细胞生物学：第九章 细胞的增殖与分化-2

Human:2×1014cells>200celltypes第三节细胞分化组织、器官、系统个体是指从受精开始的个体发育过程中细胞之间逐渐产生稳定性差异的过程。细胞分化(celldifferentiation)如：离体培养的上皮细胞，始终保持为上皮细胞，而不会变成其他类型的细胞；黑色素细胞在体外培养30多代后仍能合成黑色素。

（一）细胞形态结构出现稳定性差异细胞分化是稳定的，而且是不可逆的，一旦细胞沿一定方向分化，便不会再反分化到原先状态。如红细胞的分化。一、细胞分化的基本特征多细胞生物既有时间上的分化，又有空间上的分化。在个体的细胞数量大量增加的同时，分化程度也越来越复杂，细胞间的差异也越来越大，且同一个体的细胞由于所处位置的不同而出现功能分工。（二）细胞分化的时空性在形态特征发生明显差异之前，细胞分化的方向既已确定，并可持续若干代。细胞从分化方向确定开始到出现特异形态特征之前这一时期，称决定。例如果蝇成虫盘的分化。

1.分化方向的限定先于形态差异的出现果蝇成虫盘是幼虫阶段未分化细胞群，无明显的形态差异。在幼虫变态过程中，不同的成虫盘发育为成虫不同的器官，如腿、翅和触角等。成虫盘在幼虫阶段即决定了分化命运，而且这种限定是稳定和可遗传的。在个人发育过程中，细胞有顺序地进行分裂和分化，保证了个体的正常发育。例如血红蛋白是由4条珠蛋白肽链形成的四聚体，但在人体发育的各阶段中，肽链四聚体的组成发生变化。

2.细胞分化的有序性去分化（dedifferentiation）：也称脱分化，分化的细胞可以在特定条件的诱导下失去特有的结构和功能而变为具有未分化细胞的特征，是细胞分化的一种可逆现象。转分化（transdifferentiation）：从一种特化的细胞类型转变成为另一种类型的分化细胞的现象。（三）细胞分化的可逆性外胚层中胚层内胚层生殖细胞单个细胞在一定条件下具有分化发育成完整个体的能力。1、在发育过程中细胞潜能逐步变窄全能细胞（totipotentcell)多能细胞（pluripotentcell)分化潜能受限，失去发育成完整个体的能力，但仍具有发育成多种表型的能力。（四）个体发育中细胞分化的潜能随着细胞分化，细胞的分化潜能进一步受到限制，只有分化形成某一类型细胞的能力。稳定型单能(unipotency)因此，就其分化潜能来讲，动物细胞的全能性随着细胞分化程度提高，而逐渐“变窄”，此为细胞分化的普遍规律。随着分化程度的提高，细胞分裂能力逐渐下降，高度分化的细胞往往不再发生分裂。

如人成熟的红细胞。分化程度高的细胞对环境因子的反应能力也逐渐下降。

如对电离辐射的敏感性：分化程度高的神经细胞和肌肉细胞敏感性很低；而分化程度低的生殖细胞则具有很高的敏感性。2、细胞生理状态随分化水平而变化3、分化细胞核的全能性分化细胞的DNA含量、染色体数量、基因数目均没有发生变化。分子杂交实验和细胞核移植实验（1）细胞核移植实验之一——爪蟾核移植实验细胞核移植实验之二——克隆羊（2）分化细胞的遗传物质在受精卵及其随后通过有丝分裂所产生的子细胞中，每个细胞核DNA都是通过严格的半保留复制方式被完整地传递下来，因此分化细胞仍然具有生物体生长发育所需要的全部遗传信息。同种动物不同组织的细胞，仍然含有相同的DNA含量，差异甚微；染色体不会在细胞发育和分化中丢失，分化细胞的基因数目没有发生变化，具有同种的全部基因。各种分化细胞的核含有物种完整的基因组，因此具有全能性。但成红细胞和肌细胞等体细胞的遗传信息相同吗？成红细胞血红蛋白基因开启合成血红蛋白肌细胞肌动蛋白基因开启合成肌动蛋白二、

细胞分化的调控（一）细胞分化与基因差异表达分子杂交技术检测基因及其表达不同类型的细胞在发育过程中表达一套特异的基因，其产物不仅决定细胞的形态结构，而且执行各自的生理功能。又称组织特异性基因(tissue-specificgene)，在各种组织中有不同的选择表达的基因。如：成红细胞的血红蛋白基因，皮肤的角蛋白基因。管家基因(house-keepinggene)对维持细胞生存所必需的，在各种细胞中都处于活动状态。如：编码核糖体蛋白，线粒体蛋白和糖酵解酶等的基因。奢侈基因(luxurygene)细胞分化的实质是细胞按照一定程序发生的差别基因表达。在卵裂期间，不同的细胞质组分被分配到不同类型的细胞内，这些特殊的组分被称为形态发生的决定子，它们支配细胞分化的途径。三、

细胞分化的影响因素（一）细胞质对细胞分化的影响卵细胞中的蛋白质、mRNA并非均匀分布的，而是定位于特定的空间。卵的异质性使卵的分裂必然是不对称的，不同的子细胞得到的“家产”不同，因此具有不同的分化命运。指一部分细胞对其邻近细胞的形态发生影响，并决定其分化方向。如眼的形成。（二）细胞相互作用对分化的影响在多细胞生物中，细胞间相互作用对细胞分化有较大影响。(1)细胞诱导1.细胞诱导和抑制角膜视杯眼球发育过程的多级诱导作用神经管前部形成脑的部位向两侧长出视杯，视杯的形成可诱导紧邻的外胚层细胞分化为晶状体，晶状体和视杯又可诱导位于外表的上皮分化成角膜。晶状体视泡内腔前脑视网膜色素上皮

视网膜神经上皮

结缔组织外胚层在胚胎发育中，分化的细胞受到邻近细胞产生的抑制物影响，其作用与诱导相对。如含有成蛙心组织的培养液培养蛙胚，则蛙胚不能发育出正常的心脏；用含成体蛙脑组织碎片的培养液培养蛙胚，也不产生正常的脑。说明已分化的细胞可以产生抑制邻近细胞朝相同方向分化的物质，使发育的器官之间相互区别而避免重复发生。(2)细胞抑制如：将蝾螈的原肠胚三个胚层的游离细胞体外混合培养，各胚层细胞又将自我挑选，相互黏着，依然形成外胚层在外，内胚层在内，中胚层介于二者之间的胚胎。相似的两种细胞之间的识别能力，依赖其表面存在的特殊物质，才能发生相互间的黏着。2、细胞粘合分子对细胞分化的影响激素携带着特定的生物信息到达靶细胞，对靶细胞的发育和分化有着十分重要的作用。如：蝌蚪变态过程中，尾部退化及前肢形成是由于甲状腺分泌的甲状腺素的分泌增加所致；卵巢产生雌激素，促进雌性第二性征的发育分化，睾丸产生雄激素，促进雄性第二性征的发育分化。（三）信号分子对分化的影响环境中各种因子可调节或影响细胞分化与有机体的发育方向，如物理的、化学的、生物的因素均可对细胞分化和发育产生重要影响。（四）环境因素对分化的影响人类B淋巴细胞的分化与发育依赖于外来性抗原的刺激；胚胎发育早期接受大剂量的照射，可引起50%婴儿先天畸形。肿瘤细胞是增殖失控的细胞，例如从G1期进入到S期的调控经常被破坏，从而导致无限性细胞增殖。从细胞分化的观点分析肿瘤，可认为：细胞癌变是细胞去分化的结果，即已经分化的细胞回复到未分化的状态。因此，癌细胞和胚胎细胞具有许多相似的生物学特性。第四节细胞的增殖分化与疾病肿瘤是异常分化的细胞细胞生长与分裂失去控制具有浸润性和扩散性细胞间相互作用改变蛋白表达谱系或蛋白活性改变mＲＮＡ转录