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。

在成体，它存在于上皮下和皮下紧靠细胞的基底，以及肌细胞和脂肪细胞周围等。

层粘连蛋白的功能：

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铺展，促进生长增殖；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、间质细胞分化为肾细胞、上皮细胞等。

(3)纤粘连蛋白(fibronectin，FN)

纤粘连蛋白分血浆FN和细胞FN。

血浆FN存在于血浆及各种体液中；

细胞FN存在于细胞外基质(包括某些基膜)及细胞表面。

细胞FN为多聚体，有20种以上。是同一基因的编码产物，转录后由于RNA拼接不同形成多种异型分子，拼接方式依细胞类型及发育状态而定，从而使细胞产生适合组织需要的FN 形式。

即细胞通过控制FN RNA的拼接方式，使其与不同细胞结合及产生特异效应。

FN的功能：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，促进细胞铺展、迁移，并可通过迁移途径决定细胞的分化方向。

如沿富含FN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。。

4.整合素

(1)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，介导细胞-细胞以及细胞-细胞外基质间的相互作用的受体蛋白质。属于细胞粘连分子。

(2)整合素对干细胞的作用：是促进干细胞的非分化增殖。

(3) 作用机理：

①作为细胞外基质的受体，与配体结合后，启动胞信号传递的连锁反应，最终影响基因表达，为促进干细胞的非分化增殖提供微环境。

②将干细胞置于组织中的正确位置，使干细胞维持非分化性增殖。

整合素是由α和β两个亚单位形成异二聚体。已发现有16种α和9种β亚单位，可组合成20余种整合素。

与细胞外基质成分结合的整合素主要以β1与9种α亚单位分别构成的异二聚体。

如当β1丧失功能时，上皮干细胞脱离微环境制约，分化成角质细胞。

即细胞外基质通过调节β1整合素的表达和激活，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：

需2步：

一是整合素活化；

二是活化的整合素作用于干细胞。

①整合素活化：

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，活化过程为胞信号外传过程。

②整合素对细胞的作用：

作用过程为胞外信号传：

整合素活化后与配体(如纤粘连蛋白)结合

细胞→细胞发生反应。

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。

活化的整合素又可失活，使粘附的细胞彼此脱离。

即整合素通过与细胞外基质的弱结合，使细胞在不脱离粘附的情况下根据微环境，通过可逆性的结合与解离进行细胞迁移。

第二节胚胎干细胞

1．胚胎干细胞：

从囊胚期(受精后5~7天)胚胎分离到的干细胞称胚胎干细胞。

2．胚胎干细胞的特性：

为全能性干细胞。有如下特性：

3．胚胎干细胞的研究价值：

是发育生物学基础研究的理想模型和有效工具。(图，胚胎干细胞的应用)

一、人胚胎干细胞的获得

要研究胚胎干细胞，首先要获得胚胎干细胞。

(一)获得途径：主要有：

1．从早期胚胎获得

美国Thompson研究小组是从囊胚期胚胎的细胞团中获得胚胎干细胞：

体外受精卵囊胚期去除滋养层→细胞团得5株干细胞系

32代(8个月)保持未分化状态。

2．从原始生殖细胞获得

gearhart小组：

流产胎儿性腺嵴原始生殖细胞

获得5个多能干细胞系7个月不分化。

(图，干细胞获得)

思路：原始生殖细胞是未分化细胞。

3．体细胞移植

分化细胞核(乳腺、皮肤细胞) 去核卵细胞→杂合细胞发育成囊胚胚胎干细胞成体(如多利羊)。

(图，体细胞获得干细胞)

二、胚胎干细胞的主要特征

（一）形态和生化特征

1.形态：细胞体积小，核大，1~多个核仁。离体培养可产生密集的多细胞克隆。

2.生化特征：端粒酶活性高。

3.干细胞物理特性：

如干细胞对Hoechst33324和Rhodamine

123染料不着色。

4. 干细胞表面免疫原性：一般表达胚胎早期的表面抗原，而且有种属差异。

如小鼠胚胎干细胞表达胚胎阶段性特异抗原-1(SSEA-1)，不表达SSEA-3或SSEA-4；

人胚胎干细胞表达SSEA-3或SSEA-4。

(二)干细胞的分离与纯化

1. 借助细胞的生化特征及物理特性，采用荧光细胞分离器从单细胞悬液中即可分离纯化干细胞。

2. 干细胞的理化特征与其分化调控有关，如上皮干细胞高表达β1整合素，介导干细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

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。

不同组织来源的干细胞的培养条件不尽相同。

1·培养条件：

需要许多生长因子和间质细胞的共培养。

如Brustle等在体外培养了鼠的ES细胞。

分离ES细胞培养培养

生长增殖保持分化潜能。

停止供给生长因子，ES细胞分化为寡树突细胞或星状细胞。

2·分化诱导

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。

分化诱导需了解：

①干细胞发育有关的信号调节；

②干细胞发育的微环境。

（四）胚胎干细胞的分化潜能

胚胎干细胞是全能(多能)性干细胞，具有分化为各种组织细胞的潜能。

实验1：移植实验

人胚胎干细胞小鼠体畸胎瘤(良性)→有三个胚层产生的组织：

三、胚胎干细胞研究的

伦理挑战

胚胎干细胞研究在伦理、道德和宗教方面遇到很大的障碍。

避孕、流产和体外授精在西方引起很大争议。

(一)存在的问题

1. 胚胎干细胞的来源是否符合法律与道德？

2.胚胎干细胞的应用是否会引起伦理及法律问题？

3.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？

4.如何看待克隆人的研究？

（二）反对人的观点

1.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。

2.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“邪恶”。

(三)支持者的观点

科学界和病人组织强烈呼吁政府支持这项研究。

2001年4月，James Watson博士(DNA双螺旋结构发明人、冷泉港实验室主任)倡导发起了由80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。

(四)西方政府的态度

1．美国总统布什

(1)当选总统前反对，当选后出于政治目的，同意政府有限支持。

2001年8月9日，布什作出决定，美国政府资助对2001年8月9日前得到的人体胚胎干细胞研究，但不支持从新的胚胎中获取干细胞的研究。

(2)同时，布什提出成立一个由科学家、医生、伦理学家、律师、神学家等组成的总统生物伦理专家委员会，指导干细胞的研究和管理。由芝加哥大学生物伦理学教授Leon Kass担任主席。

2．美国国立卫生研究院(NIH)

(1)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。

(2)NIH的年度经费为204亿美元，2000年投入干细胞研究2.26亿美元，其中用于人体成年干细胞研究为1.41亿美元。

(3)根据布什的决定，NIH对现存人体胚胎干细胞系进行登记，认定世界上有64个人体胚胎干细胞系符合联邦政府资助的标准。

(4)64个人体胚胎干细胞系分布在6个的10个机构中：瑞典24个，美国20个，印度10个，澳大利亚6个，以色列4个。

NIH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。

3．其他的态度

(1)德国禁止利用人体胚胎干细胞进行研究。

(2)澳大利亚开始仿效美国的作法，有限支持人体胚胎干细胞的研究。

(3)法国、英国、日本允许利用多余的胚胎和SCNT技术创造的胚胎进行干细胞研究。

第三节精原干细胞

精原干细胞来自原始生殖细胞。

胚胎外胚层原始生殖细胞双侧生殖腺嵴生精索(

曲细精管) 生精母细胞(精原干细胞的前体细胞) 成体精原干细胞一、精原细胞的增殖和

干细胞的再生

1．精原细胞的形态特征：

精原细胞紧贴于曲细精管的基膜，圆形或卵圆形，φ12μm，核大，除核糖体外其它细胞器

不发达。

2．精原细胞的增殖与类型：

精原细胞分为A型和B型。

A型：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，又分为Asingle、Apaired和Aaligned三种类型。

B型：分化型精原细胞。

其中Apr型即是进入精子分化的第一步。

A1型标志精原细胞开始定向分化。

B型标志精子开始形成。

二、精原细胞的分化及其控制

1．分化

Aal型精原细胞A1型精子

A1型精原细胞是精子形成的不可逆的调控点。机体对这一调控点有相当严格的控制。2．分化控制

(1)精原细胞分化抑制的影响因素：

动物模型研究表明，精子发生存在可逆性抑制，使A1型精原细胞不分化而增殖。

其影响因素如sertoli细胞的中毒、辐射损伤、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

sertoli细胞毒性药物2，5-己二酮

小鼠A1型精原细胞不能分化。

用促性腺激素释放激素的激动剂治疗后，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。

(2) Kit受体的作用

①Kit受体：即干细胞生长因子受体。属于生长因子受体类的原癌基因产物。

②作用：原始生殖细胞表达Kit受体，sertoli细胞分泌干细胞因子(SCF)。SCF通过与Kit受体结合促进细胞增殖。

③干细胞因子：有两种形式

在已二酮(hexanedione)导致精子发生衰退的大鼠中，sertoli细胞表达可溶性因子，经激素治

疗后，膜包被型数量增加。表明Kit-SCF在精原细胞分化中的作用。

(3) VitA的作用

VitA缺乏→精细胞退化，补充VitA或维甲酸→分化重新开始

推测：A型精原细胞中有维甲酸的核受体，因此维甲酸对A型精原细胞有作用，但这种作用依赖sertoli细胞。

三、精原细胞的凋亡

精子发生过程过细胞凋亡调节分化型精原细胞的密度。

分化型精原细胞在曲细精管不同部位差别很大，但原始生殖母细胞密度变化很小，是因为分化型的精原细胞在不同部位选择性地凋亡。

精子发生过程中的凋亡相关基因

（一）Bcl-2家族

1. bcl-2基因

①bcl-2基因：是1985年发现的一个原癌基因，与Ced基因有23%同源性。

②Bcl-2蛋白：bcl-2基因编码26kd的膜蛋白，存在于线粒体、核膜、质网膜上。生理功能主要是阻遏细胞凋亡，延长细胞寿命，对细胞增殖率和分化不产生影响。

2. Bcl-2 家族

(1)Bcl-2 家族：

Bcl-2家族包括Bcl-2结合蛋白和Bcl-2同源蛋白，它们在结构上有同源性，共同具有2个保守区域：即Bcl-2同源区BH1和BH2区段，功能相关，即诱导或抑制细胞凋亡。

这些蛋白包括Bcl-2、Bcl-xL、Bcl-xs、Bax、Bad、Bad-1以及线虫的CED-9等。

(2) Bcl-2 家族在细胞存在形式：

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：

同源二聚体Bcl-2-Bcl-2；

异源二聚体Bcl-2-Bax。

(3)Bcl-2蛋白家族主要成员及生理功能：

①Bcl-2：抑制细胞凋亡

②Bax ：诱导细胞凋亡

③bcl-x：通过mRNA不同剪切形成两种蛋白，Bcl-xl和Bcl-xs。

3. Bcl-2抑制凋亡的机制

Bcl-2抑制凋亡作用是通过与促凋亡基因Bax形成异源二聚体来实现。

(1)Bcl-2、Bax和Bcl-X的凋亡控制系统：

①Bax同源二聚体Bax-Bax，诱导凋亡；

②Bcl-2与Bax形成Bcl-2-Bax异源二聚体，结构比Bax-Bax同源二聚体更稳定，可“中和”Bax-Bax二聚体诱导凋亡的作用。

即细胞Bcl-2与Bax的表达水平调节细胞生存或凋亡。

③当Bcl-xs存在时，优先与Bcl-2形成异源Bcl-xs-Bcl-2二聚体，而使游离的Bax得以形成同源二聚体，诱导凋亡发生。

此时Bcl-2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：

Bcl-2家族蛋白形成异源二聚体，是依赖其同源结构域BH1和BH2。当Bcl-2中BH1和BH2区域的特定氨基酸被转换后，不能与Bax形成二聚体，而自身形成同源二聚体Bcl-2-Bcl-2，其抑制凋亡的功能丧失。

(3)精原细胞中的Bcl-2家族

①精原细胞不存在Bcl-2，但在Bcl-2转基因小鼠中，局部高密度诱导的精原细胞凋亡消失。说明虽然Bcl-2蛋白本身并不参与，但其家族成员控制着精子发生过程。即Bax和Bcl-X的表达和作用平衡控制精原细胞的密度相关性调亡。

②睾丸中表达Bcl-X基因有两种变异体Bcl-Xs和Bcl-Xl，前者促凋亡，后者抑凋亡。

③Bax基因是控制精原细胞凋亡的重要因素。剔除Bax基因小鼠无生育能力，其睾丸组化特征与Bcl-2和Bcl-Xl转基因小鼠相似，都表现出精细胞的聚集。

（二）P53蛋白

1．P53蛋白是由p53基因编码的由393个aa构成的核磷蛋白。在许多组织中有表达，特别是在胸腺、脾、睾丸和卵巢中表达量很高。

p53基因位于17q13。

2．p53蛋白的生物学功能

(1)p53蛋白与细胞中DNA损伤：

DNA损伤严重→p53蛋白表达水平急剧增加→细胞停止在G1期，等待细胞对DNA进行修复。

即p53通过监视DNA的忠实性和稳定性而调节细胞增殖，防止肿瘤发生。

(2)p53蛋白与细胞周期的控制：

野生型p53可以阻止细胞转化，抑制细胞成瘤能力。

p53是一个转录因子类的蛋白，可以促进细胞某些基因的表达。如GADO-45，mdm-2和p21基因。

p53蛋白抑制细胞分裂的功能很可能与促进p21基因表达有关，因为p21蛋白是细胞周期促进因子CDK的抑制剂。p21蛋白可通过与CDK结合而抑制CDK的激酶活性，从而使细胞停止在G1期。即p53蛋白在细胞通过促进p21基因的表达而抑制细胞周期。

(3)P53蛋白与癌蛋白的作用：P53蛋白可被癌基因产物结合而失活。

(4)P53蛋白对细胞凋亡的作用：P53蛋白水平增加可使有些类型的细胞发生凋亡，其机制之一就是当细胞中DNA损伤太严重时，细胞自身难以修复，选择凋亡以保证器官功能正常。3．P53蛋白与精原细胞凋亡

(1)p53缺陷型小鼠睾丸中A1型精原细胞比野生型小鼠多50%。

p53缺陷导致A1型精原细胞多的2种原因：一是正常p53蛋白参与不分化精原细胞的周期调节，二是正常p53蛋白可诱导这些细胞凋亡。

(2)p53缺陷型小鼠细线期精母细胞的数量与野生型小鼠相近，说明p53缺陷型小鼠仍能精确控制精原细胞分化水平。

第四节成体干细胞

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，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.

一、造血干细胞

造血干细胞是第一种被认识的组织特异性细胞。1961年Till和McCulloch首次通过小鼠脾集落形成实验证实造血干细胞在成体的存在。

1．形态：一般认为造血干细胞的形态类似小淋巴细胞。

2．细胞表面标志：表面标志比较多，临床上应用最多的是CD34。还可与KDR

(kinase insert domain recepter)配合鉴定造血干细胞和造血祖细胞。

实验：Zieglar用致死剂量照射小鼠后进行细胞移植实验。

3．造血干细胞的胚胎发生

中胚层细胞造血环境(大动脉、性腺脊、中期肾区) 胎肝髓系及淋巴系的前体细胞骨髓

4．造血干细胞的调控

(1)维持造血干细胞的数目恒定：干细胞因子

(2)影响干细胞的移行、数目维持、分化：成纤维细胞生长因子(FGF-1，FGF-1)、SDF-1、细胞外基质。

二、间充质干细胞(mesenchymal stem cell，MSC)

1．间充质干细胞的位置

间充质干细胞附着于骨髓窦的腔面，形成一种包埋于窦状网络中的三维细胞网络。(图，间充质干细胞)

2．MSC的分离与表面标志

(1)分离：

骨髓抽提物取1./ml密度界面上的细胞，贴壁生长的细胞中95~98%为MSC。根据细胞表面抗原获得MSC。

(2)MSC的特异性表面标志

通过流式细胞仪分析，间充质干细胞特异性表面抗原有：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。来源不同或在不同条件下，间充质干细胞可分化相应组织细胞。

如骨髓中的间充质干细胞可分化脂肪细胞、软骨细胞和成骨细胞。

在含有1-甲基-3-异丁基黄嘌呤、地塞米松、吲哚美辛的培养基中，95%间充质干细胞分化为脂肪细胞。

在含TGF-β3的无血清培养基中，间充质细胞会分化为软骨细胞。

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，可在骨损伤、先天性骨畸形有治疗中有广泛应用。

三、神经干细胞

传统观点：神经细胞无再生能力。

新发现：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。

1．神经干细胞的存在部位

哺乳动物中脑侧室的室管膜下区包括室管膜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干细胞存在的部位。

1992年Rynolds和Weiss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经干细胞。

Svendsen等用同样的方法从人的胚胎中分离出神经干细胞。

神经干细胞持续分裂→每周传代一次，可维持一年以上。

2．神经干细胞的生化特性

神经干细胞表达巢素蛋白，所有的神经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，巢素蛋白表达停止。

3．神经干细胞的维持与分化

(1)促进细胞增殖的因素：

表皮生长因子(EGF)，成纤维细胞生长因子-2(FGF-2)，对干细胞的存活、增殖和分化起重要作用。

EGF的主要作用是维持神经干细胞生存；FGF-2主要是以对细胞分化起作用。

(2)促进神经干细胞分化的因素：小牛血清。

用小牛血清替代EGF培养神经干细胞，细胞分化为星形胶质细胞、少突状细胞和神经元；巢素蛋白逐渐减少，出现神经元特有的微管结合蛋白–2及胶质细胞的特征性神经胶质原纤维酸性蛋白。

四、表皮干细胞

1．表皮干细胞的存在部位

(1)表皮干细胞位于表皮基底层。属于专能干细胞。能周期性的进入分化程序，最终分化为角质细胞。

(2)表皮增殖单位：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9个，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：

表皮增殖单位边缘的子细胞脱离基底膜后向上迁移经过棘细胞层和颗粒层细胞，最终形成角质化无核细胞。这层细胞不断脱落，由新生的细胞不断补充。

人体不同部位的皮肤更新速度约2~4周。在细胞迁移过程中，角质化伴随着分化过程。2．毛囊干细胞

毛囊组成：由外根鞘、根鞘和发干组成。

毛囊球：包括间充质细胞(团)构成的毛乳头和基质细胞。

基质细胞：产生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裂的上皮细胞。

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，毛乳头细胞团接受信号刺激后，膨胀部位的干细胞增殖产生新的毛囊。

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。

3．表皮干细胞的生化标志

(1)表达角蛋白5(keratin 5，K5)和K14分子：同角细胞相同。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，并具有韧性。

表达整合素：与Ⅳ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，在维持干细胞增殖和存活的信号传导途径中发挥重要作用。毛囊干细胞的增殖潜能非常大，体外一单独的毛囊干细胞在合适的条件下产生的子细胞数多达1.7×1038，大大超过了覆盖整个成体体表所需的细胞数。

五、肠干细胞

1．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组成，每一肠腺大约有250个细胞，其中有肠干细胞，位于肠腺的基部或近基部。

2．肠干细胞的增殖与分化

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。

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(Tc≥24小时)→过渡放大细胞(Tc=11小时)→迁移并分化→死亡落入肠腔。

3．肠干细胞的生化特征与分离

(1)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

4．肠干细胞的增殖分化调节

(1)转录因子调节

β-连环蛋白与Lef/Tcf家族成员结合Tcf4，启动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。

实验：Tcf4缺失小鼠肠干细胞发育缺陷。Lef/Tcf-β-catenin 有促进干细胞增殖，弱化干细胞在巢中附着的重要功能。

(2)蛋白质调节

肠干细胞合成的角蛋白K8可促进细胞分化。缺乏K8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。

(3)细胞分泌物的调节

小肠E-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也有重要调控作用。

第五节干细胞应用研究重点

一、移植研究—恢复器官功能

1．细胞治疗。

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。

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细胞来治疗。(图，干细胞及其应用)

如用神经细胞治疗神经变性疾病(帕金森氏综合征、享廷顿舞蹈症、老年痴呆症等)；

用胰岛细胞治疗糖尿病；

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，无法靠自身得到修复。可以用人体胚胎干细胞能直接分化成相应细胞进行移植。

2．基因治疗。即通过胚胎干细胞和基因工程技术，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的结果。

例如，对囊性纤维化病的治疗。

囊性纤维化病是一种基因缺陷遗传病，30岁以前致死。若在胚胎早期干细胞中将缺陷基因修正，再将修复后的胚胎干细胞嵌入胚胎中，将会生出一个健康的婴儿。

由于伦理和某些技术问题，现在还未展开此类实验。

二、基础研究

1．利用干细胞研究解释先天缺陷的产生原因和防治方法。

2．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遗传控制与环境条件等，便于在实验室中进行干细胞的培养和分化。

三、癌症治疗

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，直接破坏或改变癌细胞。

四、我国干细胞研究概况

1. 需要：我国人口多，需要干细胞移植治疗的疾病发病率与其他相同。

2. 迫切：我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性低，因此对干细胞及其衍生组织需求量大、迫切。

3. 研究与应用：

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造血干细胞。

如骨髓移植治疗血液病于20世纪70年代末开始，90年代以来已逐步普及应用外周血和脐血干细胞移植治疗血液病和肿瘤。

造血干细胞的特性

造血干细胞的特性 一、造血干细胞的起源 造血干细胞（hemopoietic stem cell,HSC）是存在于造血组织中的一群原始造血细胞，它不是组织固定细胞，可存在于造血组织及血液中。造血干细胞在人胚胎2周时可出现于卵黄囊，第4周开始转移至胚肝，妊娠5个月后，骨髓开始造血，出生后骨髓成为干细胞的主要来源。在造血组织中，所占比例甚少，如在小鼠骨髓中105核细胞中的有10个，在脾中105有核细胞中只有0.2个。 二、造血干细胞的形态 干细胞是一种嗜碱性独核细胞，其大小约为8μm，呈圆形，胞核为圆形或肾形，胞核较大，具有2个核仁，染色质细质而分散，胞浆呈浅蓝色不带颗粒，在形态上与小淋巴细胞极其相似，但淋巴细胞体积较小，染色质浓染，核仁不明显且有细胞器。因此很难用形态学识别干细胞，并与其它独核细胞相区别。 造血干细胞可包括三级分化水平，即多能干细胞（pleuripotent stem cell），定向干细胞（Committed stem cell）及其成熟的子代细胞。 关于对造血干细胞的功能分析，长期以来仅限于对小鼠干细胞的研究，而对人干细胞的存在只是来自间接证据，因为不能在人体内进行如鼠体内的功能分析法。70年代以来，由于建立了新的体外细胞培养技术，大大促进了对人干细胞的直接研究。 三、造血干细胞的表面标志 由于造血组织中造血干细胞在形态学方面无法与其它单核细胞区别，而且数量极少，这为造血干细胞的分离纯化并对其功能分析和分化的研究造成极大困难。 近年来由于单克隆抗体技术的进步，流式细胞仪（FACS）的应用，以及对小鼠和人造血干细胞表面标志的研究，取得了很大进展，为造血细胞的分离纯化及鉴定创造了条件。 1．Thy-1与丝裂原（wheat germ agglutinin,WGA）Visseer等发现小鼠骨髓中造血干细胞对WGA有高亲和性。利用这一特性，应用FACS自骨髓中分离造血干细胞应及核系Mac-1等谱系抗原与WGA反应性相结合，即可自骨髓中Lin-/WGA+细胞群中分离造血干细胞，也获得良好结果。 也有学者发现正常小鼠骨髓细胞中，也能表达低密度Thy-1抗原（Thy-11。）。如与上述标志组合，即自骨髓Thy-11。Lin-,WGA+细胞群中，分离造血干细胞，可用于对造血细胞的功能分析。 2．干细胞抗原（stem cellantigen-1,Sca-1）有学者制备一种抗原前T细胞杂交瘤的单克隆抗体，用这种单抗检出的抗原分子称为干细胞抗原-1（Sca-1）。其后有人自骨髓中Thy-1Io、Lin-、Sca-1+细胞群中，可分离纯人造血干细胞。 3．原癌基因（c-kit）最近证明造血干细胞与c-kit基因密切相关。C-kit可编码一种穿膜酪氨酸激酶受体分子。应用单克隆抗体证明此分子可存在于造血干细胞膜上，其后证明它的配体分子是造血干细胞因子（stem cell factor,SCF）。它是信号传导分子，对造血干细胞的分化具有重要作用。目前，小鼠多能干细胞表面分子标志可视为Thy-1Io、WGA+、c-kit+、Lin-。 c-kit分子可高频率表达于多能干细胞表面,但骨髓中c-kit+细胞可分化为各种血细胞，而胸腺中c-kit细胞可分化为淋巴细胞，不能分化为髓系细胞，所以胸腺内c-kit+细胞，可能是淋巴样干细胞（如下表）。 胸腺及骨髓中c-kit+细胞分化机制

干细胞生物特性及其应用

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干细胞特性以及培养技术交流

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。

简述干细胞的形态特征及其研究进展

简述干细胞的形态特征及其研究进展 干细胞是一类具有自我复制能力的原始的未分化细胞，是形成哺乳类各组织器官的原始的多潜能的细胞。在一定条件下，它可以分化成多种功能细胞。干细胞在形态上具有共性，通常呈圆形或椭圆形，细胞体积小，核相对较大，细胞核多为常染色质，并具有较高的端粒酶活性。根据它所处的发育阶段可以分为胚胎干细胞和成体干细胞。 胚胎干细胞的发育等级较高，是全能干细胞，而成体干细胞的发育等级较低，是多能干细胞或单能干细胞。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。 干细胞的形态特征： 干细胞具有自我更新复制的能力，能够产生高度分化的功能细胞。 1 胚胎干细胞：胚胎干细胞当受精卵分裂发育成囊胚时，内层细胞团的 细胞即为胚胎干细胞。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。进一步说，胚胎干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。 2 成体干细胞：成年动物的许多组织和器官，比如表皮和造血系统，具 有修复和再生的能力。成体干细胞在其中起着关键的作用。在特定条件下，成体干细胞或者产生新的干细胞，或者按一定的程序分化，形成新的功能细胞，从而使组织和器官保持生长和衰退的动态平衡。 3 造血干细胞：造血干细胞是体内各种血细胞的唯一来源，它主要存在 于骨髓、外周血、脐带血中。造血干细胞的移植是治疗血液系统疾病、先天性遗传疾病以及多发性和转移性恶性肿瘤疾病的最有效方法。 4 神经干细胞:理论上讲，任何一种中枢神经系统疾病都可归结为神经 干细胞功能的紊乱。脑和脊髓由于血脑屏障的存在使之在干细胞移植到中枢神经系统后不会产生免疫排斥反应。除此之外，神经干细胞的功能还可延伸到药物检测方面，对判断药物有效性、毒性有一定的作用。 5 肌肉干细胞:可发育分化为成肌细胞，可互相融合成为多核的肌纤维，形成骨骼肌最基本的结构。

干细胞特性及最新研究进展(精)

第26卷第3期2012年6月 白城师范学院学报 Journal of Baicheng Normal University Vol．26,No．3June ,2012 干细胞特性及最新研究进展 刘 惠 (白城医学高等专科学校,吉林白城137000 摘要:干细胞是人体的种子细胞,是构成人体各种组织细胞的最初来源,在一定条件 下, 它能分化演变成多种可利用的功能细胞．干细胞是一种具有自我更新,高度繁殖和多向分化潜能的细胞群体．近年来干细胞研究已经渗透到现代生命科学及医学的多个方向,该技术也实现了由实验室向临床应用的转化．干细胞疗法逐渐成为治疗多种疾病的新途径,具有重要的理论研究意义和临床应用价值．本文阐述了干细胞的特性及其在临床上的发展及应用． 关键词:干细胞;干细胞疗法;临床应用 中图分类号:Q813文献标识码:A 文章编号:1673-3118(201203-0032-03收稿日期:2011－12－14 作者简介:刘惠(1970———,女,白城医学高等专科学校讲师,研究方向:组织胚胎学．

干细胞从被发现至今,各国的科学家对其研究 的热情丝毫未减．从早期的干细胞调节机制研究到如何获取这类“全能”细胞,再到近些年对其临床应用的各项探索,相关研究推进了干细胞技术的不断进步,也为医疗应用带来了曙光． 1干细胞的分类 干细胞(stem cells ,SC 是人体的种子细胞,是 构成人体各种组织细胞的最初来源, 是一类具有自我复制能力的多潜能细胞群体,在一定条件下,它 可以分化成多种功能细胞．对于哺乳动物来说,根据干细胞所处的发育阶段分为胚胎干细胞(embry-onic stem cell ,ES 细胞和成体干细胞(somatic stem cell ．1．1 胚胎干细胞 胚胎干细胞(embryonic stem cell ,ES 细胞,亦作胚性干细胞,取自囊胚里的内细胞团,是从胚泡(早期胚胎阶段未分化的内部细胞团中得到的干细胞．它们是万能的,可以发育成为身体内200多种细胞类型中的任何一种． 开发和利用ES 细胞是目前生物工程领域主要研究的核心问题之一,并在诸多方面取得了良好的成绩．例如:德国和美国某医学研究小组, 在2010年成功的向试验小鼠体内移植了神经胶质 细胞,该细胞是由小鼠的胚胎干细胞培养的．此实验之后,密苏里的研究者通过实验小鼠的胚细胞移植技术,成功恢复了一只瘫痪的猫的部分肢体活动能力．随着胚胎干细胞的研究进展的日益深入,生命科学领域的研究人员对人体胚胎干细胞的了解与应用进入到一个崭新的水平．1998年,人类的胚胎干细胞就已经成功的培养

干细胞的生物学基本特征及其应用价值

干细胞的生物学基本特征及其应用价值 干细胞是具有多种分化潜能，自我更新能力和高度增殖能力的细胞。由于干细胞可无限扩增、易于遗传操作和冻存，且又不失其全能性或多能性，并在适当条件下，可被诱导分化 为多种细胞组织。因此干细胞的研究在基础研究领域和临床应用中具有重要的理论和实践意 义。1989年首例脐血造血干细胞移植治疗Fancni贫血获得成功后，即引起全球的关注。其后，学者们先后分离出不同组织的干细胞，使干细胞的研究进入新的高潮，生命科学研究的又一热点。 1 干细胞的研究简况 早在1945年临床上就开始对暴露于大剂量射线的人进行干细胞的移植。1961年，Till 和McCulloch提出了多能造血干细胞的概念，并且认为，干细胞就是在单一细胞水平具有自 我更新和多谱系分化的特性。从20世纪80年代开始，造血干细胞移植已经成为治疗许多疾 病的重要手段。1981年，Evans等首次成功地建立了小鼠胚胎干细胞系，后来人们陆续建立了兔、绵羊、山羊等动物和人类胚胎干细胞系。但是由于对于细胞的性质和功能认识的不足 以及研究技术缺乏，因而限制了干细胞研究的发展。 1998年，Science杂志上报道了关于ES细胞的研究后，重新点燃了人们对干细胞的热 情，与之同时，亦引发了有关人类ES研究的伦理学争论，1999年，美国议会许多议员提出：反对人类ES干细胞研究；同时美国许多州的法律规定，杀死胚胎属于犯罪行为。 因此人ES细胞的研究受到很大的阻碍。现在就人们对于细胞的研究状况来看，可按以 下两种方法对干细胞进行分类：第一，根据干细胞分化能力的不同可将其分为三类：①全能干细胞，如ES细胞。②多能干细胞，如成人组织干细胞。③单能干细胞，如出生后肝细胞 的再生来自于肝细胞，若肝细胞再生受阻，则来自于小管细胞。第二，根据分化类别的不同可将其分为：①神经干细胞，包括外周神经干细胞和中枢神经干细胞。②造血干细胞，包括脐血造血干细胞和外周血造血干细胞。③上皮干细胞。④视网膜干细胞。⑤ES干细胞，等等。 2 干细胞的生物学特性 2.1 多能性或全能性 干细胞具有分化为多种细胞类型的潜能，但不同干细胞的分化潜能有所不同。ES细胞具有全能性，可分化发育成构成机体任何一部分组织器官的能力。在体外，ES细胞可被诱导分化出包括3个胚层在内的所有分化细胞，在动物体内，ES细胞可分化产生出由3个胚层细胞构成的畸胎瘤。而多能干细胞，如神经干细胞具有多能性，即一个干细胞能产生出几种不同类型的细胞。若将从成年动物海马获得的神经干细胞扩增后移植回海马，则能产生出新的神经元和神经胶质；若将同样的干细胞移植到嘴侧的迁移流，则能产生嗅球神经元；若将同样的干细胞移植到成年动物通常不产生神经元的区域(如完整的大脑)，则不能产生神经元，但在受损时能产生神经胶质细胞；最引人瞩目的报道是将来自胚胎或成年鼠脑的遗传标 记的干细胞在体外扩增成球团后被移植到照射过的宿主鼠，则产生包括髓系和淋巴系甚至更 原始的造血干细胞。神经干细胞的研究不但说明了成年干细胞具有多能性.而且说明其多向分化的潜能与其所处的微环境有绝对的关系。综上可知，全能性或多能性是干细胞的关键内容。 2.2 自我更新能力 干细胞一旦形成，在机体终生都具有自我更新能力，这完全不同于有限自我更新能力的

干细胞研究的意义

干细胞研究的意义 干细胞工程是在细胞培养技术的基础上发展起来的一项新的细胞工程。它是利用干细 胞的增殖特性，多分化潜能及其增殖分化的高度有序性，通过体外培养干细胞、诱导干细胞 定向分化或利用转基因技术处理干细胞以改变其特性的方法，以达到利用干细胞为人类服务 的目的。 其主要研究内容一方面是胚胎干细胞的研究，如建立ES细胞系并利用ES细胞的发育多能性即环境因素对细胞分化发育的影响，定向诱导细胞分化为特定的细胞如肌细胞、神经细胞等作为细胞移植的新来源。另一方面成体干细胞的研究主要包括成体组织干细胞的分离培 养体内和植入体内，更新机体病变的组织器官恢复正常功能；并用干细胞作为基因治疗的靶细胞；研究体内有效活化组织干细胞的方法，增强其功能。 生物学上，通俗的讲：利用干细胞可以用来制造人身体上的一些器官，比如在一个人因 为一种什么原因而失去心脏功能，那么就可以用他自己的干细胞来制造一个新的心脏，最重要的是这个新的心脏不会受到自身免疫系统的攻击。 应用干细胞技术治疗疾目前，生命科学领域内对胚胎干细胞的研究和应用仅仅是一种尝 试，病至少还要经历三个阶段： 第一个阶段，把一种组织的成体干细胞直接移植给相应组织坏损的病人以治疗疾病。 第二阶段，如果掌握了干细胞向某种组织细胞分化的条件，就可以在体外对干细胞进行 诱导使之“定向”分化成所需的细胞。对于某些遗传性疾病，还可对干细胞进行基因修饰。 对经过“定向分化”或“基因修饰”后的干细胞进行筛选后，把“合格”的细胞移植给病人。 第三阶段，在体外进行“器官克隆”以供病人移植。不久前有人把从脊髓中提取的干细胞注射到一批瘫痪大鼠身上，经过六个月的治疗后，75%的瘫痪大鼠恢复了身上的肌肉，它们的肢体重新获得力量，可以四处跑动了。这是个好消息，说明尽管在体外培养一个具有正常生理功能和结构的人体器官，还只是一个“美好的愿望”，但已经不是遥不可及。

国内外干细胞牛人简介

榜样的力量是无穷的。每个领域都有取得杰出成就的成功人士，他们也是后生崇拜学习的偶像。科研领域也不例外。作为目前最热门的研究领域--干细胞，该领域的大牛都有谁？他们都在做什么？笔者总结了一下这个领域的牛人，分为国际篇、华人篇和国篇三部分介绍。本文仅代表笔者的个人观点，欢迎补充。 7 s2 z3 p- Z5 f. {) w / n: l5 ]) ]3 ], I' c! f 一、国际篇( Z2 S! S; q5 t, K& F) [+ S2 b! m2 L & u6 t. w8 s) j2 p 山中伸弥（Shinya Yamanaka） https://www.sodocs.net/doc/695222227.html,/gladstone/site/yamanaka/# n5 D& A- m% v- Z 5年前，提起Shinya Yamanaka，可能只有做胚胎干细胞的人略有耳闻，而现在他的名字在科研领域可谓是家喻户晓。虽然在iPS之前，他也做出了一些重要的工作，如发现Nanog 和Eras在小鼠胚胎干细胞中的作用(2003，Cell；2003，Nature)，但这些跟iPS相比，再好的工作光芒都会被掩盖，即使是CNS（Cell，Nature，Science）级别的工作。传统的观点认为核移植是获得个体特异的多能干细胞的主要途径，但该方法技术难度高，成功率低，至今没有获得人的核移植胚胎干细胞。笔者至今仍记得2007年初（刚进实验室）看到Shinya Yamanaka于2006年发表在Cell上关于iPS的论文时的兴奋心情。我立刻意识到这项工作的重要性，虽然他们最初的结果并不完美，当时获得的iPS细胞按现在的标准只能算是半成品，因此部分人对这项工作的看法是半信半疑。直到一年后，Shinya Yamanaka和Rudolf Jaenisch 同时在Nature上报道获得可以生殖系传递的iPS细胞，基本上打消了人们对这个发现的质疑，而随后越来越多的工作进一步证实这个发现。虽然这两年他的产出不多（2010年有分量的工作只有一篇PNAS），但仅凭2006年那篇论文已经使他成为诺贝尔奖最热门的候选人。 Rudolf Jaenisch( z& f9 R, h( ~* " { https://www.sodocs.net/doc/695222227.html,/research/faculty/jaenisch.html7 m+ ~) N g6 S 提到Rudolf Jaenisch，在干细胞领域可谓是人尽皆知。1967年从德国慕尼黑大学获得博士学位，现就职于美国麻省理工学院（MIT）的whitehead 研究所，他是该研究所的创始人之一。Rudolf Jaenisch在一系列领域都做出了有影响的工作，包括基因敲除小鼠、表观遗传学研究、核移植、iPS等，并将这些领域的几乎所有的重要问题都解决，唯一的遗憾是自己开创的领域不多。笔者有幸听过一次他的讲座，也同他有过简短的交谈，给人总体印象是一个典型的德国人，比较严肃。他曾经担任过国际干细胞学会的主席。 % q# H. r* I& d+ b% x6 ]* \7 v7 g Austin Smith) Z' y, H$ s. l' S1 C https://www.sodocs.net/doc/695222227.html,/research/smith/smith.html Austin Smith于1982-1986年在爱丁堡大学获得博士学位，之后在牛津大学完成博士后训练。1990年，他在爱丁堡大学基因组研究中心获得职位，1996年成为该中心主任，并将该中心发展成英国第一个干细胞研究所。2006年，他前往剑桥大学。目前是威尔卡姆干细胞研究信托中心（Wellcome Trust Centre for Stem Cell Research）主任。Austin Smith在小鼠胚胎干细胞领域做出一系列杰出的工作，如阐明Oct4在维持胚胎干细胞多能性中的作用（1998，Cell；2000，Nat Genet）；和Yamanaka同时发现Nanog在维持胚胎干细胞多能性中的作用（2003，Cell）；阐明Lif/Stat3和BMP/Id通路在维持胚胎干细胞多能性中的作用；提出多能性的ground state理论（2008，Nature）并应用其首次建立大鼠的胚胎干细胞系（2008，Cell）。+ ]* q6 D3 S* }0 T 和Rudolf Jaenisch一样，他的许多学生都成为优秀的科学家，如日本RIKEN发育生物学中

干细胞研究进展及应用前景展望

干细胞研究进展及应用前景展望 湖北师范学院生科院1104班李振坤2011114020412 摘要：干细胞是一类具有自我更新能力的多向分化潜能细胞，在一定条件下可以分化为多种功能的组织和器官，具有重要的理论研究意义和临床应用价值。近年来的研究成果不仅揭示了许多有关细胞生长发育的基础理论难题，也在创伤修复、神经再生、抵抗衰老、糖尿病、帕金森氏症、老年痴呆、白血病、肿瘤等疾病的治疗方面显示了巨大的应用潜力，是应用生物学进入一个崭新的领域。 关键词：干细胞；分化；诱导性多能干细胞；糖尿病；肿瘤；伦理争议；正文： 1. 干细胞 在人类生命形成的开始，单个受精卵可以分裂发育形成不同的组织和器官，并通过进一步分裂分化，形成生命个体。在成体细胞中，大部分高度分化的细胞则失去了再分化的能力，而特定组织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，这种具有在分化能力的细胞，即为干细胞。 干细胞（Stem Cells，SC）是一类具有自我更新能力的多向分化潜能细胞，在一定的条件下，它可以分化成多种功能的器官组织。这些细胞呈圆形或椭圆形，体积较小，核质比大，具有较强的端粒酶活性，因此具有较强的增殖能力。 干细胞是一种未充分分化、尚不成熟的细胞，其再生各种组织器官和人体的潜在功能，吸引着越来越多人的眼球。 2. 干细胞的研究历史 干细胞的研究被认为起始于二十世纪六十年代，加拿大科学家James E. Till和Ernest A.McCulloch发现并命名造血干细胞之后。 60年代，几个近亲种系的小鼠睾丸畸胎瘤的研究表明，其来源于胚胎干细胞，确立了胚胎癌细胞是一种干细胞； 1968年，Edwards 和Bavister 在体外获得了第一个人卵子； 1978年，第一个试管婴儿Louise Brown 在英国诞生。 1981年，Evan, Kaufman 和Martin从小鼠胚泡内细胞群分离出小鼠ES细胞，建立了小鼠干细胞体外培养条件，将干细胞注入上鼠，能诱导形成畸胎瘤。 1984-1988年，Anderews 等人从人睾丸畸胎瘤细胞系Tera-2中产生出多能的、克隆化的胚胎癌细胞，克隆的干细胞在视黄酸的作用下分化形成神经元细胞和其他类型的细胞。 1992年，Reynolds和Richards先后在成年鼠的纹状体和海马中分离出神经干细胞。中国科学院研究生院《细胞生物学》 201028003833091 王艳妨化学学院 1996年，轰动世界的polly羊诞生，引发了干细胞研究的热潮。 1998年，德美医学小组和密苏里小组成功地培养出人类胚胎干细胞（ESC），使得利用人类ESC治疗各种疾病成为可能。 1999年，Goodell实验室首先报道，小鼠源骨骼肌成体干细胞具有很强的横向分化能力，能分化形成各种血细胞。 2001年，Reubinoff BE指出，ESC可诱导产生神经祖细胞，这些神经祖细胞移植到新生鼠的脑室后，将广泛分布与脑部软组织中，并且在一个特定区域能够分化成三种神经细胞谱系的祖细胞。 2003年，建立了人类皮肤细胞与兔子卵细胞种间融合的方法，为人胚胎干细胞研究提供了

干细胞特性以及培养技术交流

如Tcf/Lef转录因子家族对上皮干细胞的分化： Tcf/Lef与β-Catenin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毛囊。（二）受体介导的细胞-细胞 相互作用 如果蝇的Notch基因产物Notch受体。 Notch的配体为Delta基因产物，两者均为细胞表面跨膜蛋白。两者结合后在果蝇刚毛器的发育中起调节作用的蛋白质。 (图，果蝇刚毛) Notch受体 果蝇的每个刚毛器由一个神经前体细胞发育成，而神经前体细胞又是从含多个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Notch和Delta的基因调节。 Notch与其配体Delta结合后，通过细胞间相互作用，向细胞核传递抑制信号，对相邻细胞侧向抑制，只使某个神经原细胞获得较强的竞争能力，被选择发育为神经前体细胞。 即当Notch与其配体结合时，干细胞进行非分化性增殖；当Notch活性被抑制时，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 1.胞间基质：即细胞外基质，指分布于细胞外空间，由细胞分泌蛋白和多糖构成的网络结构。 2.作用：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。 3.细胞外基质的种类： (1) 胶原 胶原是细胞外基质中的主要框架结构。 目前发现的胶原至少19种。每种胶原的结构特性均与其特定功能相适应。可形成胶原纤维(Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ型)、三维网络结构(Ⅳ型)的片层胶原。 胶原是构成基底膜的主要成分之一，并与细胞基质中的其它成分一起构成结构与功能的统一体。为干细胞生存及生命活动提供微环境。 (2) 层粘连蛋白(laminin，LN) 层粘连蛋白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。 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。 层粘连蛋白的功能： 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铺展，促进生长增殖；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、间质细胞分化为肾细胞、上皮细胞等。 (3)纤粘连蛋白(fibronectin，FN) 纤粘连蛋白分血浆FN和细胞FN。 血浆FN存在于血浆及各种体液中； 细胞FN存在于细胞外基质(包括某些基膜)及细胞表面。 细胞FN为多聚体，有20种以上。是同一基因的编码产物，转录后由于RNA拼接不同形成多

干细胞试题

试题 一、单项选择题： 1．下列细胞中能称为干细胞的是（） A.卵细胞 B.体细胞 C.卵裂期的细胞 D.肝细胞 2. 一般情况下，下列的细胞中分化的程度由高到低的顺序依次是（） a卵细胞b受精卵c胚胎干细胞d造血干细胞e神经细胞 A. eabcd B. ecabd C. eadbc D. eadcb 3. 胚胎干细胞是哺乳动物或人早期胚胎中的细胞，再进一步分裂、分化形成各 种组织干细胞。下列叙述不正确的是（） A. 各种组织干细胞分化形成各种不同组织细胞是基因选择性表达的结果 B. 胚胎干细胞有细胞周期，神经干细胞分化形成的神经细胞没有细胞周期 C. 造血干细胞分化形成红细胞、白细胞的过程是不可逆的 D. 肝脏干细胞分化形成肝脏细胞的过程表现了细胞的全能性 4、抽出的血液加抗凝剂后离心沉淀，血液分为三层，从上至下为( ) A．血清，白细胞和血小板，红细胞 B．血清，红细胞，白细胞和血小板 C．血浆，白细胞和血小板，红细胞 D．血浆，红细胞，白细胞和血小板 5、关于单核细胞的描述，下列哪项错误? ( ) A．体积最大的血细胞 B．胞质内无颗粒 C．核染色质颗粒细而松散 D．胞质染成灰蓝色 6．下列不属于实验室一级防护屏障的是: ( ) A生物安全柜 B 防护服 C口罩 D 缓冲间 7．二级生物安全实验室必须配备的设备是 ( ) A 生物安全柜、培养箱 B 生物安全柜和水浴箱 C 生物安全柜和高压灭菌器 D 离心机和高压灭菌器

8．PCR实验室要求严格分区，一般分为以下四区（） A 主实验区、样本置备区、产物扩增区、产物分析区 B 试剂准备区、样本置备区、产物扩增区、产物分析区 C 主实验区、样本置备区、产物扩增区、试剂准备区 D 主实验区、试剂准备区、产物扩增区、产物分析区 9．生物安全柜操作时废物袋以及盛放废弃吸管的容器放置要求不正确的（） A 废物袋以及盛放废弃吸管的容器等必须放在安全柜内而不应放在安全 柜之外 B 因其体积大的放在生物安全柜一侧就可以 C 污染的吸管、容器等应先在放于安全柜中装有消毒液的容器中消毒1h 以上，方可处理 D 消毒液后的废弃物方可转人医疗废物专用垃圾袋中进行高压灭菌等处 理 10．避免感染性物质扩散实验操作注意点（） A 微生物接种环直径应为2～3mm并且完全闭合，柄的长度不应超过6cm B 应该使用密闭的微型电加热灭菌接种环,最好使用一次性的、无需灭菌 的接种环 C 小心操作干燥的痰标本，以免产生气溶胶 D 以上都是 11．干热灭菌效果监测应采用（）作生物指示物 A 嗜热脂肪杆菌芽孢 B 枯草杆菌黑色变种芽孢 C 短小芽孢杆菌 D 粪链球菌 12．脱卸个人防护装备的顺序是（） A 外层手套→防护眼镜→防护服→口罩帽子→内层手套 B 防护眼镜→外层手套→口罩帽子→防护服→内层手套 C 防护服→防护眼镜→口罩帽子→外层手套→内层手套 D 口罩帽子→外层手套→防护眼镜→内层手套→防护服 13.全自动高压灭菌器的使用哪项是正确的（） A 同类物品装放一起 B 液体和固体物品分开存放 C 敷料与器械同时灭菌时，应将敷料放在下层 D 常用各种物品的灭菌时间(110-121℃)20-30min 14. 在全能干细胞的发育过程中，皮肤和眼睛分别由哪个胚层发育而来（）