干细胞生物学.ppt

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1、 干细胞生物学 Stem Cell Biology 干细胞生物学是近年来发干细胞生物学是近年来发展起来的新欣学科，是一种展起来的新欣学科，是一种新技术、新产业。对干细胞新技术、新产业。对干细胞的研究将促进生命科学的发的研究将促进生命科学的发展，促进生物医药的发展，展，促进生物医药的发展，促进生命科学的产业化。促进生命科学的产业化。 干细胞生物学是研究干细胞的科学，干细胞生物学是研究干细胞的科学，是研究干细胞的各种生命现象、干细胞是研究干细胞的各种生命现象、干细胞的生物学特征、干细胞的发生、发育、的生物学特征、干细胞的发生、发育、分化等活动规律的学科，是研究干细胞分化等活动规律的学科，是研究干细

2、胞应用的学科应用的学科,其涉及生命科学及生物医其涉及生命科学及生物医药几乎所有领域，除了在细胞治疗、基药几乎所有领域，除了在细胞治疗、基因治疗、组织器官移植以外因治疗、组织器官移植以外,在新基因在新基因发现、基因功能分析、发育、新药开发、发现、基因功能分析、发育、新药开发、药效、药物毒性评价等领域产生重要的药效、药物毒性评价等领域产生重要的影响。影响。干细胞的概念及分类 干细胞（干细胞（Stem cell） : 指存在于胚胎直至成体的具有指存在于胚胎直至成体的具有增殖、增殖、自我更新（自我更新（self-renewal）以及以及分化潜能分化潜能的原始细胞。的原始细胞。 所有的干细胞都具有两个最

3、为显著的特征： 一是不断增殖、自我更新一是不断增殖、自我更新; 二是在适宜的环境条件下可分化并产生二是在适宜的环境条件下可分化并产生不同类型的细胞。不同类型的细胞。分类(按分化潜能分类） 全能干细胞（全能干细胞（totipotent stem cells）、）、 多能干细胞（多能干细胞（pluripotent stem cell） 单能干细胞（单能干细胞（monopotent stem cell）或称为专能干细胞（或称为专能干细胞（committed stem cell）。）。 全能干细胞全能干细胞是指能发育成为一个是指能发育成为一个完整个体的原始细胞。完整个体的原始细胞。 受精卵、人体受精卵

4、、人体816细胞以前的细胞以前的胚胎每一个卵裂球都能发育成为一胚胎每一个卵裂球都能发育成为一个完整个体，是全能干细胞。个完整个体，是全能干细胞。 多能干细胞多能干细胞是指那些分化潜能很是指那些分化潜能很“宽宽”，可分化为多种类型细胞的原始，可分化为多种类型细胞的原始细胞细胞. 如胚胎干细胞（如胚胎干细胞（embryonic stem cell，ES细胞）胚胎生殖细胞（细胞）胚胎生殖细胞（embryonic germ cell）、）、骨髓基质干细胞（骨髓基质干细胞（Bone marrow stromal stem cell）。）。神经干细胞神经干细胞. 单能干细胞单能干细胞（也称专能、偏能干细（

5、也称专能、偏能干细胞），只能向一种类型或密切相关的两胞），只能向一种类型或密切相关的两种类型细胞分化，如表皮组织基底层的种类型细胞分化，如表皮组织基底层的干细胞、肌肉中的成肌细胞或叫肌卫星干细胞、肌肉中的成肌细胞或叫肌卫星细胞（细胞（satellite cell），），神经元干细胞只神经元干细胞只能分化为神经元，胶质干细胞只能分化能分化为神经元，胶质干细胞只能分化为胶质细胞等。为胶质细胞等。按照生存阶段分类：按照生存阶段分类： 胚胎干细胞胚胎干细胞 成体干细胞（成体干细胞（adult stem cell ；somatic stem cells），），也称为组织干也称为组织干细胞（细胞（tiss

6、ue stem cells）。）。 胚胎干细胞，胚胎干细胞，是存在于早期胚胎是存在于早期胚胎组织中，具有高度增殖能力和多向组织中，具有高度增殖能力和多向分化潜能，能分化为三个胚层所有分化潜能，能分化为三个胚层所有细胞类型的原始细胞。细胞类型的原始细胞。 成体干细胞成体干细胞指存在于各组织器官指存在于各组织器官的未分化细胞。在体内，它们具有的未分化细胞。在体内，它们具有终生自我更新（终生自我更新（self-renewal）能力能力和分化潜能。和分化潜能。 根据胚胎干细胞来源不同，分为：根据胚胎干细胞来源不同，分为： ES细胞细胞（embryonic stem cells）,来自囊来自囊胚期的内细

7、胞团。胚期的内细胞团。 EC细胞细胞(embryonic carcinoma cells)，由由畸胎癌（畸胎癌（teratocarcinorma)中分离、筛中分离、筛选出的具增殖，自我更新能力的细胞。选出的具增殖，自我更新能力的细胞。 EG细胞细胞（embryonic germ cells)，由原由原始生殖细胞（始生殖细胞（primordial germ cells)中分中分离获得。离获得。 成体干细胞根据来源分为：成体干细胞根据来源分为： 骨髓干细胞骨髓干细胞 神经干细胞神经干细胞 上皮干细胞上皮干细胞 肝干细胞肝干细胞 胰腺干细胞胰腺干细胞 皮肤干细胞皮肤干细胞 脂肪干细胞脂肪干细胞 成体

8、干细胞具有可塑性成体干细胞具有可塑性（plasticity）或横向分化或横向分化的特性。的特性。这是指某种组织的成体干细胞可分这是指某种组织的成体干细胞可分化为另一种组织的特异细胞的能力。化为另一种组织的特异细胞的能力。例如骨髓基质干细胞可分化为心肌例如骨髓基质干细胞可分化为心肌细胞、脂肪细胞等细胞、脂肪细胞等 由干细胞到分化细胞发育的过程中，由干细胞到分化细胞发育的过程中，有两种过渡类型的细胞：有两种过渡类型的细胞： 1、短暂增殖细胞、短暂增殖细胞(transit amplifying cells) 也称为过渡放大细胞。也称为过渡放大细胞。 2、祖细胞（、祖细胞（progenitor cel

9、ls）或前体细或前体细胞（胞（precursor cells）。）。 过渡放大细胞（定向祖细胞）过渡放大细胞（定向祖细胞）是干细是干细胞和分化细胞间的一种细胞，类似于祖胞和分化细胞间的一种细胞，类似于祖细胞，其增殖能力比干细胞大得多细胞，其增殖能力比干细胞大得多。 祖细胞（祖细胞（Progenitor）或前体细胞或前体细胞（precursor cells）是某细胞类型的前体细胞是某细胞类型的前体细胞/祖祖细胞，如神经元前体细胞细胞，如神经元前体细胞/祖细胞，神经胶质前祖细胞，神经胶质前体细胞体细胞/祖细胞，淋巴细胞前体细胞祖细胞，淋巴细胞前体细胞/祖细胞祖细胞.。淋巴细胞前体细胞淋巴细胞前体细

10、胞/祖细胞只能分化为淋巴细胞祖细胞只能分化为淋巴细胞相关的几种类型细胞，如相关的几种类型细胞，如T淋巴细胞；淋巴细胞；B淋巴细淋巴细胞，自然杀伤细胞等。胞，自然杀伤细胞等。 祖细胞或前体细胞由成体干细胞分裂、祖细胞或前体细胞由成体干细胞分裂、产生的未分化细胞，其分化谱系受到限产生的未分化细胞，其分化谱系受到限制，经再分化成为具有特定形态、结构，制，经再分化成为具有特定形态、结构，执行功能的终末分化细胞或成熟细胞。执行功能的终末分化细胞或成熟细胞。如神经前体细胞如神经前体细胞/祖细胞只能分化为神经祖细胞只能分化为神经细胞。细胞。 祖细胞具有有限的增殖和分化能力，祖细胞具有有限的增殖和分化能力，与

11、干细胞比较，祖细胞没有自我更新能与干细胞比较，祖细胞没有自我更新能力，其经过几次分裂后，产生的细胞均力，其经过几次分裂后，产生的细胞均为终末分化细胞（为终末分化细胞（terminal differentiated cells)。表表 干细胞、过渡放大细胞（定向祖细胞）和分化细胞的区别干细胞、过渡放大细胞（定向祖细胞）和分化细胞的区别 干细干细 过渡放大细胞过渡放大细胞 分化细胞分化细胞分化标记蛋白分化标记蛋白 无无 开始具备开始具备 无无增殖能力增殖能力 无限无限 有限有限 无无增殖速度增殖速度 缓慢缓慢 短期快速短期快速 无无自我更新能力自我更新能力 无限无限 无无 无无产生分化细胞能力产生

12、分化细胞能力 有有 有限有限 无无 参与受损伤参与受损伤 终身终身 短暫短暫 无无组织再生能力组织再生能力第二节第二节 干细胞的基本特性干细胞的基本特性一、干细胞的基本特征一、干细胞的基本特征 （一）干细胞的形态和生化特征（一）干细胞的形态和生化特征 1形态特征形态特征：干细胞通常呈圆形或椭圆形，体积：干细胞通常呈圆形或椭圆形，体积较小，核质比较大，较小，核质比较大，胞内细胞器稀少，细胞内胞内细胞器稀少，细胞内RNARNA含量低含量低 。根据其形态学特征和存在位置、分子标。根据其形态学特征和存在位置、分子标记可以辨认不同的干细胞，目前有的干细胞位置记可以辨认不同的干细胞，目前有的干细胞位置已经

13、确定。例如神经干细胞主要分布于室下带、已经确定。例如神经干细胞主要分布于室下带、海马、纹状体、嗅球等区域海马、纹状体、嗅球等区域。 2生化特征生化特征：不同的干细胞具有不同的：不同的干细胞具有不同的生化标志，如角蛋白生化标志，如角蛋白15是确定毛囊中表是确定毛囊中表皮干细胞的标志分子，皮干细胞的标志分子，nestin为神经干细为神经干细胞的标志分子胞的标志分子.。利用标志分子确定干细。利用标志分子确定干细胞位置、寻找和分离干细胞有重要意义。胞位置、寻找和分离干细胞有重要意义。干细胞都具有较高的端粒酶活性，这与干细胞都具有较高的端粒酶活性，这与其增殖能力密切相关。其增殖能力密切相关。(二) 干细

14、胞的生物学特征 1干细胞的干细胞的自我更新自我更新特征特征 干细胞在体内终生都具有自我更新能力，干细胞在体内终生都具有自我更新能力，这与祖细胞（具有优先更新能力）不同。这与祖细胞（具有优先更新能力）不同。其自我更新能力是通过其自我更新能力是通过不对称分裂不对称分裂(asymmetry division)和对称分裂和对称分裂(symmetry division)这两种形式实现的。这两种形式实现的。 对称分裂对称分裂 如果产生的两个子代细胞都是干如果产生的两个子代细胞都是干细胞或都是分化细胞，称为对称分裂。细胞或都是分化细胞，称为对称分裂。 不对称分裂不对称分裂 如果产生一个子代干细胞和一如果产生

15、一个子代干细胞和一个子代分化细胞则称为不对称分裂。个子代分化细胞则称为不对称分裂。 2细胞的增殖特征细胞的增殖特征 1）干细胞增殖的缓慢性干细胞增殖的缓慢性 一般情况下一般情况下,干细干细胞处于休眠或缓慢增殖状态胞处于休眠或缓慢增殖状态,当其接受刺激当其接受刺激,分分化时，首先要经过一个短暂的增殖期，产生化时，首先要经过一个短暂的增殖期，产生过渡放大细胞过渡放大细胞(transit amplifying cell) 或称为或称为“短暂扩充细胞短暂扩充细胞”, 经若干次分裂后产生分化经若干次分裂后产生分化细胞。过渡放大细胞的作用是可以通过较少细胞。过渡放大细胞的作用是可以通过较少干细胞产生较多的

16、分化细胞干细胞产生较多的分化细胞,同时保护干细胞。同时保护干细胞。 2）干细干细胞增殖的自稳定性胞增殖的自稳定性 自我维持自我维持 (self-maintenance)或自稳定性是指干或自稳定性是指干细胞可以在生物个体生命区间自我更新并维持细胞可以在生物个体生命区间自我更新并维持其自身数目相对恒定性，这也是干细胞的基本其自身数目相对恒定性，这也是干细胞的基本特征之一。特征之一。 维持自我稳定性维持自我稳定性是通过多种形式来实现。是通过多种形式来实现。 首先，当干细胞分裂时，无脊椎动物的干首先，当干细胞分裂时，无脊椎动物的干细胞常以不对称分裂来维持自身数目的恒定。细胞常以不对称分裂来维持自身数目的恒定。哺乳动物的干细胞常常以对称分裂和不对称哺乳动物的干细胞常常以对称分裂和不对称分列这两种形式进行，但对于群体而言仍然分列这两种形式进行，但对于群体而言仍然是不对称分裂。通过这两种分裂方式协调，是不对称分裂。通过这两种分裂方式协调，保证干细胞数目相对衡定，同时更适应组织保证干细胞数目相对衡定，同时更适应组织再生的需要。再生的需要。 稳定的不对称分裂稳定的不对称分裂（invariantasymm