細胞分化華南師范大學生命科學學院新網(wǎng)站

1、第十二章 細胞分化 第三節(jié) 細胞的分化潛能一、全能性、多能性和單能性受精卵能夠分化出各種細胞、組織，形成一個完整的個體，所以把受精卵的分化潛能稱為全能性（totipotent）。隨著分化發(fā)育的進程，細胞逐漸喪失其分化潛能。從全能性到多能性，再到單能性，最后失去分化潛能成為成熟定型的細胞（圖12-12）。圖12-12 受精卵的全能性植物的枝、葉、根都有可能長成一株完整的植株，細胞培養(yǎng)的結(jié)果也證明即使高度分化的植物細胞也可以培養(yǎng)成一個完整的植株（圖12-13），因此可以說絕多數(shù)植物細胞具有全能性。圖12-13 植物細胞的全能性成熟動物細胞顯然不具備全能性。其原因并非在細胞核而在細胞質(zhì)，如大量的核移

2、殖實驗證實，分化細胞的核仍保留完整的基因組DNA。我國發(fā)育生物學家童第周1978年成功地將黑斑蛙成熟的細胞核移入去核的受精卵細胞內(nèi)，培育出了蝌蚪。60年代的爪蟾和80年代小鼠的核移殖，90年代末多利羊的誕生都證明了分化細胞具有完整的基因組DNA。在人的一生中，皮膚、小腸和血液等組織需要不斷地更新，這個任務(wù)是由干細胞完成的。干細胞是一類具有分裂和分化能力的細胞（圖12-14），多能干細胞可以分化出多種類型的細胞，但它不可能分化出足以構(gòu)成完整個體的所有細胞，所以多能干細胞的分化潛能稱為多能性（pluripotent）。單能干細胞來源于多能干細胞，具有向特定細胞系分化的能力，也稱為祖細胞（proge

3、nitor）。圖12-14 干細胞的分化潛能二、干細胞的特點干細胞具有以下生物學特點：終生保持未分化或低分化特征；在機體的中的數(shù)目、位置相對恒定；具有自我更新能力；能無限制的分裂增殖；具有多向分化潛能，能分化成不同類型的組織細胞，造血干細胞、骨髓間充質(zhì)干細胞、神經(jīng)干細胞等成體干細胞具有一定的跨系、甚至跨胚層分化的潛能；分裂的慢周期性，絕大多數(shù)干細胞處于G0期；通過兩種方式分裂，對成分裂和不對稱分裂前者形成兩個相同的干細胞，后者形成一個干細胞和一個祖細胞。根據(jù)干細胞的分化能力，可以分為全能干細胞、多能干細胞和單能干細胞。全能干細胞可以分化為機體內(nèi)的任何一種細胞，直至形成一個復雜的有機體。多能干細

4、胞可以分化為多種類型的細胞，如造血干細胞可以分化為12種血細胞。有些文獻中將分化潛能更廣的細胞叫做多潛能干細胞（pluripotent stem cell），如骨髓間充質(zhì)干細胞，而把向某一組織類型細胞分化的干細胞叫做多能干細胞（multipotent stem cell），如前面提到的造血干細胞。單能干細胞只能分化為一種類型的細胞，而且自我更新能力有限。三、胚胎干細胞根據(jù)個體發(fā)育過程中出現(xiàn)的先后次序不同，干細胞又可分為胚胎干細胞和成體干細胞。胚胎干細胞（embryonic stem cells，ESC）是指從胚胎內(nèi)細胞團或原始生殖細胞篩選分離出的具有多能性或全能性的細胞，此外也可以通過體細胞核

5、移植技術(shù)獲得。ESC能表達POU家族的轉(zhuǎn)錄因子Oct-3/4；在移植后能形成的畸胎瘤，在體外適當條件下能分化為代表三胚層結(jié)構(gòu)的體細胞。ESC的用途主要有：克隆動物，由體細胞作為核供體進行克隆動物生產(chǎn)，雖然易于取材，但克隆動物個體中表現(xiàn)出嚴重的生理或免疫缺陷，而且多為致命性的；轉(zhuǎn)基因動物，以ESC細胞作為載體，可大大加快轉(zhuǎn)基因動物生產(chǎn)的速度，提高成功率；組織工程，人工誘導ESC定向分化，培育出特定的組織和器官，用于醫(yī)學治療的目的。四、再生狹義地講再生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)象稱為再生，如壁虎的尾、蠑螈的肢、螃蟹的足，在失去后又可重新形成，海參可以形成全部內(nèi)臟

6、，水螅、蚯蚓、蝸蟲等低等動物的每一段都可以形成一個完整的個體等等。但是從廣義的角度來看再生是生命的普遍現(xiàn)象，從分子、細胞到組織器官都具有再生現(xiàn)象。再生的形式：生理性再生：即細胞更新，如人體內(nèi)每秒中約有600萬個新生的紅細胞替代相同數(shù)量死亡的紅細胞。修復性再生：許多無脊椎動物用這種方式來形成失去的器官，如上述提到的壁虎的尾和螃蟹的肢。重建：是人工實驗條件下的特殊現(xiàn)象。如人為將水螅的一片組織分散成單個細胞。在懸液中，這些細胞重新聚集，在幾天至幾周以后，形成一條新的水螅。無性繁殖：關(guān)于再生存在著許多引人入勝的問題：1機體如何意識到失去的部分，又是如何知道丟失的部位及丟失的多少？即再生如何起始，如何控

7、制？2替代物來此何處？是剩余的原胚細胞、干細胞還是已分化的細胞又去分化的結(jié)果？3原結(jié)構(gòu)的重建是補充的新組織，還是由傷口處一些細胞增殖代替了缺失的結(jié)構(gòu)?，F(xiàn)在普遍認為再生是細胞去分化，細胞遷移和細胞增殖的組合，而不是單純的補充或增殖。如蠑螈的前肢被切除后，再生包括以下的過程：傷口處細胞的粘著性減弱，通過變形運動移向傷口。形成單層細胞封閉傷口。這層細胞稱為頂帽（apical cap）或頂外胚層帽（apical ectodermal cap）。頂帽下方的細胞，如骨細胞，軟骨細胞，成纖維細胞，肌細胞，神經(jīng)膠質(zhì)細胞迅速去分化。形成胚芽。胚芽內(nèi)部缺氧，PH下降，提高了溶酶體的活性，促進受傷組織的清除。胚芽細胞加快分裂和生長，最后細胞又開始分化構(gòu)成一個新的肢體。從蠑螈斷肢再生的實驗發(fā)現(xiàn)，當臂神經(jīng)被完全切除時不再發(fā)生斷肢再生。這是因為神經(jīng)能產(chǎn)生再生促進因子，其中有一種被鑒定為神經(jīng)膠質(zhì)生