干细胞基础课件

1、干细胞(stem cell)：干细胞即为 起源细胞。 干细胞是具有增殖和分化潜能的细胞，具有自我更新复制的能力（Self-renewing），能够产生高度分化的功能细胞。,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。 (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。,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

2、的基础。,一、干细胞的形态和生化特征,1干细胞的形态特征,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。 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,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。 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1、增殖缓慢性2、干细胞自稳性,（一）增殖缓慢性,1干细胞增殖速

3、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(Tc24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

4、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 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： 系列基因调控。 细胞质物质不均等分配。,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： 使机体对干细胞的调控更灵活，以适应机体的生理变化。 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25

5、0个细胞组成，如果额外多一个干细胞，则可能多产生64128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

6、织、器官。,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。,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)。,(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。,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

7、 鼠卵泡的内细胞团 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，供体干细胞在受体中通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

8、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-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,TGF(transforming growth factor)是T

9、GF超家族的成员之一，TGF-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,2Wnt家族的分泌信号分子,Wnt信号分子： 是Wnt基因编码的长度为350400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，在小范围内(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内的信号传导途径。 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)、糖原合成酶激酶3(GSK3)、APC、-连环蛋白及T细胞因子/淋巴结增强因子(

10、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。,(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：,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

11、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。,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。,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： 作为细胞外基质的受体，与配体结合后，启动胞内信号传递的连锁反应，最终影响基因表达，为促