干细胞与免疫课件

1、第六章干细胞与免疫Stem cells and Immunity鲍永华()新乡医学院免疫学教研室授 课 内 容一、文章的特点、构思和发表二、干细胞基础知识三、干细胞与免疫一、科研论文的特点、 构思和发表过程研究方向选择学校选择导师考试成功后与导师沟通，谈自己感兴趣的方向或自己的想法，便于导师安排你的课题论文构思、形成和发表一、选题和构思二、预实验和初步设想三、实验研究和结果分析四、根据结果调整课题设计和构思五、整理数据、撰写论文六、投稿七、修改、补充数据八、发表二、注意人际交流和互动正确定位 虚心学习 充分利用 换位思考 互相理解 合作互利导师研究生研究生研究生合作者认真阅读课题组已发表的论文

2、和研究生的毕业论文，向师兄师姐了解课题组现在课题情况阅读相关的综述，学习基本概念和研究的概况精读几篇重要论文了解最新进展三、读文献、了解有关研究进展五、选题过程本课题组或他人研究工作的发展查阅文献（批评的眼光看文献）预实验（关键实验、严格对照）六、课题的发展和变化随时分析结果关注相关研究动态及时调整实验设计和课题方向注意的问题你应是这一课题的国际权威，不能依赖别人（导师、师兄师姐）没有不变的课题，不变的课题不是好课题没有准备不要做实验实验记录真实、详细注意观察、多做实验随时与他人交流想法论文的基本结构Introduction: 研究什么问题？为什么研究这个问题？Methods：如何研究的？Re

3、sults：发现了什么？Discussion：这些发现意味着什么？标 题 重要性和创新点包含所有关键词 （检索）吸引人用动词、句子摘 要 缩写的论文150250个词关键的创新点和意义致谢其他人的帮助基金资助 文献认真（都要看过）不要弄错论文的投稿和评阅选择高一点的刊物注意刊物的读者范围注意投稿要求投稿信（cover letter）论文的校对和出版校样（galley proof）校对和订正(不能有大的改动)定购单行本（reprint）版权学术道德不能改变或伪造数据不能剽窃自己或他人论文不能一稿两投不能忽视或抹煞别人的贡献论文不能随意署名论文的版权问题二、 干细胞的基础知识根据干细胞所处的发育阶段

4、分为两类：胚胎干细胞(embryonic stem cell，ES细胞)成体干细胞(somatic stem cell)根据干细胞的发育潜能分为三类：全能干细胞(totipotent stem cell,TSC)多能干细胞（pluripotent stem cell）单能干细胞（unipotent stem cell）1.2 干细胞的分类1.3 几种干细胞形态胚胎干细胞造血干细胞神经干细胞1.4.1 全能干细胞全能干细胞是生命的起源: 受精卵就是全能干细胞，它具有全能性，能够发育成完整的个体。 1.4.2 胚胎干细胞（Embryonic Stem cell, ES细胞）胚胎干细胞是组织器官发育

5、的基础: 从受精后的第15天至56天为胚期，在这一阶段的细胞为胚胎干细胞，它由全能干细胞分化产生，丧失全能性，不能发育成完整的个体，但具有很强的增殖能力和多向分化的潜能。可以根据机体的需求产生人体内230多种功能细胞。接受信号能力强，能及时分化出种类全、质量好的细胞。 目前人类胚胎干细胞已可成功地在体外培养 1.4.3 成体干细胞成体干细胞是组织修复再生的基础: 成体干细胞（专能干细胞）由胚胎干细胞进一步分化产生，分化潜能进一步受到限制，只能按 所在组织器官要求分化出相对应的功能细胞。已经报道的含有干细胞的成体组织包括：脑、骨髓、外周血液、血管、骨骼肌、皮肤和肝脏。 1.4.4 造血干细胞造血

6、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。人类骨髓中存在造血干细胞，数量不到骨髓总细胞数的百分之一。 在20世纪五十年代，临床上就开始应用骨髓移植（BMT）方法来治疗血液系统疾病。1.4.5 神经干细胞不同的神经干细胞类型产生的子代细胞种类不同。神经管上皮细胞;神经母细胞神经干细胞的研究仍处于初级阶段。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。1.4.6 诱导多潜能性干细胞诱导多潜能性干细胞(induced pluripotent stem cells, iPS 细胞)是通过在分化的体细胞中表达特定的几个转录因子, 来诱导体细胞的重编程而获得

7、的可不断自我更新(self-renewal)且具有多向分化潜能的细胞.自从2006 年Takahashi 和Yamanaka 报道成功地建立小鼠的iPS 细胞以来, iPS 细胞与胚胎干细胞功能类似。全世界众多实验室开始了iPS 细胞研究, 并取得了巨大进展。构建iPS 细胞示意图通过逆转录病毒、慢病毒、腺病毒、质粒转染、转座子、附着体载体或蛋白质直接介导, 在体细胞中表达特定转录因子的组合, 例如最常用的Yamanaka 因子, Oct4, Sox2, Klf4 和c-Myc, 从而诱导体细胞的重编程, 以得到多潜能性的iPS 细胞. 一些化合物, 如DNA 甲基化酶抑制剂、组蛋白去乙酰化酶

8、抑制剂、以及信号传导通路的抑制剂等, 可以促进iPS 细胞的形成. 通过使用这些化合物, 可以减少所需外源因子的数量, 也可提高建立iPS 细胞的效率. iPS细胞具有和胚胎干细胞类似的功能，却绕开了胚胎干细胞研究一直面临的伦理和法律等诸多障碍，成为干细胞研究的热点领域之一。国内干细胞研究机构中国科学院广州生物医药与健康研究院（诱导多能干细胞机理研究） 中国科学院动物所周琪研究员【主要从事体细胞重编程机制、干细胞及再生医学相关的研究工作。现已建立多种克隆动物模型（兔、小鼠、牛、大鼠等多种动物）】 干细胞国内网站/about-cell.asp?actionid=159&bdclkid=x2-_J

9、21mlY6kxwm4duqVKafRaa8K0gscI4jlQYL5VI7P（吉林大学通源生物工程）/index.php?gid=1 (干细胞之家论坛）国外相关网站 Stem Cell Sciences, Inc. bmt infonet Cord Blood Donor Foundation (CBDF) Bone Marrow Transplant support Group http:/www.bmtsupport.ie Gottlieb Lab /gottlieb/index.aspl三、干细胞与免疫间充质干细胞(MSCs)间充质干细胞(Mesenchymal Stromal Cel

10、l，MSCs)，主要存在于结缔组织和器官间质中，如骨髓、脂肪组织、新生儿脐带及胎盘等，以骨髓组织中含量最为丰富，由于骨髓是其主要来源，因此统称为骨髓间充质干细胞。MSCs具有良好的免疫调节作用，使其在治疗自身免疫疾病方面具有较好的应用前景，也由此引发了临床医生与研究者的兴趣。骨髓间充质干细胞为造血干细胞创造生态位Nature:骨髓间充质干细胞为造血干细胞创造生态位“这是第一次证明一类干细胞可以调控另一类干细胞，” 研究者证实造血干细胞特性的维持受到另一种干细胞群间充质干细胞（MSCs）信号的调控，间充质干细胞为造血干细胞创造了支持性骨髓生态位。 这些结果证明了间充质干细胞是维持造血干细胞特性及

11、归巢到骨髓所必需的。”生态位是一个种群在生态系统中，在时间空间上所占据的位置及其与相关种群之间的功能关系与作用。骨髓间充质干细胞具有以下特性：一、具有强大的增殖能力和多向分化潜能，在适宜的体内或体外环境下不仅可分化为造血细胞，还具有分化为肌细胞、肝细胞、成骨细胞、软骨细胞、基质细胞等多种细胞的能力。 二、具有免疫调节功能，通过细胞间的相互作用及产生细胞因子抑制T细胞的增殖及其免疫反应 ，从而发挥免疫重建的功能。三、具有来源方便，易于分离、培养、扩增和纯化，多次传代扩增后仍具有干细胞特性，不存在免疫排斥的特性。正是由于间充质干细胞所具备的这些免疫学特性，使其在自身免疫性疾病以及各种替代治疗等方面

12、具有广阔的临床应用前景。通过自体移植可以重建组织器官的结构和功能，并且可避免免疫排斥反应 骨髓间充质干细胞/index.asp赛业干细胞研究中心 针对间质干细胞向成骨、成脂方向分化添加了特殊的诱导物质，能高效促进间质干细胞的成骨和成脂诱导效果。第二节 间质干细胞与免疫调节早在19 世纪德国病理学家在研究创伤愈合时首先提出了骨髓间质干细胞的观点；1997年，Erices 等首次报道了脐血中可能存在间质干细胞；2000年，Zvaifler 等利用密度梯度离心和细胞洗脱等方法从外周血中获得了MSCs；2001年，Campagnoli 等在3 个月胎儿的血、肝和骨髓中分离出了MSCs。2.1 间质干细

13、胞的生物学特征MSCs 中大约有20 %的是静止细胞,这表明MSCs 具有强大的增殖能力。在体外培养每传一代细胞数量可增加2倍以上, 25 代时其表型及分化潜能不发生明显的改变。但是如果在体外高度扩增的话(超过25 代) ,部分MSCs 表现出凋亡的特征,而且MSCs 还会丢失其特征性表志物。2.2 间质干细胞的表面标记目前，对于MSC的表面标志物尚无确定结论,利用流式细胞仪的研究显示,MSC 的表面抗原具有非专一性,它表达了间质细胞、内皮细胞和表皮细胞的表面标志。2.3 MSC的免疫学特性（一）MSC具有低免疫原性 不表达MHCII类抗原，不引起T细胞的增殖（二）MSC具有免疫抑制功能 在混

14、合淋巴细胞培养中，MSC能抑制混合淋巴细胞反应以及丝裂原刺激的T细胞的增殖，预防移植物抗宿主病（graft-versus-host disease， GVHD）2.4 间质干细胞与细胞治疗间质干细胞与骨修复间质干细胞与造血间质干细胞与神经系统疾病的治疗间质干细胞与心肌修复间质干细胞与基因治疗间质干细胞与自身免疫性疾病自身免疫性疾病是免疫系统对自身机体的成份发生免疫反应，造成损害而引发疾病。 2.5 MSC的免疫潜力虽然MSC的免疫潜力仍有争议，但其却很有应用前景。许多免疫细胞参与这一进程：（1）明确MSC对T细胞的抑制作用，对造血干细胞移植（HSCT）很有前景；（2）MSC调节淋巴细胞形成；（

15、3）MSC和树突状细胞（DC）互相作用、可以减弱基于DC的肿瘤治疗效果；（4）MSC抑制NK细胞和（或）B细胞，从而给RPL、自身免疫性疾病等治疗带来希望。第三节 造血干细胞移植在自身免疫病中的应用及机制研究自身免疫病（autoimmune disease，AD），如系统性红斑狼疮（SLE）等以B淋巴细胞的过度激活或产生大量的自身抗体为主要特征，具有较高的致残率和病死率。造血干细胞移植（hematopoietic stem cell transplantation，HSCT）治疗自身免疫病是这一领域的重要进展。造血干细胞移植，按造血干细胞的来源部位可分为骨髓移植、外周血干细胞移植和脐血干细胞移

16、植。 三种造血干细胞移植方式的对比HSCT主要分为异基因干细胞移植（allo-HSCT）和自体干细胞移植（auto-HSCT）严重的自身免疫病在给予大剂量免疫抑制治疗后行auto-HSCT已发展成为一种很有前景的治疗方法，并成为目前风湿病学和血液学的研究热点。自体造血干细胞移植治疗机制 加快造血和免疫功能的重建，减少感染、出血等并发症的发生，降低移植相关死亡率。1. T、B淋巴细胞再生过程中免疫耐受的诱导 -TCR基因重排减少导致对抗原刺激的反应减弱或无反应，和移植后机会性感染有关。2. 免疫重建过程中达到新的免疫平衡-功能性B淋巴细胞的恢复；胸腺及胸腺外T淋巴细胞的发生和发展；免疫效应细胞C

17、TL和NK细胞的恢复；对抗原的处理及提呈功能的恢复。 但是由于不能完全清除移植物中残留的HSC以及SLE患者体内残存的HSC，移植后复发是auto-HSCT致命的缺陷。异体造血干细胞移植治疗机制 理论上看，allo-HSCT可能更有效。（）回输的干细胞源于健康供者，不会混入患者自身的免疫细胞；（）移植物产生移植物自身免疫（GVA）效应；（）可形成混合嵌合体（MC），诱导免疫耐受。第四节胰岛B细胞的再生和适应性免疫的重建型糖尿病是由于产生胰岛素的细胞破坏导致的一种自身免疫病。胰腺干细胞移植治疗的需求日益增多。干细胞应用的基础调控干细胞的调控是指给出适当的因子条件，对干细胞的增值和分化进行调控，使

18、之向指定的方向发展。内源性调控外源性调控1 内源性调控干细胞自身有许多调控因子可对外界信号起反应从而调节其增殖和分化（1）细胞内蛋白对干细胞分裂的调控在果蝇卵巢中，调控干细胞不对称分裂的是一种称为收缩体的细胞器，包含有许多调节蛋白，如膜收缩蛋白和细胞周期素A。收缩体与纺锤体的结合决定了干细胞分裂的部位，从而把维持干细胞性状所必需的成分保留在子代干细胞中。 （2）转录因子的调控在胚胎干细胞的发生中，转录因子Oct4是必需的。Oct4是一种哺乳动物早期胚胎细胞表达的转录因子，它诱导表达的靶基因产物是FGF-4等生长因子，能够通过生长因子的旁分泌作用调节干细胞以及周围滋养层的进一步分化。Oct4缺失

19、突变的胚胎只能发育到囊胚期，其内部细胞不能发育成内层细胞团 白血病抑制因子（LIF） Tcf/Lef转录因子 2 外源性调控干细胞的分化还可受到其周围组织及细胞外基质等外源性因素的影响 （1）分泌因子间质细胞能够分泌许多因子，维持干细胞的增殖，分化和存活.有两类因子在不同组织甚至不同种属中都发挥重要作用，它们是TGF家族和Wnt信号通路。 （2）膜蛋白介导的细胞间的相互作用 有些信号是通过细胞-细胞的直接接触起作用的。-Catenin就是一种介导细胞粘附连接的结构成分。穿膜蛋白Notch及其配体Delta或Jagged也对干细胞分化有重要影响。（3）整合素（Integrin）与细胞外基质 整合

20、素家族是介导干细胞与细胞外基质粘附的最主要的分子。整合素与其配体的相互作用为干细胞的非分化增殖提供了适当的微环境。1整合素干细胞的可塑性 通常情况下，供体的干细胞在受体中分化为与其组织来源一致的细胞。而在某些情况下干细胞的分化并不遵循这种规律。 1999年Goodell等人分离出小鼠的肌肉干细胞，体外培养5天后，与少量的骨髓间质细胞一起移植入接受致死量辐射的小鼠中，结果发现肌肉干细胞会分化为各种血细胞系。这种现象被称为干细胞的横向分化。干细胞应用平台技术 1 技术原理干细胞充当了分化细胞预备队的角色。干细胞有以下特点： （1）干细胞本身不是处于分化途径的终端。 （2）干细胞能无限的增殖分裂。

21、（3）干细胞可连续分裂几代，也可在较长时间内处于静止状态。 （4）干细胞通过两种方式生长 ，一种是对称分裂形成两个相同的干细胞，另一种是非对称分裂由于细胞质中的调节分化蛋白不均匀地分配，使得一个子细胞不可逆的走向分化的终端成为功能专一的分化细胞；另一个保持亲代的特征，仍作为干细胞保留下来。2 技术方向凡需要不断产生新的分化细胞以及分化细胞本身不能再分裂的细胞或组织都要通过干细胞所产生的具有分化能力的细胞来维持机体细胞的数量，可以这样说，生命体是通过干细胞的分裂来实现细胞的更新及保证持续生长。随着基因工程、胚胎工程、细胞工程等各种生物技术的快速发展，按照一定的目的，在体外人工分离、培养干细胞已成

22、为可能，利用干细胞构建各种细胞、组织、器官作为移植器官的来源，这将成为干细胞应用的主要方向。3 技术突破干细胞的研究有两个重大的技术突破，一是人类胚胎干细胞在体外培养成功。1998年Wisconsin大学的James Thomson和Johns Hopkins大学的John Gearhart从人囊胚的内层细胞团中取得胚胎干细胞。他们把胚胎干细胞与小鼠的骨髓间质细胞进行了共培养。结果表明胚胎干细胞可以进行长达5个月的非分化增殖，同时还保持着分化为滋养层组织及三种胚层组织的能力。这为胚胎干细胞的临床应用奠定了基础。另外一个重大突破是成体干细胞的横向分化。1999年Goodell等人用肌肉来源的干细

23、胞在小鼠体内分化成各种血细胞。这表明成体干细胞在一定的微环境的作用下，可以横向分化为需要的细胞和组织，从而起到极其有效的治疗作用。干细胞技术的市场前景 研究干细胞增殖和分化机制的最终目的是应用干细胞治疗疾病。理论上讲，干细胞可以用于各种疾病的治疗，但其最适合的疾病主要是组织坏死性疾病如缺血引起的心肌坏死，退行性病变如帕金森综合征，自体免疫性疾病如胰岛素依赖型糖尿病等。1 优点明显低毒性（或无毒性），一次药有效； 不需要完全了解疾病发病的确切机理； 还可能应用自身干细胞移植，避免产生免疫排斥反应。用干细胞治疗疾病已不再只是设想。 2 革命性的机制转变利用胚胎干细胞治疗疾病有广泛的应用前景，但是干细胞应用在欧美却受到社会伦理学的制约，并且在实际应用中还不能避免