生命科學(xué)與健康第02章細(xì)胞生物學(xué)基礎(chǔ)

1、笫二章笫二章 生命的基礎(chǔ)生命的基礎(chǔ)細(xì)胞細(xì)胞 細(xì)胞生物學(xué)的基本觀點(diǎn)細(xì)胞生物學(xué)的基本觀點(diǎn) ： 所有生物都是由細(xì)胞和細(xì)胞產(chǎn)物所構(gòu)成；所有生物都是由細(xì)胞和細(xì)胞產(chǎn)物所構(gòu)成；新細(xì)胞只能由原來的細(xì)胞經(jīng)分裂而產(chǎn)生；新細(xì)胞只能由原來的細(xì)胞經(jīng)分裂而產(chǎn)生；所有細(xì)胞都具有基本上相同的化學(xué)組成和代所有細(xì)胞都具有基本上相同的化學(xué)組成和代謝活性；謝活性；生物體總的活性可以看成是組成生物體的各生物體總的活性可以看成是組成生物體的各相關(guān)細(xì)胞的相互作用和集體活動的總和。相關(guān)細(xì)胞的相互作用和集體活動的總和。第一節(jié)第一節(jié) 細(xì)胞的形態(tài)與結(jié)構(gòu)細(xì)胞的形態(tài)與結(jié)構(gòu)一一 細(xì)胞的形態(tài)、大小細(xì)胞的形態(tài)、大小 -略略1. 細(xì)胞的形態(tài)細(xì)胞的形態(tài)2. 細(xì)

2、胞的大小細(xì)胞的大小二二. 細(xì)胞的結(jié)構(gòu)細(xì)胞的結(jié)構(gòu) 1.1. 細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)1) 組成組成脂類物質(zhì)脂類物質(zhì)蛋白質(zhì)蛋白質(zhì) 糖糖2) 分布或構(gòu)架分布或構(gòu)架3) 特點(diǎn)特點(diǎn)液態(tài)鑲嵌模式液態(tài)鑲嵌模式利用細(xì)胞融合技術(shù)觀察蛋白質(zhì)運(yùn)動利用細(xì)胞融合技術(shù)觀察蛋白質(zhì)運(yùn)動 二二. 細(xì)胞的結(jié)構(gòu)細(xì)胞的結(jié)構(gòu) 略略2.2. 細(xì)胞壁細(xì)胞壁3.3. 細(xì)胞核細(xì)胞核 4.4. 細(xì)胞質(zhì)及其內(nèi)含物細(xì)胞質(zhì)及其內(nèi)含物 1)1) 內(nèi)質(zhì)網(wǎng)（內(nèi)質(zhì)網(wǎng)（endoplasmic reticulumendoplasmic reticulum）和核糖體）和核糖體 2)2) 高爾基體（高爾基體（golgi apparatus） 3)3) 溶酶體（溶酶體

3、（lysosomes） 4)4) 線粒體（線粒體（mitochondria） 5)5) 質(zhì)體（質(zhì)體（plastid） 6)6) 微體（微體（microbodies） 7)7) 液泡（液泡（vacuole） 8)8) 細(xì)胞骨架（細(xì)胞骨架（cytoskeleton） 9)9) 鞭毛（鞭毛（flagellum）纖毛（）纖毛（cilium）中心粒（）中心粒（centriolescentrioles） 10)10) 胞質(zhì)溶膠胞質(zhì)溶膠 第二節(jié)第二節(jié) 物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn) 1 1 擴(kuò)散（擴(kuò)散（diffusion）1. 擴(kuò)散的定義擴(kuò)散的定義 擴(kuò)散是物質(zhì)分子從濃度高的區(qū)域向濃度低的區(qū)域擴(kuò)散是物質(zhì)分子從濃度高的區(qū)域向

4、濃度低的區(qū)域移動的過程移動的過程 。2. 擴(kuò)散的類型擴(kuò)散的類型1)1) 單純擴(kuò)散（單純擴(kuò)散（simple diffusion） 依濃度差來實(shí)現(xiàn)跨膜擴(kuò)散，如依濃度差來實(shí)現(xiàn)跨膜擴(kuò)散，如co2、o2等。等。2)2) 易化擴(kuò)散（易化擴(kuò)散（facilitated diffusion） 擴(kuò)散機(jī)制除依濃度差外，還需要載體。擴(kuò)散機(jī)制除依濃度差外，還需要載體。 2 2 滲透（滲透（osmosis） 滲透作用實(shí)際上就是滲透作用實(shí)際上就是擴(kuò)散，這里指的是植擴(kuò)散，這里指的是植物細(xì)胞的跨膜擴(kuò)散。物細(xì)胞的跨膜擴(kuò)散。由于植物細(xì)胞壁的作由于植物細(xì)胞壁的作用，其產(chǎn)生膨脹壓可用，其產(chǎn)生膨脹壓可抵消由于膜兩側(cè)物質(zhì)抵消由于膜兩側(cè)物質(zhì)

5、濃度差形成的滲透壓，濃度差形成的滲透壓，從而使物質(zhì)跨膜擴(kuò)散從而使物質(zhì)跨膜擴(kuò)散終止，即物質(zhì)進(jìn)入細(xì)終止，即物質(zhì)進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)和排除細(xì)胞外達(dá)胞內(nèi)和排除細(xì)胞外達(dá)到動態(tài)平衡。到動態(tài)平衡。 三三 主動運(yùn)輸（主動運(yùn)輸（active transport）1. 定義定義物質(zhì)從低濃度區(qū)向高濃度區(qū)移動的過程，即物質(zhì)物質(zhì)從低濃度區(qū)向高濃度區(qū)移動的過程，即物質(zhì)逆濃度的跨膜運(yùn)動稱作主動運(yùn)輸或主動轉(zhuǎn)運(yùn)。逆濃度的跨膜運(yùn)動稱作主動運(yùn)輸或主動轉(zhuǎn)運(yùn)。2. 特點(diǎn)特點(diǎn)1)1) 要有載體要有載體2)2) 要消耗能量（要消耗能量（atp）四四 基團(tuán)轉(zhuǎn)移基團(tuán)轉(zhuǎn)移基團(tuán)轉(zhuǎn)移是主動運(yùn)輸?shù)牧硪环N形式，被轉(zhuǎn)運(yùn)的物基團(tuán)轉(zhuǎn)移是主動運(yùn)輸?shù)牧硪环N形式，被轉(zhuǎn)運(yùn)的物

6、質(zhì)再轉(zhuǎn)運(yùn)過程中，增加或減少一個(gè)基團(tuán)。質(zhì)再轉(zhuǎn)運(yùn)過程中，增加或減少一個(gè)基團(tuán)。主動轉(zhuǎn)運(yùn)中主動轉(zhuǎn)運(yùn)中atp消耗模式消耗模式na+-k+泵泵五五 內(nèi)吞作用（內(nèi)吞作用（endocytosis）內(nèi)吞作用是吞噬作用和胞飲作用的總稱。內(nèi)吞作用是吞噬作用和胞飲作用的總稱。細(xì)胞吞噬侵入的細(xì)菌、細(xì)胞碎片以及衰老的紅細(xì)細(xì)胞吞噬侵入的細(xì)菌、細(xì)胞碎片以及衰老的紅細(xì)胞，稱作吞噬作用（胞，稱作吞噬作用（phagocytosis）；）；細(xì)胞吞入液體的過程胞飲作用（細(xì)胞吞入液體的過程胞飲作用（pinocytosis）。）。六六 外排作用（外排作用（exocytosis）吞入物被消化后，所余渣滓從細(xì)胞表面排除，這吞入物被消化后，所余

7、渣滓從細(xì)胞表面排除，這個(gè)過程稱作外排作用。個(gè)過程稱作外排作用。內(nèi)吞作用內(nèi)吞作用胞飲作用胞飲作用第三節(jié)第三節(jié) 細(xì)胞分裂細(xì)胞分裂略略一一 無絲分裂，也稱作直接分裂（無絲分裂，也稱作直接分裂（amitosis）-略略二二 有絲分裂（有絲分裂（mitosis）-略略1. 前期（前期（prophase）2. 前中期（前中期（prometaphase）3. 中期（中期（metaphase）4. 后期（后期（anaphase）5. 末期（末期（telophase）前期前期染色質(zhì)凝縮，分裂極確立與紡錘體開始形成，核仁染色質(zhì)凝縮，分裂極確立與紡錘體開始形成，核仁解體，核膜消失。解體，核膜消失。前中期前中期核膜解

8、體到染色體排列到赤道面核膜解體到染色體排列到赤道面(equatorial plane) 上。上。中期中期染色體排列到赤道面上。染色體排列到赤道面上。后期后期指妹妹染色體單體分開并移向兩極的時(shí)期。指妹妹染色體單體分開并移向兩極的時(shí)期。分為后期分為后期a、后期、后期b兩個(gè)過程。兩個(gè)過程。anaphase a: separation of the sister chromatids.anaphase b: separation of the poles.末期末期從子染色體到達(dá)兩從子染色體到達(dá)兩極，至形成兩個(gè)新細(xì)極，至形成兩個(gè)新細(xì)胞為止的時(shí)期。涉及胞為止的時(shí)期。涉及子核的形成和胞質(zhì)分子核的形成和胞質(zhì)分

9、裂兩個(gè)方面。裂兩個(gè)方面。三三 減數(shù)分裂（減數(shù)分裂（meiosis）-定性講解定性講解 1.1. 第一次減數(shù)分裂第一次減數(shù)分裂1) 前期前期2) 中期中期3) 后期后期4) 末期末期2.2. 第二次減數(shù)分裂第二次減數(shù)分裂1) 前期前期2) 中期中期3) 后期后期4) 末期末期減數(shù)分裂是由連續(xù)兩次分裂構(gòu)成：減數(shù)分裂是由連續(xù)兩次分裂構(gòu)成：通常減數(shù)分裂通常減數(shù)分裂i分離的是同源染色體，所以稱分離的是同源染色體，所以稱為異型分裂（為異型分裂（heterotypic division）或減數(shù)）或減數(shù)分裂（分裂（reductional division）。）。減數(shù)分裂減數(shù)分裂ii分離的是姊妹染色體，類似于有

10、絲分離的是姊妹染色體，類似于有絲分裂，所以稱為同型分裂（分裂，所以稱為同型分裂（homotypic division）或均等分裂（）或均等分裂（equational division）。）。concepts:1. gametic meiosis2. sporic meiosis3. zygotic meiosismeiosis減數(shù)分裂減數(shù)分裂i前期前期i減數(shù)分裂的特殊過程主要發(fā)生在前期減數(shù)分裂的特殊過程主要發(fā)生在前期i ，通常分為，通常分為5個(gè)時(shí)期：細(xì)線期（個(gè)時(shí)期：細(xì)線期（leptotene ），合線期），合線期（zygotene ），粗線期（），粗線期（pachytene），雙線期），雙線期

11、（diplotene），終變期（），終變期（diakinesis）。）。細(xì)線期：染色體呈細(xì)線狀，具有念珠狀的染色粒。細(xì)線期：染色體呈細(xì)線狀，具有念珠狀的染色粒。2）合線期：亦稱偶線期，是同源染色體配對的時(shí)期。）合線期：亦稱偶線期，是同源染色體配對的時(shí)期。概念：聯(lián)會復(fù)合體概念：聯(lián)會復(fù)合體(synaptonemal complex， sc）二價(jià)體）二價(jià)體（bivalent）四分體（）四分體（tetrad）。）。這一時(shí)期合成約這一時(shí)期合成約0.3%左右的左右的dna，稱為，稱為z-dna。3）粗線期：同源染色體的非姊妹染色單體間發(fā)生交換的）粗線期：同源染色體的非姊妹染色單體間發(fā)生交換的時(shí)期。時(shí)期。4

12、）雙線期：聯(lián)會的同源染色體相互排斥、開始分離，交）雙線期：聯(lián)會的同源染色體相互排斥、開始分離，交叉開始端化叉開始端化(terminalization)。聯(lián)會復(fù)合體消失。聯(lián)會復(fù)合體消失。補(bǔ)充：植物細(xì)胞雙線期一般較短，許多動物卵補(bǔ)充：植物細(xì)胞雙線期一般較短，許多動物卵細(xì)胞中雙線期停留的時(shí)間非常長。人的卵母細(xì)胞細(xì)胞中雙線期停留的時(shí)間非常長。人的卵母細(xì)胞在五個(gè)月胎兒中已達(dá)雙線期，而一直到排卵都停在五個(gè)月胎兒中已達(dá)雙線期，而一直到排卵都停在雙線期，排卵年齡大約在在雙線期，排卵年齡大約在12-50歲之間。魚類、歲之間。魚類、兩棲類、爬行類、鳥類以及無脊椎動物的昆蟲中，兩棲類、爬行類、鳥類以及無脊椎動物的昆

13、蟲中，雙線期的二階體解螺旋而形成燈刷染色體，這一雙線期的二階體解螺旋而形成燈刷染色體，這一時(shí)期是卵黃積累的時(shí)期。時(shí)期是卵黃積累的時(shí)期。 5）終變期：二階體顯著變短。由于交叉端化過程）終變期：二階體顯著變短。由于交叉端化過程的進(jìn)一步發(fā)展，故交叉數(shù)目減少，通常只有一至二的進(jìn)一步發(fā)展，故交叉數(shù)目減少，通常只有一至二個(gè)交叉。核仁此時(shí)開始消失，核被膜解體。個(gè)交叉。核仁此時(shí)開始消失，核被膜解體。2、中期、中期i3、后期、后期i二價(jià)體的兩條同源染色體分開，分別向兩極移動。二價(jià)體的兩條同源染色體分開，分別向兩極移動。同源染色體隨機(jī)分向兩極，染色體重組，人類染色體同源染色體隨機(jī)分向兩極，染色體重組，人類染色體重

14、組概率有重組概率有223個(gè)。個(gè)。4、末期、末期i5、減數(shù)分裂間期。、減數(shù)分裂間期。 減數(shù)分裂減數(shù)分裂ii可分為前、中、后、末四個(gè)四期，與有絲分裂相似?？煞譃榍?、中、后、末四個(gè)四期，與有絲分裂相似。一個(gè)精母細(xì)胞形成一個(gè)精母細(xì)胞形成4個(gè)精子；一個(gè)卵母細(xì)胞形成一個(gè)卵子個(gè)精子；一個(gè)卵母細(xì)胞形成一個(gè)卵子及及2-3個(gè)極體。個(gè)極體。 chromosome recombination 1minimum number of gamete types = 2n , in humans, n = 23chromosome recombination 2四四 細(xì)胞周期及其調(diào)控細(xì)胞周期及其調(diào)控2001年年10月月8日美

15、國人日美國人leland hartwell、英國人、英國人paul nurse、timothy hunt因?qū)?xì)胞周期調(diào)控機(jī)理的研究而因?qū)?xì)胞周期調(diào)控機(jī)理的研究而獲諾貝爾生理醫(yī)學(xué)獎。獲諾貝爾生理醫(yī)學(xué)獎。leland h. hartwell r. timothy (tim) hunt sir paul m. nurse 1.1. 細(xì)胞周期的定義細(xì)胞周期的定義細(xì)胞一次分裂的開始（或中期、或末期）到下一次分裂的細(xì)胞一次分裂的開始（或中期、或末期）到下一次分裂的開始（或中期、或末期）所經(jīng)歷的時(shí)間。開始（或中期、或末期）所經(jīng)歷的時(shí)間。2.2. 細(xì)胞周期調(diào)控因子細(xì)胞周期調(diào)控因子mpf細(xì)胞周期的調(diào)控關(guān)鍵在分裂

16、間期。有細(xì)胞周期的調(diào)控關(guān)鍵在分裂間期。有2個(gè)起決定作用個(gè)起決定作用的控制點(diǎn)：從的控制點(diǎn)：從g1進(jìn)入進(jìn)入s和從和從g2進(jìn)入進(jìn)入m，這，這2個(gè)轉(zhuǎn)變過個(gè)轉(zhuǎn)變過程都是由一種稱之為成熟促進(jìn)因子（程都是由一種稱之為成熟促進(jìn)因子（maturation-promoting factor，mpf）的蛋白質(zhì)復(fù)合體所觸發(fā)。）的蛋白質(zhì)復(fù)合體所觸發(fā)。組成組成mpf的是兩種蛋白質(zhì)，分別稱作的是兩種蛋白質(zhì)，分別稱作cdc2激酶和細(xì)激酶和細(xì)胞周期蛋白（胞周期蛋白（cyclins）；后者又有兩種：）；后者又有兩種：s-cyclin和和m-cyclin。3. 細(xì)胞周期調(diào)控機(jī)制假說細(xì)胞周期調(diào)控機(jī)制假說當(dāng)當(dāng)s-cyclin和和cdc

17、2 2結(jié)合時(shí)，形成具有活性結(jié)合時(shí)，形成具有活性mpf能觸發(fā)能觸發(fā)從從g1 1進(jìn)入進(jìn)入s期；與此同時(shí)期；與此同時(shí)mpf又激活另一種降解又激活另一種降解cyclin的酶，使的酶，使mpf自身失活。然后，自身失活。然后，m-cyclin的濃的濃度增加，并同度增加，并同cdc2 2結(jié)合形成具有活性的結(jié)合形成具有活性的mpf，這種，這種mpf能觸發(fā)從能觸發(fā)從g2 2進(jìn)入進(jìn)入m期。進(jìn)入期。進(jìn)入m期后，期后，mpf中的中的cyclin同樣再度降解，同樣再度降解，mpf失活，失活，cdc2 2又同又同s-cyclin結(jié)合，形成能觸發(fā)從結(jié)合，形成能觸發(fā)從g1 1進(jìn)入進(jìn)入s期的期的mpf。如此循環(huán)反復(fù)，不斷推動細(xì)

18、胞周期循環(huán)地從一期進(jìn)如此循環(huán)反復(fù)，不斷推動細(xì)胞周期循環(huán)地從一期進(jìn)入下一期。入下一期。 簡化示意圖簡化示意圖mm-cyclin降解降解g1s-cyclin+cdc2形成形成mpfss-cyclin降解降解g2m-cyclin+cdc2形成形成mpf第四節(jié)第四節(jié) 細(xì)胞分化與衰老細(xì)胞分化與衰老1 1 細(xì)胞的分化細(xì)胞的分化 一個(gè)或一種細(xì)胞，其分裂增殖的后代在形態(tài)、結(jié)一個(gè)或一種細(xì)胞，其分裂增殖的后代在形態(tài)、結(jié)構(gòu)和功能上相互不同，并與親代細(xì)胞也不同，這構(gòu)和功能上相互不同，并與親代細(xì)胞也不同，這一過程稱作細(xì)胞分化。一過程稱作細(xì)胞分化。細(xì)胞后代在形態(tài)、結(jié)構(gòu)和功能上發(fā)生差異的過程。細(xì)胞后代在形態(tài)、結(jié)構(gòu)和功能上發(fā)

19、生差異的過程。1) 細(xì)胞分化起始于基因表達(dá)的調(diào)控，部分基因關(guān)細(xì)胞分化起始于基因表達(dá)的調(diào)控，部分基因關(guān)閉，部分基因開啟，也包括基因表達(dá)強(qiáng)度的改閉，部分基因開啟，也包括基因表達(dá)強(qiáng)度的改變。變。1. 個(gè)體發(fā)育通過細(xì)胞分化來實(shí)現(xiàn)個(gè)體發(fā)育通過細(xì)胞分化來實(shí)現(xiàn)細(xì)胞分化的內(nèi)涵細(xì)胞分化的內(nèi)涵2) 分化細(xì)胞之間的差異歸根到底在于不同蛋白質(zhì)分化細(xì)胞之間的差異歸根到底在于不同蛋白質(zhì)的表達(dá)。的表達(dá)。3) 分化過程通常是不可逆的。分化終端的細(xì)胞通分化過程通常是不可逆的。分化終端的細(xì)胞通常不再分裂，穩(wěn)定地具有一定的特征，執(zhí)行一常不再分裂，穩(wěn)定地具有一定的特征，執(zhí)行一定的生理功能，然后走向衰老和死亡。有時(shí)，定的生理功能，然后

20、走向衰老和死亡。有時(shí)，個(gè)別分化終端的細(xì)胞逆向恢復(fù)生長分裂的能力，個(gè)別分化終端的細(xì)胞逆向恢復(fù)生長分裂的能力，往往可能是細(xì)胞癌變的征兆。往往可能是細(xì)胞癌變的征兆。4) 一般認(rèn)為達(dá)到成年階段，個(gè)體發(fā)育完成。細(xì)胞一般認(rèn)為達(dá)到成年階段，個(gè)體發(fā)育完成。細(xì)胞分化大量地出現(xiàn)在成年以前的發(fā)育過程中，但分化大量地出現(xiàn)在成年以前的發(fā)育過程中，但是一部分細(xì)胞的分化，持續(xù)于整個(gè)生物體的一是一部分細(xì)胞的分化，持續(xù)于整個(gè)生物體的一生。例如，哺乳類的骨髓中，終生都在發(fā)生血生。例如，哺乳類的骨髓中，終生都在發(fā)生血細(xì)胞的分化和成熟。細(xì)胞的分化和成熟。2. 細(xì)胞的分化發(fā)育潛能細(xì)胞的分化發(fā)育潛能1) 全能性全能性指受精卵能夠具有使后

21、代細(xì)胞分化出指受精卵能夠具有使后代細(xì)胞分化出各種組織細(xì)胞并建成完整個(gè)體的潛能，如全能各種組織細(xì)胞并建成完整個(gè)體的潛能，如全能干細(xì)胞。干細(xì)胞。2) 多能性多能性有的細(xì)胞具有使后代細(xì)胞分化出多種有的細(xì)胞具有使后代細(xì)胞分化出多種組織或細(xì)胞，但已不能建成完整個(gè)體的潛能，組織或細(xì)胞，但已不能建成完整個(gè)體的潛能，如如多能干細(xì)胞。多能干細(xì)胞。3) 單能性單能性有的細(xì)胞具有更窄的發(fā)育潛能，只能有的細(xì)胞具有更窄的發(fā)育潛能，只能使后代細(xì)胞發(fā)育成為一種細(xì)胞，稱為單能性，使后代細(xì)胞發(fā)育成為一種細(xì)胞，稱為單能性，如單能干細(xì)胞（祖細(xì)胞）。如單能干細(xì)胞（祖細(xì)胞）。二二 干細(xì)胞（干細(xì)胞（stem cell） 干細(xì)胞是一類具有

22、自我更新干細(xì)胞是一類具有自我更新（self-renewing）和分化潛能的細(xì)胞。它包括胚胎干細(xì)胞和成體干細(xì)和分化潛能的細(xì)胞。它包括胚胎干細(xì)胞和成體干細(xì)胞。胞。 干細(xì)胞按照生存階段分為胚胎干細(xì)胞和成體干細(xì)胞按照生存階段分為胚胎干細(xì)胞和成體干細(xì)胞。干細(xì)胞。 干細(xì)胞的發(fā)育受多種內(nèi)在機(jī)制和微環(huán)境因素的干細(xì)胞的發(fā)育受多種內(nèi)在機(jī)制和微環(huán)境因素的影響。目前人類胚胎干細(xì)胞已可成功地在體外培養(yǎng)。影響。目前人類胚胎干細(xì)胞已可成功地在體外培養(yǎng)。最新研究發(fā)現(xiàn)，成體干細(xì)胞可以橫向分化為其他類最新研究發(fā)現(xiàn)，成體干細(xì)胞可以橫向分化為其他類型的細(xì)胞和組織，為干細(xì)胞的廣泛應(yīng)用提供了基礎(chǔ)型的細(xì)胞和組織，為干細(xì)胞的廣泛應(yīng)用提供了基

23、礎(chǔ)。 在胚胎的發(fā)生發(fā)育中，單個(gè)受精卵可以分裂發(fā)在胚胎的發(fā)生發(fā)育中，單個(gè)受精卵可以分裂發(fā)育為多細(xì)胞的組織或器官。在成年動物中，正常的育為多細(xì)胞的組織或器官。在成年動物中，正常的生理代謝或病理損傷也會引起組織或器官的修復(fù)再生理代謝或病理損傷也會引起組織或器官的修復(fù)再生。胚胎的分化形成和成年組織的再生是干細(xì)胞進(jìn)生。胚胎的分化形成和成年組織的再生是干細(xì)胞進(jìn)一步分化的結(jié)果。胚胎干細(xì)胞是全能的，具有分化一步分化的結(jié)果。胚胎干細(xì)胞是全能的，具有分化為幾乎全部組織和器官的能力。而成年組織或器官為幾乎全部組織和器官的能力。而成年組織或器官內(nèi)的干細(xì)胞一般認(rèn)為具有組織特異性，只能分化成內(nèi)的干細(xì)胞一般認(rèn)為具有組織特異

24、性，只能分化成特定的細(xì)胞或組織。特定的細(xì)胞或組織。 最新的研究表明，組織特異性干細(xì)胞同樣具有最新的研究表明，組織特異性干細(xì)胞同樣具有分化成其他細(xì)胞或組織的潛能，這為干細(xì)胞的應(yīng)用分化成其他細(xì)胞或組織的潛能，這為干細(xì)胞的應(yīng)用開創(chuàng)了更廣泛的空間。開創(chuàng)了更廣泛的空間。 1.1. 胚胎干細(xì)胞（胚胎干細(xì)胞（embryonic stem cell, es細(xì)胞）細(xì)胞） 當(dāng)受精卵分裂發(fā)育成囊胚時(shí)，內(nèi)層細(xì)胞團(tuán)（當(dāng)受精卵分裂發(fā)育成囊胚時(shí)，內(nèi)層細(xì)胞團(tuán)（ inner cell mass）的細(xì)胞即為胚胎干細(xì)胞。胚胎干細(xì)胞具有全能性，可以自我更的細(xì)胞即為胚胎干細(xì)胞。胚胎干細(xì)胞具有全能性，可以自我更新并具有分化為體內(nèi)所有組織

25、的能力。早在新并具有分化為體內(nèi)所有組織的能力。早在1970年年martin evans已從小鼠中分離出胚胎干細(xì)胞并在體外進(jìn)行培養(yǎng)。而人已從小鼠中分離出胚胎干細(xì)胞并在體外進(jìn)行培養(yǎng)。而人的胚胎干細(xì)胞的體外培養(yǎng)直到最近才獲得成功。進(jìn)一步說，的胚胎干細(xì)胞的體外培養(yǎng)直到最近才獲得成功。進(jìn)一步說，胚胚胎干細(xì)胞（胎干細(xì)胞（es細(xì)胞）是一種高度未分化細(xì)胞。它具有發(fā)育的細(xì)胞）是一種高度未分化細(xì)胞。它具有發(fā)育的全能性，能分化出成體動物的所有組織和器官，包括生殖細(xì)胞。全能性，能分化出成體動物的所有組織和器官，包括生殖細(xì)胞。研究和利用研究和利用es細(xì)胞是當(dāng)前生物工程領(lǐng)域的核心問題之一。細(xì)胞是當(dāng)前生物工程領(lǐng)域的核心問題

26、之一。es細(xì)胞的研究可追溯到上世紀(jì)五十年代，由于畸胎瘤干細(xì)胞細(xì)胞的研究可追溯到上世紀(jì)五十年代，由于畸胎瘤干細(xì)胞（ec細(xì)胞）的發(fā)現(xiàn)開始了細(xì)胞）的發(fā)現(xiàn)開始了es細(xì)胞的生物學(xué)研究歷程。細(xì)胞的生物學(xué)研究歷程。 目前許多研究工作都是以小鼠目前許多研究工作都是以小鼠es細(xì)胞為研究對象展開的，細(xì)胞為研究對象展開的，如：德美醫(yī)學(xué)小組在去年成功的向試驗(yàn)鼠體內(nèi)移植了由如：德美醫(yī)學(xué)小組在去年成功的向試驗(yàn)鼠體內(nèi)移植了由es細(xì)胞細(xì)胞培養(yǎng)出的神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞。此后，密蘇里的研究人員通過鼠胚細(xì)培養(yǎng)出的神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞。此后，密蘇里的研究人員通過鼠胚細(xì)胞移植技術(shù)，使癱瘓的貓恢復(fù)了部分肢體活動能力。隨著胞移植技術(shù)，使癱瘓的貓恢復(fù)了部分

27、肢體活動能力。隨著es細(xì)細(xì)胞的研究日益深入，生命科學(xué)家對人類胞的研究日益深入，生命科學(xué)家對人類es細(xì)胞的了解邁入了一細(xì)胞的了解邁入了一個(gè)新的階段。在個(gè)新的階段。在98年末，兩個(gè)研究小組成功的培養(yǎng)出人類年末，兩個(gè)研究小組成功的培養(yǎng)出人類es細(xì)細(xì)胞，保持了胞，保持了es細(xì)胞分化為各種體細(xì)胞的全能性。這樣就使科學(xué)細(xì)胞分化為各種體細(xì)胞的全能性。這樣就使科學(xué)家利用人類家利用人類es細(xì)胞治療各種疾病成為可能。然而，人類細(xì)胞治療各種疾病成為可能。然而，人類es 細(xì)細(xì)胞的研究工作引起了全世界范圍內(nèi)的很大爭議，出于社會倫理胞的研究工作引起了全世界范圍內(nèi)的很大爭議，出于社會倫理學(xué)方面的原因，有些國家甚至明令禁止進(jìn)

28、行人類學(xué)方面的原因，有些國家甚至明令禁止進(jìn)行人類es細(xì)胞研究。細(xì)胞研究。無論從基礎(chǔ)研究角度來講還是從臨床應(yīng)用方面來看，人類無論從基礎(chǔ)研究角度來講還是從臨床應(yīng)用方面來看，人類es細(xì)細(xì)胞帶給人類的益處遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于在倫理方面可能造成的負(fù)面影響，胞帶給人類的益處遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于在倫理方面可能造成的負(fù)面影響，因此要求展開人類因此要求展開人類es細(xì)胞研究的呼聲也一浪高似一浪。細(xì)胞研究的呼聲也一浪高似一浪。 2. 2. 成體干細(xì)胞成體干細(xì)胞 成年動物的許多組織和器官，比如表皮和造血系統(tǒng)，具有修成年動物的許多組織和器官，比如表皮和造血系統(tǒng)，具有修復(fù)和再生的能力。成體干細(xì)胞在其中起著關(guān)鍵的作用。在特復(fù)和再生的能力。成體干細(xì)

29、胞在其中起著關(guān)鍵的作用。在特定條件下，成體干細(xì)胞或者產(chǎn)生新的干細(xì)胞，或者按一定的定條件下，成體干細(xì)胞或者產(chǎn)生新的干細(xì)胞，或者按一定的程序分化，形成新的功能細(xì)胞，從而使組織和器官保持生長程序分化，形成新的功能細(xì)胞，從而使組織和器官保持生長和衰退的動態(tài)平衡。過去認(rèn)為成體干細(xì)胞主要包括上皮干細(xì)和衰退的動態(tài)平衡。過去認(rèn)為成體干細(xì)胞主要包括上皮干細(xì)胞和造血干細(xì)胞。最近研究表明，以往認(rèn)為不能再生的神經(jīng)胞和造血干細(xì)胞。最近研究表明，以往認(rèn)為不能再生的神經(jīng)組織仍然包含神經(jīng)干細(xì)胞組織仍然包含神經(jīng)干細(xì)胞，說明成體干細(xì)胞普遍存在，問題說明成體干細(xì)胞普遍存在，問題是如何尋找和分離各種組織特異性干細(xì)胞。成體干細(xì)胞經(jīng)常是

30、如何尋找和分離各種組織特異性干細(xì)胞。成體干細(xì)胞經(jīng)常位于特定的微環(huán)境中。微環(huán)境中的間質(zhì)細(xì)胞能夠產(chǎn)生一系列位于特定的微環(huán)境中。微環(huán)境中的間質(zhì)細(xì)胞能夠產(chǎn)生一系列生長因子或配體，與干細(xì)胞相互作用，控制干細(xì)胞的更新和生長因子或配體，與干細(xì)胞相互作用，控制干細(xì)胞的更新和分化。分化。 3. 3. 造血干細(xì)胞造血干細(xì)胞 造血干細(xì)胞是體內(nèi)各種血細(xì)胞的唯一來源，它主要存在于骨造血干細(xì)胞是體內(nèi)各種血細(xì)胞的唯一來源，它主要存在于骨髓、外周血、臍帶血中。造血干細(xì)胞的移植是治療血液系統(tǒng)髓、外周血、臍帶血中。造血干細(xì)胞的移植是治療血液系統(tǒng)疾病、先天性遺傳疾病以及多發(fā)性和轉(zhuǎn)移性惡性腫瘤疾病的疾病、先天性遺傳疾病以及多發(fā)性和轉(zhuǎn)

31、移性惡性腫瘤疾病的最有效方法。在臨床治療中，造血干細(xì)胞應(yīng)用較早，在最有效方法。在臨床治療中，造血干細(xì)胞應(yīng)用較早，在2020世世紀(jì)五十年代，臨床上就開始應(yīng)用骨髓移植（紀(jì)五十年代，臨床上就開始應(yīng)用骨髓移植（bmt）方法來治）方法來治療血液系統(tǒng)疾病。到八十年代末，外周血干細(xì)胞移植療血液系統(tǒng)疾病。到八十年代末，外周血干細(xì)胞移植（pbsct）技術(shù)逐漸推廣開來，絕大多數(shù)為自體外周血干細(xì)）技術(shù)逐漸推廣開來，絕大多數(shù)為自體外周血干細(xì)胞移植（胞移植（apbsct），在提高治療有效率和縮短療程方面優(yōu)），在提高治療有效率和縮短療程方面優(yōu)于常規(guī)治療，且效果令人滿意。與兩者相比，臍血干細(xì)胞移于常規(guī)治療，且效果令人滿意。

32、與兩者相比，臍血干細(xì)胞移植的長處在于無來源的限制，對植的長處在于無來源的限制，對hla配型要求不高，不易受配型要求不高，不易受病毒或腫瘤的污染。病毒或腫瘤的污染。臍血干細(xì)胞移植成功為全世界更多的血臍血干細(xì)胞移植成功為全世界更多的血液病及惡性腫瘤的患者帶來福音。液病及惡性腫瘤的患者帶來福音。4. 4. 神經(jīng)干細(xì)胞神經(jīng)干細(xì)胞 關(guān)于神經(jīng)干細(xì)胞研究起步較晚，由于分離神經(jīng)干細(xì)胞所需的關(guān)于神經(jīng)干細(xì)胞研究起步較晚，由于分離神經(jīng)干細(xì)胞所需的胎兒腦組織較難取材，加之胚胎細(xì)胞研究的爭議尚未平息，胎兒腦組織較難取材，加之胚胎細(xì)胞研究的爭議尚未平息，神經(jīng)干細(xì)胞的研究仍處于初級階段。理論上講，任何一種中神經(jīng)干細(xì)胞的研究

33、仍處于初級階段。理論上講，任何一種中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病都可歸結(jié)為神經(jīng)干細(xì)胞功能的紊亂。腦和脊樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病都可歸結(jié)為神經(jīng)干細(xì)胞功能的紊亂。腦和脊髓由于血腦屏障的存在使之在干細(xì)胞移植到中樞神經(jīng)系統(tǒng)后髓由于血腦屏障的存在使之在干細(xì)胞移植到中樞神經(jīng)系統(tǒng)后不會產(chǎn)生免疫排斥反應(yīng)，如：給帕金森氏綜合癥患者的腦內(nèi)不會產(chǎn)生免疫排斥反應(yīng)，如：給帕金森氏綜合癥患者的腦內(nèi)移植含有多巴胺生成細(xì)胞的神經(jīng)干細(xì)胞，可治愈部分患者癥移植含有多巴胺生成細(xì)胞的神經(jīng)干細(xì)胞，可治愈部分患者癥狀。除此之外，神經(jīng)干細(xì)胞的功能還可延伸到藥物檢測方面，狀。除此之外，神經(jīng)干細(xì)胞的功能還可延伸到藥物檢測方面，對判斷藥物有效性、毒性有一定的作用。對判

34、斷藥物有效性、毒性有一定的作用。 實(shí)際上，到目前為止，人們對干細(xì)胞的了解仍實(shí)際上，到目前為止，人們對干細(xì)胞的了解仍存在許多盲區(qū)。存在許多盲區(qū)。20002000年年初美國研究人員無意中發(fā)年年初美國研究人員無意中發(fā)現(xiàn)在胰腺中存有干細(xì)胞；加拿大研究人員在人、鼠、現(xiàn)在胰腺中存有干細(xì)胞；加拿大研究人員在人、鼠、牛的視網(wǎng)膜中發(fā)現(xiàn)了始終處于牛的視網(wǎng)膜中發(fā)現(xiàn)了始終處于“休眠狀態(tài)的干細(xì)休眠狀態(tài)的干細(xì)胞胞” ；有些科學(xué)家證實(shí)骨髓干細(xì)胞可發(fā)育成肝細(xì)；有些科學(xué)家證實(shí)骨髓干細(xì)胞可發(fā)育成肝細(xì)胞，腦干細(xì)胞可發(fā)育成血細(xì)胞。胞，腦干細(xì)胞可發(fā)育成血細(xì)胞。 隨著干細(xì)胞研究領(lǐng)域向深度和廣度不斷擴(kuò)展，隨著干細(xì)胞研究領(lǐng)域向深度和廣度不斷

35、擴(kuò)展，人們對干細(xì)胞的了解也將更加全面。人們對干細(xì)胞的了解也將更加全面。21世紀(jì)是生命世紀(jì)是生命科學(xué)的時(shí)代，也是為人類的健康長壽創(chuàng)造世界奇跡科學(xué)的時(shí)代，也是為人類的健康長壽創(chuàng)造世界奇跡的時(shí)代，干細(xì)胞的應(yīng)用將有廣闊前景。的時(shí)代，干細(xì)胞的應(yīng)用將有廣闊前景。 5. 5. 干細(xì)胞應(yīng)用的基礎(chǔ)干細(xì)胞應(yīng)用的基礎(chǔ)調(diào)控調(diào)控 干細(xì)胞的調(diào)控是指給出適當(dāng)?shù)囊蜃訔l件，對干細(xì)胞的增干細(xì)胞的調(diào)控是指給出適當(dāng)?shù)囊蜃訔l件，對干細(xì)胞的增值和分化進(jìn)行調(diào)控，使之向指定的方向發(fā)展。值和分化進(jìn)行調(diào)控，使之向指定的方向發(fā)展。 1)1) 內(nèi)源性調(diào)控內(nèi)源性調(diào)控干細(xì)胞自身有許多調(diào)控因子可對外界信號起反應(yīng)從而調(diào)節(jié)其干細(xì)胞自身有許多調(diào)控因子可對外界信

36、號起反應(yīng)從而調(diào)節(jié)其增殖和分化，包括調(diào)節(jié)細(xì)胞不對稱分裂的蛋白，控制基因表增殖和分化，包括調(diào)節(jié)細(xì)胞不對稱分裂的蛋白，控制基因表達(dá)的核因子等。另外，干細(xì)胞在終末分化之前所進(jìn)行的分裂達(dá)的核因子等。另外，干細(xì)胞在終末分化之前所進(jìn)行的分裂次數(shù)也受到細(xì)胞內(nèi)調(diào)控因子的制約。次數(shù)也受到細(xì)胞內(nèi)調(diào)控因子的制約。a. a. 細(xì)胞內(nèi)蛋白對干細(xì)胞分裂的調(diào)控細(xì)胞內(nèi)蛋白對干細(xì)胞分裂的調(diào)控 干細(xì)胞分裂可能產(chǎn)生新的干細(xì)胞和分化的功能細(xì)胞。干細(xì)胞分裂可能產(chǎn)生新的干細(xì)胞和分化的功能細(xì)胞。這種分化的不對稱是由于細(xì)胞本身成分的不均等分這種分化的不對稱是由于細(xì)胞本身成分的不均等分配和周圍環(huán)境的作用造成的。細(xì)胞的結(jié)構(gòu)蛋白，特配和周圍環(huán)境的作

37、用造成的。細(xì)胞的結(jié)構(gòu)蛋白，特別是細(xì)胞骨架成分對細(xì)胞的發(fā)育非常重要。如在果別是細(xì)胞骨架成分對細(xì)胞的發(fā)育非常重要。如在果蠅卵巢中，調(diào)控干細(xì)胞不對稱分裂的是一種稱為收蠅卵巢中，調(diào)控干細(xì)胞不對稱分裂的是一種稱為收縮體的細(xì)胞器，包含有許多調(diào)節(jié)蛋白，如膜收縮蛋縮體的細(xì)胞器，包含有許多調(diào)節(jié)蛋白，如膜收縮蛋白和細(xì)胞周期素白和細(xì)胞周期素a。收縮體與紡錘體的結(jié)合決定了。收縮體與紡錘體的結(jié)合決定了干細(xì)胞分裂的部位，從而把維持干細(xì)胞性狀所必需干細(xì)胞分裂的部位，從而把維持干細(xì)胞性狀所必需的成分保留在子代干細(xì)胞中。的成分保留在子代干細(xì)胞中。 b. b. 轉(zhuǎn)錄因子的調(diào)控轉(zhuǎn)錄因子的調(diào)控 在脊椎動物中，轉(zhuǎn)錄因子對干細(xì)胞分化的調(diào)

38、節(jié)非常重在脊椎動物中，轉(zhuǎn)錄因子對干細(xì)胞分化的調(diào)節(jié)非常重要。比如在胚胎干細(xì)胞的發(fā)生中，轉(zhuǎn)錄因子要。比如在胚胎干細(xì)胞的發(fā)生中，轉(zhuǎn)錄因子oct4是必是必需的。需的。oct4是一種哺乳動物早期胚胎細(xì)胞表達(dá)的轉(zhuǎn)錄是一種哺乳動物早期胚胎細(xì)胞表達(dá)的轉(zhuǎn)錄因子，它誘導(dǎo)表達(dá)的靶基因產(chǎn)物是因子，它誘導(dǎo)表達(dá)的靶基因產(chǎn)物是fgf-4等生長因子，等生長因子，能夠通過生長因子的旁分泌作用調(diào)節(jié)干細(xì)胞以及周圍能夠通過生長因子的旁分泌作用調(diào)節(jié)干細(xì)胞以及周圍滋養(yǎng)層的進(jìn)一步分化。滋養(yǎng)層的進(jìn)一步分化。oct4缺失突變的胚胎只能發(fā)育缺失突變的胚胎只能發(fā)育到囊胚期，其內(nèi)部細(xì)胞不能發(fā)育成內(nèi)層細(xì)胞團(tuán)到囊胚期，其內(nèi)部細(xì)胞不能發(fā)育成內(nèi)層細(xì)胞團(tuán) 。

39、另外。另外白血病抑制因子（白血病抑制因子（lif）對培養(yǎng)的小鼠）對培養(yǎng)的小鼠es細(xì)胞的自我細(xì)胞的自我更新有促進(jìn)作用，而對人的成體干細(xì)胞無作用，說明更新有促進(jìn)作用，而對人的成體干細(xì)胞無作用，說明不同種屬間的轉(zhuǎn)錄調(diào)控是不完全一致的。不同種屬間的轉(zhuǎn)錄調(diào)控是不完全一致的。2) 2) 外源性調(diào)控外源性調(diào)控 干細(xì)胞的分化還可受到其周圍組織及細(xì)胞外基質(zhì)等外源性干細(xì)胞的分化還可受到其周圍組織及細(xì)胞外基質(zhì)等外源性因素的影響。因素的影響。a.a. 分泌因子分泌因子間質(zhì)細(xì)胞能夠分泌許多因子，維持干細(xì)胞的增殖，分化和存活。有兩類間質(zhì)細(xì)胞能夠分泌許多因子，維持干細(xì)胞的增殖，分化和存活。有兩類因子在不同組織甚至不同種屬中

40、都發(fā)揮重要作用，它們是因子在不同組織甚至不同種屬中都發(fā)揮重要作用，它們是tgf家族和家族和wnt信號通路。比如信號通路。比如tgf家族中至少有兩個(gè)成員能夠調(diào)節(jié)神經(jīng)嵴干細(xì)胞家族中至少有兩個(gè)成員能夠調(diào)節(jié)神經(jīng)嵴干細(xì)胞的分化。最近研究發(fā)現(xiàn)，膠質(zhì)細(xì)胞衍生的神經(jīng)營養(yǎng)因子（的分化。最近研究發(fā)現(xiàn)，膠質(zhì)細(xì)胞衍生的神經(jīng)營養(yǎng)因子（gdnf）不僅）不僅能夠促進(jìn)多種神經(jīng)元的存活和分化，還對精原細(xì)胞的再生和分化有決定能夠促進(jìn)多種神經(jīng)元的存活和分化，還對精原細(xì)胞的再生和分化有決定作用。作用。gdnf缺失的小鼠表現(xiàn)為干細(xì)胞數(shù)量的減少，而缺失的小鼠表現(xiàn)為干細(xì)胞數(shù)量的減少，而gdnf的過度表的過度表達(dá)導(dǎo)致未分化的精原細(xì)胞的累積。

41、達(dá)導(dǎo)致未分化的精原細(xì)胞的累積。wnts的作用機(jī)制是通過阻止的作用機(jī)制是通過阻止-catenin分解從而激活分解從而激活tcf/lef介導(dǎo)的轉(zhuǎn)錄，促進(jìn)干細(xì)胞的分化。比如在線蟲卵裂介導(dǎo)的轉(zhuǎn)錄，促進(jìn)干細(xì)胞的分化。比如在線蟲卵裂球的分裂中，鄰近細(xì)胞誘導(dǎo)的球的分裂中，鄰近細(xì)胞誘導(dǎo)的wnt信號通路能夠控制紡錘體的起始點(diǎn)和信號通路能夠控制紡錘體的起始點(diǎn)和內(nèi)胚層的分化。內(nèi)胚層的分化。 b. b. 膜蛋白介導(dǎo)的細(xì)胞間的相互作用膜蛋白介導(dǎo)的細(xì)胞間的相互作用 有些信號是通過細(xì)胞有些信號是通過細(xì)胞-細(xì)胞的直接接觸起作用的。細(xì)胞的直接接觸起作用的。-catenin就是一種介導(dǎo)細(xì)胞粘附連接的結(jié)構(gòu)成分。除就是一種介導(dǎo)細(xì)胞粘

42、附連接的結(jié)構(gòu)成分。除此之外，穿膜蛋白此之外，穿膜蛋白notch及其配體及其配體delta或或jagged也也對干細(xì)胞分化有重要影響。在果蠅的感覺器官前體對干細(xì)胞分化有重要影響。在果蠅的感覺器官前體細(xì)胞，脊椎動物的胚胎及成年組織包括視網(wǎng)膜神經(jīng)細(xì)胞，脊椎動物的胚胎及成年組織包括視網(wǎng)膜神經(jīng)上皮、骨骼肌和血液系統(tǒng)中，上皮、骨骼肌和血液系統(tǒng)中，notch信號都起著非常信號都起著非常重要的作用。當(dāng)重要的作用。當(dāng)notch與其配體結(jié)合時(shí)，干細(xì)胞進(jìn)行與其配體結(jié)合時(shí)，干細(xì)胞進(jìn)行非分化性增殖；當(dāng)非分化性增殖；當(dāng)notch活性被抑制時(shí)，干細(xì)胞進(jìn)入活性被抑制時(shí)，干細(xì)胞進(jìn)入分化程序，發(fā)育為功能細(xì)胞。分化程序，發(fā)育為功能

43、細(xì)胞。 c. c. 整合素（整合素（integrin）與細(xì)胞外基質(zhì)）與細(xì)胞外基質(zhì)整合素家族是介導(dǎo)干細(xì)胞與細(xì)胞外基質(zhì)粘附的最主整合素家族是介導(dǎo)干細(xì)胞與細(xì)胞外基質(zhì)粘附的最主要的分子。整合素與其配體的相互作用為干細(xì)胞的要的分子。整合素與其配體的相互作用為干細(xì)胞的非分化增殖提供了適當(dāng)?shù)奈h(huán)境。比如當(dāng)非分化增殖提供了適當(dāng)?shù)奈h(huán)境。比如當(dāng)1整合整合素喪失功能時(shí)，上皮干細(xì)胞逃脫了微環(huán)境的制約，素喪失功能時(shí)，上皮干細(xì)胞逃脫了微環(huán)境的制約，分化成角質(zhì)細(xì)胞。此外細(xì)胞外基質(zhì)通過調(diào)節(jié)分化成角質(zhì)細(xì)胞。此外細(xì)胞外基質(zhì)通過調(diào)節(jié)1整合整合素的表達(dá)和激活，從而影響干細(xì)胞的分布和分化方素的表達(dá)和激活，從而影響干細(xì)胞的分布和分化方

44、向。向。3) 3) 干細(xì)胞的可塑性干細(xì)胞的可塑性 越來越多的證據(jù)表明，當(dāng)成體干細(xì)胞被移植入受體中，它們越來越多的證據(jù)表明，當(dāng)成體干細(xì)胞被移植入受體中，它們表現(xiàn)出很強(qiáng)的可塑性。通常情況下，供體的干細(xì)胞在受體中表現(xiàn)出很強(qiáng)的可塑性。通常情況下，供體的干細(xì)胞在受體中分化為與其組織來源一致的細(xì)胞。而在某些情況下干細(xì)胞的分化為與其組織來源一致的細(xì)胞。而在某些情況下干細(xì)胞的分化并不遵循這種規(guī)律。分化并不遵循這種規(guī)律。19991999年年goodell等人分離出小鼠的肌等人分離出小鼠的肌肉干細(xì)胞，體外培養(yǎng)肉干細(xì)胞，體外培養(yǎng)5 5天后，與少量的骨髓間質(zhì)細(xì)胞一起移植天后，與少量的骨髓間質(zhì)細(xì)胞一起移植入接受致死量輻

45、射的小鼠中，結(jié)果發(fā)現(xiàn)肌肉干細(xì)胞會分化為入接受致死量輻射的小鼠中，結(jié)果發(fā)現(xiàn)肌肉干細(xì)胞會分化為各種血細(xì)胞系。這種現(xiàn)象被稱為干細(xì)胞的橫向分化（各種血細(xì)胞系。這種現(xiàn)象被稱為干細(xì)胞的橫向分化（trans-differentiation）。關(guān)于橫向分化的調(diào)控機(jī)制目前還不清楚。）。關(guān)于橫向分化的調(diào)控機(jī)制目前還不清楚。大多數(shù)觀點(diǎn)認(rèn)為干細(xì)胞的分化與微環(huán)境密切相關(guān)?？赡艿臋C(jī)大多數(shù)觀點(diǎn)認(rèn)為干細(xì)胞的分化與微環(huán)境密切相關(guān)?？赡艿臋C(jī)制是，干細(xì)胞進(jìn)入新的微環(huán)境后，對分化信號的反應(yīng)受到周制是，干細(xì)胞進(jìn)入新的微環(huán)境后，對分化信號的反應(yīng)受到周圍正在進(jìn)行分化的細(xì)胞的影響，從而對新的微環(huán)境中的調(diào)節(jié)圍正在進(jìn)行分化的細(xì)胞的影響，從而對新

46、的微環(huán)境中的調(diào)節(jié)信號做出反應(yīng)。信號做出反應(yīng)。6.6. 干細(xì)胞應(yīng)用干細(xì)胞應(yīng)用 按分化潛能的大小，干細(xì)胞基本上可分為三種類型：一類是全按分化潛能的大小，干細(xì)胞基本上可分為三種類型：一類是全能性干細(xì)胞，它具有形成完整個(gè)體的分化潛能。如胚胎干細(xì)胞能性干細(xì)胞，它具有形成完整個(gè)體的分化潛能。如胚胎干細(xì)胞（簡稱（簡稱es細(xì)胞），它是從早期胚胎的內(nèi)細(xì)胞團(tuán)分離出來的一種細(xì)胞），它是從早期胚胎的內(nèi)細(xì)胞團(tuán)分離出來的一種高度未分化的細(xì)胞系，具有與早期胚胎細(xì)胞相似的形態(tài)特征和高度未分化的細(xì)胞系，具有與早期胚胎細(xì)胞相似的形態(tài)特征和很強(qiáng)的分化能力，它可以無限增殖并分化成為全身很強(qiáng)的分化能力，它可以無限增殖并分化成為全身20

47、0多種細(xì)多種細(xì)胞類型，進(jìn)一步形成機(jī)體的所有組織、器官。另一類是多能性胞類型，進(jìn)一步形成機(jī)體的所有組織、器官。另一類是多能性干細(xì)胞，這種干細(xì)胞具有分化出多種細(xì)胞組織的潛能，但卻失干細(xì)胞，這種干細(xì)胞具有分化出多種細(xì)胞組織的潛能，但卻失去了發(fā)育成完整個(gè)體的能力，發(fā)育潛能受到一定的限制，骨髓去了發(fā)育成完整個(gè)體的能力，發(fā)育潛能受到一定的限制，骨髓多能造血干細(xì)胞是典型的例子，它可分化出至少十二種血細(xì)胞，多能造血干細(xì)胞是典型的例子，它可分化出至少十二種血細(xì)胞，但不能分化出造血系統(tǒng)以外的其它細(xì)胞。還有一類干細(xì)胞為單但不能分化出造血系統(tǒng)以外的其它細(xì)胞。還有一類干細(xì)胞為單能干細(xì)胞（也稱專能、偏能干細(xì)胞），這類干細(xì)

48、胞只能向一種能干細(xì)胞（也稱專能、偏能干細(xì)胞），這類干細(xì)胞只能向一種類型或密切相關(guān)的兩種類型的細(xì)胞分化，如上皮組織基底層的類型或密切相關(guān)的兩種類型的細(xì)胞分化，如上皮組織基底層的干細(xì)胞、肌肉中的成肌細(xì)胞或叫衛(wèi)星細(xì)胞。干細(xì)胞、肌肉中的成肌細(xì)胞或叫衛(wèi)星細(xì)胞。 最近干細(xì)胞的研究有兩個(gè)重大的技術(shù)突破，一是人類胚胎最近干細(xì)胞的研究有兩個(gè)重大的技術(shù)突破，一是人類胚胎干細(xì)胞在體外培養(yǎng)成功。干細(xì)胞在體外培養(yǎng)成功。19981998年年 wisconsin 大學(xué)的大學(xué)的 james thomson和和 johns hopkins大學(xué)的大學(xué)的 john gearhart 從人囊胚從人囊胚的內(nèi)層細(xì)胞團(tuán)中取得胚胎干細(xì)胞。他

49、們把胚胎干細(xì)胞與小的內(nèi)層細(xì)胞團(tuán)中取得胚胎干細(xì)胞。他們把胚胎干細(xì)胞與小鼠的骨髓間質(zhì)細(xì)胞進(jìn)行了共培養(yǎng)。結(jié)果表明胚胎干細(xì)胞可鼠的骨髓間質(zhì)細(xì)胞進(jìn)行了共培養(yǎng)。結(jié)果表明胚胎干細(xì)胞可以進(jìn)行長達(dá)以進(jìn)行長達(dá)5 5個(gè)月的非分化增殖，個(gè)月的非分化增殖， 同時(shí)還保持著分化為滋同時(shí)還保持著分化為滋養(yǎng)層組織及三種胚層組織的能力。這為胚胎干細(xì)胞的臨床養(yǎng)層組織及三種胚層組織的能力。這為胚胎干細(xì)胞的臨床應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。另外一個(gè)重大突破是成體干細(xì)胞的橫向應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。另外一個(gè)重大突破是成體干細(xì)胞的橫向分化。分化。19991999年年 goodell 等人用肌肉來源的干細(xì)胞在小鼠體等人用肌肉來源的干細(xì)胞在小鼠體內(nèi)分化成各種血細(xì)胞

50、。這表明成體干細(xì)胞在一定的微環(huán)境內(nèi)分化成各種血細(xì)胞。這表明成體干細(xì)胞在一定的微環(huán)境的作用下，可以橫向分化為需要的細(xì)胞和組織，從而起到的作用下，可以橫向分化為需要的細(xì)胞和組織，從而起到極其有效的治療作用。極其有效的治療作用。 總之，凡需要不斷產(chǎn)生新的分化細(xì)胞以及分化細(xì)胞總之，凡需要不斷產(chǎn)生新的分化細(xì)胞以及分化細(xì)胞本身不能再分裂的細(xì)胞或組織都要通過干細(xì)胞所產(chǎn)本身不能再分裂的細(xì)胞或組織都要通過干細(xì)胞所產(chǎn)生的具有分化能力的細(xì)胞來維持機(jī)體細(xì)胞的數(shù)量，生的具有分化能力的細(xì)胞來維持機(jī)體細(xì)胞的數(shù)量，可以這樣說，生命體是通過干細(xì)胞的分裂來實(shí)現(xiàn)細(xì)可以這樣說，生命體是通過干細(xì)胞的分裂來實(shí)現(xiàn)細(xì)胞的更新及保證持續(xù)生長。

51、隨著基因工程、胚胎工胞的更新及保證持續(xù)生長。隨著基因工程、胚胎工程、細(xì)胞工程等各種生物技術(shù)的快速發(fā)展，按照一程、細(xì)胞工程等各種生物技術(shù)的快速發(fā)展，按照一定的目的，在體外人工分離、培養(yǎng)干細(xì)胞已成為可定的目的，在體外人工分離、培養(yǎng)干細(xì)胞已成為可能，利用干細(xì)胞構(gòu)建各種細(xì)胞、組織、器官作為移能，利用干細(xì)胞構(gòu)建各種細(xì)胞、組織、器官作為移植器官的來源，這將成為干細(xì)胞應(yīng)用的主要方向。植器官的來源，這將成為干細(xì)胞應(yīng)用的主要方向。三三 細(xì)胞分化的機(jī)理細(xì)胞分化的機(jī)理略略1. 細(xì)胞分裂的不對稱性細(xì)胞分裂的不對稱性1)1) 卵細(xì)胞具有極性，細(xì)胞核靠近北極。卵細(xì)胞具有極性，細(xì)胞核靠近北極。北極或動物極：極體釋放的部位；

52、北極或動物極：極體釋放的部位；南極或植物極：相對北極而言，母體物質(zhì)主要儲存南極或植物極：相對北極而言，母體物質(zhì)主要儲存在于植物極。在于植物極。2)2) 動物卵細(xì)胞中貯存有動物卵細(xì)胞中貯存有大量大量mrna，呈非均勻分布；，呈非均勻分布；用轉(zhuǎn)錄抑制劑放線菌素用轉(zhuǎn)錄抑制劑放線菌素d處理海膽受精卵，胚胎發(fā)處理海膽受精卵，胚胎發(fā)育仍能進(jìn)行至囊胚期育仍能進(jìn)行至囊胚期用蛋白質(zhì)翻譯抑制劑嘌呤霉素處理受精卵，受精卵停用蛋白質(zhì)翻譯抑制劑嘌呤霉素處理受精卵，受精卵停止發(fā)育。止發(fā)育。 卵裂后的細(xì)胞質(zhì)的特性決定了子細(xì)胞核的分化命運(yùn)。卵裂后的細(xì)胞質(zhì)的特性決定了子細(xì)胞核的分化命運(yùn)。 昆蟲以表面卵裂的方式形成胚層細(xì)胞的。遷

53、入卵的昆蟲以表面卵裂的方式形成胚層細(xì)胞的。遷入卵的后端極質(zhì)部的細(xì)胞發(fā)育為原始生殖細(xì)胞，用紫外線照后端極質(zhì)部的細(xì)胞發(fā)育為原始生殖細(xì)胞，用紫外線照射這一區(qū)域，破壞極質(zhì)，卵將發(fā)育為無生殖細(xì)胞的不射這一區(qū)域，破壞極質(zhì)，卵將發(fā)育為無生殖細(xì)胞的不育個(gè)體。育個(gè)體。2. 細(xì)胞間的相互作用細(xì)胞間的相互作用胚胎誘導(dǎo)胚胎誘導(dǎo)(embryonic induction) ：胚胎發(fā)育過：胚胎發(fā)育過程中，一部分細(xì)胞影響相鄰細(xì)胞向一定方向分程中，一部分細(xì)胞影響相鄰細(xì)胞向一定方向分化的作用?；淖饔谩?誘導(dǎo)者誘導(dǎo)者(inductor) ：對其它細(xì)胞起誘導(dǎo)作用的細(xì)胞：對其它細(xì)胞起誘導(dǎo)作用的細(xì)胞 脊索可誘導(dǎo)其頂部的外胚層發(fā)育成神經(jīng)

54、板，脊索可誘導(dǎo)其頂部的外胚層發(fā)育成神經(jīng)板，神經(jīng)溝和神經(jīng)管；神經(jīng)溝和神經(jīng)管； 視胞可誘導(dǎo)其外面的外胚層形成晶體，而晶視胞可誘導(dǎo)其外面的外胚層形成晶體，而晶體又可誘導(dǎo)外胚層形成角膜。體又可誘導(dǎo)外胚層形成角膜。 分化抑制：分化成熟的細(xì)胞可以產(chǎn)生抑素，抑分化抑制：分化成熟的細(xì)胞可以產(chǎn)生抑素，抑制相鄰細(xì)胞發(fā)生同樣的分化。制相鄰細(xì)胞發(fā)生同樣的分化。如含有成蛙心組織的培養(yǎng)液培養(yǎng)蛙胚，則蛙如含有成蛙心組織的培養(yǎng)液培養(yǎng)蛙胚，則蛙胚不能發(fā)育出正常的心臟。胚不能發(fā)育出正常的心臟。 細(xì)胞數(shù)量效應(yīng)細(xì)胞數(shù)量效應(yīng)小鼠胚胎胰腺原基在體外進(jìn)行組織培養(yǎng)時(shí)，可小鼠胚胎胰腺原基在體外進(jìn)行組織培養(yǎng)時(shí)，可發(fā)育成具有功能的胰腺組織，但如果

55、把胰原基發(fā)育成具有功能的胰腺組織，但如果把胰原基切成切成8小塊分別培養(yǎng)，則都不能形成胰腺組織，小塊分別培養(yǎng)，則都不能形成胰腺組織，如果再把分開的小塊合起來，又可形成胰腺組如果再把分開的小塊合起來，又可形成胰腺組織?？?。 細(xì)胞外基質(zhì)的影響細(xì)胞外基質(zhì)的影響干細(xì)胞在干細(xì)胞在iv型膠原和層粘連蛋白上分化為上皮細(xì)胞；型膠原和層粘連蛋白上分化為上皮細(xì)胞；在在i型膠原和纖粘連蛋白上形成纖維細(xì)胞；型膠原和纖粘連蛋白上形成纖維細(xì)胞；在在ii型膠原及軟骨粘連蛋白上發(fā)育為軟骨細(xì)胞。型膠原及軟骨粘連蛋白上發(fā)育為軟骨細(xì)胞。 激素的作用激素的作用如昆蟲的保幼激素和脫皮激素。如昆蟲的保幼激素和脫皮激素。3.3. 細(xì)胞核與細(xì)

56、胞分化細(xì)胞核與細(xì)胞分化1)1) 染色體結(jié)構(gòu)的變化染色體結(jié)構(gòu)的變化 基因刪除：原生動物、昆蟲、甲殼動物?；騽h除：原生動物、昆蟲、甲殼動物。 基因擴(kuò)增：果蠅多線染色體。基因擴(kuò)增：果蠅多線染色體。 基因重排：免疫球蛋白基因（基因重排：免疫球蛋白基因（10106 610108 8種抗體）。種抗體）。 dna的甲基化與異染色質(zhì)化：的甲基化與異染色質(zhì)化： 胞嘧啶的甲基化使基因失活。胞嘧啶的甲基化使基因失活。 基因與細(xì)胞分化基因與細(xì)胞分化 無論是母體無論是母體mrna的作用還是細(xì)胞間的相互作用，的作用還是細(xì)胞間的相互作用，其結(jié)果是啟動特定基因的表達(dá)。其結(jié)果是啟動特定基因的表達(dá)。 根據(jù)對果蠅、家蠶等實(shí)驗(yàn)動物

57、的研究表明：根據(jù)對果蠅、家蠶等實(shí)驗(yàn)動物的研究表明：卵受精后，首先表達(dá)的是母體基因；母體基因的卵受精后，首先表達(dá)的是母體基因；母體基因的產(chǎn)物是轉(zhuǎn)錄因子，沿胚的前后軸形成一個(gè)濃度梯產(chǎn)物是轉(zhuǎn)錄因子，沿胚的前后軸形成一個(gè)濃度梯度，決定了胚的前后位置和頭尾區(qū)域；控制其它度，決定了胚的前后位置和頭尾區(qū)域；控制其它基因的表達(dá)：基因的表達(dá)：母體基因母體基因 間隙基因間隙基因 成對基因成對基因體節(jié)極性基體節(jié)極性基因因同源異形基因（同源異形基因（homeotic gene，hox）。）。四四 成體中的細(xì)胞分化成體中的細(xì)胞分化略略1.1. 已存在的細(xì)胞功能由弱、強(qiáng)、減退到喪失。已存在的細(xì)胞功能由弱、強(qiáng)、減退到喪失。

58、經(jīng)歷了新生經(jīng)歷了新生成熟成熟衰老衰老死亡的過程。死亡的過程。2.2. 已有的分化細(xì)胞通過分裂產(chǎn)生兩個(gè)功能相同的已有的分化細(xì)胞通過分裂產(chǎn)生兩個(gè)功能相同的細(xì)胞，如血管內(nèi)皮細(xì)胞。細(xì)胞，如血管內(nèi)皮細(xì)胞。3.3. 干細(xì)胞的分裂與分化，如多能造血干細(xì)胞。干細(xì)胞的分裂與分化，如多能造血干細(xì)胞。五五 再生再生略略1.1. 指生物的器官損傷后，剩余的部分長出與原指生物的器官損傷后，剩余的部分長出與原來形態(tài)功能相同的結(jié)構(gòu)的現(xiàn)象，廣義來看再來形態(tài)功能相同的結(jié)構(gòu)的現(xiàn)象，廣義來看再生是生命的普遍現(xiàn)象，從分子、細(xì)胞到組織生是生命的普遍現(xiàn)象，從分子、細(xì)胞到組織器官都具有再生現(xiàn)象。器官都具有再生現(xiàn)象。 生理性再生：即細(xì)胞更新

59、，如人的紅細(xì)胞。生理性再生：即細(xì)胞更新，如人的紅細(xì)胞。 修復(fù)性再生：壁虎的尾、蠑螈的斷肢、螃蟹的肢。修復(fù)性再生：壁虎的尾、蠑螈的斷肢、螃蟹的肢。 無性繁殖無性繁殖六六 細(xì)胞衰老細(xì)胞衰老又稱老化，指細(xì)胞隨著年齡的增加，機(jī)能和結(jié)構(gòu)又稱老化，指細(xì)胞隨著年齡的增加，機(jī)能和結(jié)構(gòu)發(fā)生退行性變化，趨向死亡的不可逆的現(xiàn)象。發(fā)生退行性變化，趨向死亡的不可逆的現(xiàn)象。衰老和死亡是生命的基本現(xiàn)象，衰老過程發(fā)生在衰老和死亡是生命的基本現(xiàn)象，衰老過程發(fā)生在生物界的整體水平、種群水平、個(gè)體水平、細(xì)胞生物界的整體水平、種群水平、個(gè)體水平、細(xì)胞水平以及分子水平等不同的層次。水平以及分子水平等不同的層次。1. 個(gè)體衰老個(gè)體衰老

60、衰老意味著身體各個(gè)部分功能的衰退，漸漸發(fā)展衰老意味著身體各個(gè)部分功能的衰退，漸漸發(fā)展到不能執(zhí)行功能。個(gè)體衰老過程具有以下特征：到不能執(zhí)行功能。個(gè)體衰老過程具有以下特征：1) 衰老受遺傳控制，但個(gè)體差異很大。衰老受遺傳控制，但個(gè)體差異很大。2) 衰老受中樞神經(jīng)系統(tǒng)影響，悲觀、憂慮和煩躁的衰老受中樞神經(jīng)系統(tǒng)影響，悲觀、憂慮和煩躁的情緒會使衰老速度加快。情緒會使衰老速度加快。3) 衰老受環(huán)境條件影響。營養(yǎng)不良或營養(yǎng)過度導(dǎo)衰老受環(huán)境條件影響。營養(yǎng)不良或營養(yǎng)過度導(dǎo)致肥胖會加速衰老。致肥胖會加速衰老。4) 適當(dāng)?shù)捏w力運(yùn)動可使身體機(jī)制的衰老減慢；經(jīng)適當(dāng)?shù)捏w力運(yùn)動可使身體機(jī)制的衰老減慢；經(jīng)常的腦力活動也可使腦