第十三章 干细胞

第十三章干细胞StemCell

第一节干细胞的定义及其生物学特征第二节胚胎干细胞第三节成体干细胞第四节癌干细胞第五节干细胞与医学第一节干细胞的定义及其生物学特征

干细胞的定义和分类干细胞的形态学和生物化学特征干细胞的增殖特性干细胞的分化潜能干细胞增殖与分化的调控一、干细胞的定义和分类

干细胞的定义

是指存在于个体发育过程中，具有长期（或无限）自我更新、并能分化产生某种（或多种）特殊细胞的生物学特性的原始细胞。Humanhasabout5billionscells,morethan200celltypes.

干细胞是个体的生长发育、组织器官的结构和功能的动态平衡、以及损伤后的再生修复等生命现象发生的细胞学基础。

存在于生物体的不同发育阶段的干细胞，其自我更新和分化潜能有明显差异。

﹡全能干细胞（totipotentstemcell）：可以发育成完整的个体。﹡多能干细胞（pluripotentstemcell）

：具有产生个体中任何一种组织细胞的潜能，但不能发育成个体。﹡专能干细胞（multipotentstemcell）或组织特异性干细胞：只能分化成某一种类型的细胞。

Duringembryonicdevelopment,thedevelopmentpotentialofcellisprogressivelyrestricted.

干细胞的分类☆

根据干细胞所处的发育阶段分为：

胚胎干细胞（embryonicstemcell）

成体干细胞（adultstemcell）☆

根据干细胞的发育潜能分为：

全能干细胞（totipotentstemcell）

多能干细胞（pluripotentstemcell）

专能干细胞（multipotentstemcell）癌干细胞（cancerstemcell）二、干细胞的形态学和生物化学特性

形态学特征

﹡细胞的体积较小

﹡核/质比相对较大

﹡细胞质中各种细胞器不够发达

生物化学特性

﹡与其所存在的组织类型密切相关

﹡与其分化程度有关三、干细胞的增殖特征

增殖的缓慢性

﹡有利于对特定的外界信号做出反应

﹡减少基因发生突变的危险

增殖系统的自稳定性

﹡对称分裂（symmetrydivision）

﹡不对称分裂（asymmetrydivision）

四、干细胞的分化潜能处于不同发育阶段的干细胞的分化潜能也不相同。

分离自成体的干细胞仍有相当的可塑性，在适当的条件下可以表现出更广泛的分化能力，甚至实现跨胚层的分化。

干细胞来源分化胚胎干细胞内细胞团或原始生殖细胞各种类型细胞造血干细胞骨髓血细胞、神经细胞神经干细胞脑神经细胞、血细胞间质干细胞骨髓肌肉、骨髓、脂肪上皮干细胞上皮上皮组织干细胞来源与分化五、干细胞增殖与分化的调控

外源性因素

﹡分泌因子

﹡膜整合蛋白介导的细胞间相互作用

﹡整合素与细胞外基质

内源性因素

﹡转录因子：如Oct-4和Nanog

﹡细胞内蛋白：如Insc蛋白

﹡“时钟”因子第二节胚胎干细胞ES细胞的定义人胚胎干细胞系的建立

ES细胞的来源

ES细胞的生物学特性

ES细胞的开发和利用

胚胎干细胞（embryonicstemcell，ES细胞）：

存在于早期胚胎中，具有多向分化潜能和无限增殖能力的细胞。

广义的ES细胞包括：

ES细胞胚胎生殖细胞（embryonicgermcell,

EG细胞）

一、人ES细胞系的建立

从体外受精形成的囊胚内细胞团中获得人ES细胞

从流产胎儿的生殖嵴和肠系膜中分离获得5个多潜能干细胞系（EG细胞）二、ES细胞的来源

桑椹胚胚泡内细胞团胎儿生殖嵴体细胞核移植技术﹡用人成熟细胞核置换人卵细胞的遗传物质﹡将人的细胞核植入到其他哺乳动物的卵细胞

﹡将人的细胞核植入ES细胞的胞浆内

三、ES细胞的生物学特性

形态学特征:

﹡具有稳定的二倍体核型；

﹡细胞相对较小；

﹡核大，有一个或几个核仁，核中多为常染色质；

﹡胞质结构简单，散布着大量核糖体和线粒体；

﹡在体外分化抑制培养中呈克隆状生长，细胞紧密地聚集在一起，形似鸟巢，细胞界限不清。

生化特征:

﹡表达早期胚胎细胞的表面抗原；

﹡含有丰富的碱性磷酸酶；

﹡还具有很强的端粒酶活性；

﹡表达干细胞因子（stemcellfactor，SCF）、

CD30、TRA-1-60和TRA-1-81等。ES细胞的多向分化潜能

主要体现在以下几方面：

﹡形成拟胚体：悬浮培养

﹡形成畸胎瘤：注入免疫缺陷小鼠体内

﹡形成嵌合体：注射到胚泡腔

﹡直系分化：控制ES生长环境，或遗传操纵特定基因表达

四、ES细胞系的开发和利用

发育生物学研究的理想体外模型

作为生产克隆动物的高效材料作为生产转基因动物的高效载体在医学中的应用

☆伦理学问题第三节成体干细胞

成体干细胞的定义造血干细胞间充质干细胞神经干细胞成体干细胞（adultstemcell）：

在成体组织内具有自我更新能力及能分化产生一种或一种以上子代组织细胞的未成熟细胞。

类型：造血干细胞、骨髓间充质干细胞、神经干细胞、皮肤表皮干细胞、肝干细胞肠上皮干细胞、视网膜干细胞、胰腺干细胞等。成体干细胞及干细胞巢成体干细胞的获得一、造血干细胞（hematopoieticstemcell，HSC）

指存在于造血组织内的一类能分化生成各种血细胞的原始细胞，又称多能造血干细胞。粒细胞巨噬细胞系HSC多能淋巴细胞

多能髓性造血干细胞

功能性淋巴细胞红细胞系巨核细胞系白细胞红细胞血小板HSC的分化造血干细胞

HSC主要存在于红骨髓内，约占骨髓有核细胞的0.5％，另外在脾脏、淋巴组织和外周血中也有极少量的HSC。

人HSC的表面标志包括CD34+、CD38－、Lin－、HLA-DR+、Thy-1+、c-kit+、Sca-1+、LFA-l+、CD45RA－、CD71－等。

HSC的分化与局部微环境和不同造血因子的调节有关。

细胞因子：干细胞因子、FLT3配基（FL）、血小板生成素（TPO）、红细胞生成素（EPO）、锌指蛋白转录因子GATA-1、白细胞介素-3（IL-3）、白细胞介素-6（IL-6）、白细胞介素-6受体（IL-6R等十几种。二、间充质干细胞（mesenchymalstemcell，MSC）

MSC是中胚层发育的早期细胞，形成于发育中的骨髓腔，在个体出生后，附着在骨髓窦的内腔面，形成一种包埋于窦状网络中的三维细胞网络。

MSC的标志抗原有SH2、SH3、CD29、CD44、CD71、CD90、CDl06、CDl20a和CDl24等

MSC可分化为骨、关节、脂肪、肌腱、肌肉和骨髓基质等多种组织。三、神经干细胞（neuralstemcell，NSC）

成体神经系统内具有自我更新及分化形成神经元、星形胶质细胞和少突胶质细胞等成熟脑细胞能力的细胞。

位于海马和环绕侧脑室的室管膜下层。

NSC的特征性标志蛋白：巢蛋白。第四节癌干细胞

癌干细胞的定义癌干细胞的特性癌干细胞的起源癌干细胞研究对肿瘤治疗的启示

癌干细胞（cancerstemcell）：

在白血病以及一些实体肿瘤中，只有一小部分肿瘤细胞具有无限的增殖能力，并能够形成新的肿瘤。这些具有肿瘤形成能力的细胞被称为癌干细胞。一、癌干细胞的特性

具有肿瘤形成能力是癌干细胞的本质特征。

鉴定癌干细胞的方法：首先通过分子标志将肿瘤细胞悬液用流式细胞仪分选为若干亚群，然后移植到裸鼠体内观察其成瘤性，癌干细胞就存在于具有成瘤性的细胞亚群中。

＊白血病干细胞的分子标志：CD34+CD38–Thy–

＊乳腺癌干