干细胞与组织维持和再生学习课件

干细胞与组织的

维持和再生（stem cell and tissue regeneration）

内容

概述

第一节干细胞基础生物学

第二节胚胎干细胞和组织干细胞第三节干细胞“干性”的调节机制

第四节干细胞与疾病的关系

第五节细胞重编程及诱导多能干细胞

概述

再生（regeneration）

部分缺失或者受损的组织器官重新生长并保持较完整的生理功能的过程。

组织修复

组织再生

物种的再生能力与组织和器官的分化程度相反

?低等生物的肢体再生

?成人组织器官损伤后的再生

组织的维持和再生与干细胞密切相关

?胚胎干细胞是目前已知分化功能最为强大的干细胞。?组织干细胞保持着自我更新和分化的潜能，维持组织器官的稳态平衡。

一、干细胞是具有自我更新与分化潜能的未分化或低分

化细胞

第一节干细胞基础生物学

（stem cell biology ）

干细胞具有“无限”的增殖能力，

能够产生与母代细胞完全相同的子

代细胞，维持该干细胞种群。

自我更新分化潜能

干细胞能分化生成不同表型的成熟

细胞，例如胚胎干细胞可以分化形成

个体的所有成熟细胞类型。

干细胞的独特增殖方式

干细胞具有独特的增殖方式，即非对称分裂（asymmetric division）。干细胞通过非对称分裂产生与一个与母代细胞完全相同的子代细胞，以保持干细胞稳定；同时还产生过渡放大细胞（TA 细胞），再由过渡放大细胞经过若干次分裂，最终产生分化细胞。

二、干细胞具有区别于其他类型细胞

的重要生物学特征

（一）干细胞具有“无限”的自我更新能力（二）多向分化潜能是干细胞的另外一个主要特征

（三）干细胞具有未分化或低分化特性

三、干细胞具有不同的分类方法

?根据细胞所处的发育阶段和发生学来源的不同，分为胚胎干细胞、组织干细胞和生殖干细胞。

?根据细胞分化潜能不同，分为全能干细胞

（totipotent stem cells）、多能干细胞（pluripotent stem cells，或multipotent stem cells）和单能干细胞（unipotent stem cells）。

四、干细胞的来源和组织类型不同决

定其独特的生物学特征

（一）胚胎干细胞表达特征性的基因产物和表面标记分子

特征性基因产物如SSEA-3，SSEA-4,TRA-1-60，

TRA-1-81,碱性磷酸酶等整合素如整合素α6和β1，连接蛋白43等

转录因子如Oct3/4，Nanog，Sox2 等

（二）组织干细胞具有组织定向分化能力和特定组织定居能力

?谱系定向分化能力

组织干细胞进一步分化为专能祖细胞，最终成

为终末分化细胞。细胞分化的过程是组织干细

胞获得特定组织细胞形态、表型以及功能特征

的过程。

?特定组织定居的能力

组织干细胞可对组织再生的特异刺激和信号分

子产生应答，分化为特定类型的组织细胞，替

代受损细胞或死亡细胞的功能。

组织干细胞的特征性表面分子

?神经干细胞Nestin、CD133和CD24等

?骨髓间充质细胞CD29、CD44、CD166等

?造血干细胞Ly6A/E（Sca-1）、CD34和CD133等

?概念五、组织干细胞具有分化的可塑性

组织干细胞跨系谱甚至跨胚层分化的

潜能，称为组织干细胞的可塑性

(plasticity) 。

如骨髓间充质干细胞可以跨胚层向肝脏、心肌、胰腺或神经细胞分化，而肌肉、神经干细胞也可以向造血干细胞分化。

组织干细胞和多能干细胞用圆形表示，分化细胞用方形表示。

六、干细胞的来源、定位和功能

（一）胚胎干细胞主要来源于植入前胚胎内细胞团

胚胎干细胞的来源与早期分化

（二）胚胎期胚层细胞分化以后形成组织干细胞的前体细胞

?胚胎期血液系统的发育是一个动态过程

小鼠造血系统发育的第一个部位是胚外卵黄囊，

随后是胚内的主动脉-性腺-中肾区（aorta-

gonad-mesonephros，AGM区），然后逐渐移

位到胚胎期肝脏、骨髓，最后发育为成体的造

血系统。

?神经干细胞出现在原肠胚期胚胎外胚层形成神经组织以后

?神经板的诱导和神经干细胞的出现都标志着形成神经系统定向发育的胚系祖细胞

?神经干细胞的发育具有时间和空间调控的特点

七、干细胞微环境是干细胞维持自我

更新和分化潜能的重要场所

?概念个体出生以后，组织干细胞（包括生殖干细胞）生活的特殊微环境称为干细胞微环境，又称为干细胞巢（stem cell niche）。不同组织类型的“干细胞微环境”的组成及定位不同。

（一）干细胞需要特殊的微环境才能执行正常的生理功能?干细胞需要特殊的微环境才能执行正常的生理

功能。如果将造血干细胞从其正常生存的微环境

中分离，它们即丧失了自我更新的能力。

?微环境还能调控干细胞的分化发育方向，例如，

在不同信号途径构成的微环境中，干细胞能向不

同的谱系细胞分化。

果蝇卵巢干细胞微环境

果蝇卵巢干细胞微环境成年果蝇卵巢生殖干细胞（germline stem cell，GSC）位于卵巢原卵区的顶部，并被三种不同的基质细胞群所包绕：端丝(terminal

filament)、帽细胞(cap cell)以及内鞘细胞（inner sheath cell）。这三种基质细胞以及基膜共同构成GSC微环境，其中帽细胞通过E-cadherin介导的紧密连接将GSC固定在微环境中，与其他基质细胞产生的细胞信号分子如BMP、Notch等共同调控GSC的生长和分化。

（二）干细胞微环境包括多种组成成分

?信号分子:以自分泌或旁分泌的形式影响干细

胞的增殖与分化。

?细胞黏附分子:确保干细胞定居于微环境中，并

接受信号分子的调节。

?细胞外基质:对干细胞正常功能的维持提供了重要信号，并且可以直接调节干细胞的分化方向。?空间效应:空间结构对保持适宜的干细胞数目和

干细胞的定向分化发挥了重要作用。