干细胞和肿瘤干细胞.ppt

干细胞概念与基本特性• 干细胞(stem cell)概念： 来源于胚胎和成体的细胞，在一定条件下具有自我更新和分化潜能，具有分化形成至少一种特定细胞类型的特性2Totipotent cell:全能干细胞; ;Blastocyst :胚泡;Fetus: 胚胎；Inner cell mass:内细胞团; Primordial germ cells:原生殖细胞; Pultured pluripotent sterm cells:培养多能干细胞1. 干细胞的类型 (根据取材来源的组织发育阶段分为)(1)胚胎干细胞(Embryonic Stem Cell，ESC ) ：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如囊胚期内细内细胞团胞团的细胞 (2)成体干细胞(Adult Stem Cell，ASC)：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4EC 和ASC（成体干细胞）的区别EC ASC 来源 早期胚 晚期或出生后 增殖能力 无限增殖 有限 分化潜能 200 单胚层多能 应用潜力 互有优缺点 各种细胞 免疫排斥 分化要外界刺激 取自自体 免除免疫排斥无伦理争议 52. 干细胞的类型 （根据分化潜能的差异分为）全能干细胞多能干细胞专能干细胞6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织、器官1．全能性干细胞(胚胎干细胞)7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2.多能干细胞8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)3．专能性干细胞(成体干细胞)91981年Evans和Kaufrnan及Martin首次由小鼠中 分离得到鼠的胚胎干细胞至今已分离得到的胚胎干细胞物种有：金黄地鼠 （1988）、貂（1993）、猪（1994，1997）、鸡 （1996）、恒河猴（1995）、绒猴（1996） 分离得到人的胚胎干细胞（1998），分离得到人的胚胎生殖细胞（1998）， 目前不断报道成年组织来源的的干细胞干细胞研究的历史干细胞研究的历史10第1节 干细胞 stem cells1. 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体稳定性。

2. 干细胞是个体发育和组织再生的基础 11一、干细胞的形态和生化特征 121．干细胞的形态特征①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②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132．干细胞的生化特性①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②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 14二、干细胞的增殖特征15（一）增殖缓慢性1．干细胞增殖速度慢：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(Tc≥24小时)慢一倍162．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173．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18（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192．干细胞的分裂方式干细胞有对称与不对称两种分裂方式对称分裂：干细胞 分裂干细胞 干细胞对称分裂：干细胞 分裂分化细胞 分化细胞不对称分裂：干细胞 干细胞 分化细胞分裂20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不对称分裂发生原因：①系列基因调控②细胞质物质不均等分配21三、干细胞的分化特征 22（一）干细胞的分化潜能 根据其分化潜能大小，干细胞可分为三类全能干细胞多能干细胞专能干细胞23(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24•实验：C57BL/6J♂成年小鼠 造血干细胞 WBB6F/J-KitW/KitW-V♀鼠(亚致死剂量同位素照射) 在♀鼠的神经胶质细胞中检测到Y染色体.•即♂鼠的造血干细胞移植到♀鼠中分化为脑星形胶质细胞。

移植分离3天2526C57BL/6C57BL/6小鼠小鼠〖〖简简 介介〗〗19211921年立特年立特 (Little)(Little)用艾比用艾比··拉特洛拉特洛 坡坡(Abby Lathrop)(Abby Lathrop)的小的小 鼠株，雌鼠鼠株，雌鼠5757号与雄鼠号与雄鼠 5252号交配而得号交配而得 C57BL,1937C57BL,1937年从年从C57BLC57BL 分离出分离出C57BL/6C57BL/6和和 C57BL/10C57BL/10两个亚系两个亚系 19851985年从年从OlacOlac引到中国引到中国 医学科学院实验动物研医学科学院实验动物研 究所究所. .[ [主要用途主要用途] ] 是肿瘤学是肿瘤学 、生理学、免疫学、遗、生理学、免疫学、遗 传学研究中常用的品系传学研究中常用的品系. .272．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 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 注入分化状态逆转28293. 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)30•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 各种血细胞系植入分化31(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32四、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33•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细胞分泌因子 细胞表面的粘附分子 细胞外基质成分34（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-β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。

351．转化生长因子β•TGFβ(transforming growth factorβ)是TGFβ超家族的成员之一，具有调节细胞生长和分化的作用•因为TGFβ能使正常成纤维细胞的表型发生转化，即在EGF同时存在时，改变成纤维细胞贴壁生长特性而获得在琼脂中生长的能力，并失去密度依赖的抑制作用，故命名36•TGFβ的作用：•TGF-β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 •如TGF-β家族成员Dpp可维持果蝇雌性生殖干细胞的增殖372．Wnt家族的分泌信号分子(1)Wnt基因：•Wnt基因最初是在小鼠乳腺癌克隆出来的原癌基因，因病毒基因在其旁边插入可激活该基因，称为Int基因，后发现其与果蝇的无翅基因(Wingless,wg)高度同源，故合称为Wnt基因38(2)Wnt信号分子： •是Wnt基因编码的长度为350~400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 39(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)、Dishevelled、糖原合成酶激酶3(GSK3)、抗原提呈细胞（APC）、Axin、β-连环蛋白及T细胞因子/淋巴结增强因子(TCF/LEF)家族转录调节因子等。

40•(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• (5)Wnt信号途径的作用机理：•通过TCF/LEF和β-cat对C-myc的表达进行调控，即Wnt通路的靶基因为c-myc41•TCF/LEF是Wnt信号通路的中间介质，可与β-连环蛋白(β-catenin，β-cat)结合成复合物，将β-catenin由胞浆→核内•β-cat是Wnt信号通路中最重要的信号分子β-cat具有两种功能：细胞粘附及信号转导，其C-端参入信号转导，N-端参入细胞粘附 42•正常情况下，在APC、GSK-3β、Axin等调节下，胞浆内β-catenin处于平衡状态•当Wnt因子与其受体结合，Wnt信号传导使GSK3被抑制，使β-catenin不能正常水解而积累，过量的β-catenin与Lef/Tcf结合并入核，与DNA结合蛋白Tcf3结合，激活c-myc、cyclinD1等基因转录，促进细胞增殖分化43•如Tcf/Lef转录因子家族对上皮干细胞的分化：•Tcf/Lef与β-Catenin形成转录复合物后，促使角质细胞转化为多能状态并分化为毛囊44五、研究干细胞的科学意义五、研究干细胞的科学意义45• 1．细胞治疗。

• 干细胞可恢复因重大疾病而损害的细胞，这是干细胞潜在的最大优势• 由于丧失正常细胞功能的疾病都可以通过移植由胚胎干细胞分化来的特异组织细胞来治疗一）移植研究46• 如用神经细胞治疗神经变性疾病(帕金森氏综合征、享廷顿舞蹈症、老年痴呆症等)；• 用胰岛细胞治疗糖尿病；• 用心肌细胞修复坏死的心肌等• 因为成年人的心脏和胰岛几乎没有干细胞，无法靠自身得到修复可以用人体胚胎干细胞能直接分化成相应细胞进行移植47• 2．基因治疗即通过胚胎干细胞和基因工程技术，矫正缺陷基因• 因干细胞能自我复制更新，是基因治疗的理想靶细胞将治疗基因整合到干细胞，再将干细胞移植入人体中，能够持久地发挥作用，而不担心像分化的细胞那样，在细胞更新中可能丢失治疗基因的结果48• 例如，对囊性纤维化病的治疗• 囊性纤维化病是一种基因缺陷遗传病，30岁以前致死若在胚胎早期干细胞中将缺陷基因修正，再将修复后的胚胎干细胞嵌入胚胎中， 将会生出一个健康的婴儿• 由于伦理和某些技术问题，现在还未展开此类实验49（二）基础研究 • 1．利用干细胞研究解释先天缺陷的产生原因和防治方法• 2．将发育生物学与干细胞生物学相关联，研究干细胞生长与分化的遗传控制与环。