第十六章 干細(xì)胞與組織維持和再生(唐霓)ppt課件

1、第十六章 干細(xì)胞與組織的維持和再生stem cell and tissue regeneration概述 第一節(jié) 干細(xì)胞根底生物學(xué)第二節(jié) 胚胎干細(xì)胞和組織干細(xì)胞第三節(jié) 干細(xì)胞“干性的調(diào)理機(jī)制第四節(jié) 干細(xì)胞與疾病的關(guān)系第五節(jié) 細(xì)胞重編程及誘導(dǎo)多能干細(xì)胞內(nèi)容概 述 再生regeneration 部分缺失或者受損的組織器官重新生長并堅(jiān)持較完好的生理功能的過程。組織修復(fù)組織再生 物種的再生才干與組織和器官的分化程度相反 低等生物的肢體再生 成人組織器官損傷后的再生 組織的維持和再生與干細(xì)胞親密相關(guān) 胚胎干細(xì)胞是目前知分化功能最為強(qiáng)大的干細(xì)胞。 組織干細(xì)胞堅(jiān)持著自我更新和分化的潛能，維持組織器官的穩(wěn)態(tài)平

2、衡。一、干細(xì)胞是具有自我更新與分化潛能的未分化或低分 化細(xì)胞第一節(jié) 干細(xì)胞根底生物學(xué) stem cell biology干細(xì)胞具有“無限 的增殖才干，可以產(chǎn)生與母代細(xì)胞完全一樣的子代細(xì)胞，維持該干細(xì)胞種群。 自我更新分化潛能 干細(xì)胞能分化生成不同表型的成熟細(xì)胞，例如胚胎干細(xì)胞可以分化構(gòu)成個(gè)體的一切成熟細(xì)胞類型。干細(xì)胞的獨(dú)特增殖方式干細(xì)胞具有獨(dú)特的增殖方式，即非對(duì)稱分裂a(bǔ)symmetric division。干細(xì)胞經(jīng)過非對(duì)稱分裂產(chǎn)生與一個(gè)與母代細(xì)胞完全一樣的子代細(xì)胞，以堅(jiān)持干細(xì)胞穩(wěn)定；同時(shí)還產(chǎn)生過渡放大細(xì)胞TA細(xì)胞，再由過渡放大細(xì)胞經(jīng)過假設(shè)干次分裂，最終產(chǎn)生分化細(xì)胞。二、干細(xì)胞具有區(qū)別于其他類型

3、細(xì)胞 的重要生物學(xué)特征 一 干細(xì)胞具有“無限的自我更新才干 二多向分化潛能是干細(xì)胞的另外一個(gè)主要特征 三干細(xì)胞具有未分化或低分化特性 根據(jù)細(xì)胞所處的發(fā)育階段和發(fā)生學(xué)來源的不同，分為胚胎干細(xì)胞、組織干細(xì)胞和生殖干細(xì)胞。三、干細(xì)胞具有不同的分類方法 根據(jù)細(xì)胞分化潛能不同，分為全能干細(xì)胞totipotent stem cells、多能干細(xì)胞pluripotent stem cells， 或multipotent stem cells和單能干細(xì)胞unipotent stem cells。一胚胎干細(xì)胞表達(dá)特征性的基因產(chǎn)物和外表標(biāo)志分子四、干細(xì)胞的來源和組織類型不同決議其獨(dú)特的生物學(xué)特征 特征性基因產(chǎn)物如

4、SSEA-3，SSEA-4,TRA-1-60，TRA-1-81,堿性磷酸酶等整合素如整合素6和1，銜接蛋白43等 轉(zhuǎn)錄因子 如Oct3/4，Nanog，Sox2 等 譜系定向分化才干 二組織干細(xì)胞具有組織定向分化才干 和特定組織定居才干 特定組織定居的才干組織干細(xì)胞進(jìn)一步分化為專能祖細(xì)胞，最終成為終末分化細(xì)胞。細(xì)胞分化的過程是組織干細(xì)胞獲得特定組織細(xì)胞形狀、表型以及功能特征的過程。 組織干細(xì)胞可對(duì)組織再生的特異刺激和信號(hào)分子產(chǎn)生應(yīng)對(duì)，分化為特定類型的組織細(xì)胞，替代受損細(xì)胞或死亡細(xì)胞的功能。 神經(jīng)干細(xì)胞 Nestin、CD133和CD24等組織干細(xì)胞的特征性外表分子骨髓間充質(zhì)細(xì)胞 CD29、CD

5、44、CD166等造血干細(xì)胞 Ly6A/ESca-1、CD34和 CD133等 概念五、組織干細(xì)胞具有分化的可塑性組織干細(xì)胞跨系譜甚至跨胚層分化的潛能，稱為組織干細(xì)胞的可塑性(plasticity) 。如骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞可以跨胚層向肝臟、心肌、胰腺或神經(jīng)細(xì)胞分化，而肌肉、神經(jīng)干細(xì)胞也可以向造血干細(xì)胞分化。 組織干細(xì)胞和多能干細(xì)胞用圓形表示，分化細(xì)胞用方形表示。 一 胚胎干細(xì)胞主要來源于植入前胚胎內(nèi)細(xì)胞團(tuán) 六、干細(xì)胞的來源、定位和功能 胚胎干細(xì)胞的來源與早期分化 胚胎期血液系統(tǒng)的發(fā)育是一個(gè)動(dòng)態(tài)過程 二 胚胎期胚層細(xì)胞分化以后構(gòu)成組織干細(xì)胞的前 體細(xì)胞 小鼠造血系統(tǒng)發(fā)育的第一個(gè)部位是胚外卵黃囊，隨

6、后是胚內(nèi)的自動(dòng)脈-性腺-中腎區(qū)aorta-gonad-mesonephros，AGM區(qū)，然后逐漸移位到胚胎期肝臟、骨髓，最后發(fā)育為成體的造血系統(tǒng)。 神經(jīng)干細(xì)胞出如今原腸胚期胚胎外胚層構(gòu)成神經(jīng)組織以后 神經(jīng)板的誘導(dǎo)和神經(jīng)干細(xì)胞的出現(xiàn)都標(biāo)志 著構(gòu)成神經(jīng)系統(tǒng)定向發(fā)育的胚系祖細(xì)胞 神經(jīng)干細(xì)胞的發(fā)育具有時(shí)間和空間調(diào)控的特點(diǎn) 概念 個(gè)體出生以后，組織干細(xì)胞包括生殖干細(xì)胞生活的特殊微環(huán)境稱為干細(xì)胞微環(huán)境，又稱為干細(xì)胞巢stem cell niche。不同組織類型的“干細(xì)胞微環(huán)境的組成及定位不同。 七、干細(xì)胞微環(huán)境是干細(xì)胞維持自我更新和分化潛能的重要場所 干細(xì)胞需求特殊的微環(huán)境才干執(zhí)行正常的生理功能。假設(shè)將造

7、血干細(xì)胞從其正常生存的微環(huán)境中分別，它們即喪失了自我更新的才干。 一 干細(xì)胞需求特殊的微環(huán)境才干執(zhí)行正常的生理功能 微環(huán)境還能調(diào)控干細(xì)胞的分化發(fā)育方向，例如，在不同信號(hào)途徑構(gòu)成的微環(huán)境中，干細(xì)胞能向不同的譜系細(xì)胞分化。 果蠅卵巢干細(xì)胞微環(huán)境 果蠅卵巢干細(xì)胞微環(huán)境 成年果蠅卵巢生殖干細(xì)胞germline stem cell，GSC位于卵巢原卵區(qū)的頂部，并被三種不同的基質(zhì)細(xì)胞群所包繞：端絲(terminal filament)、帽細(xì)胞(cap cell)以及內(nèi)鞘細(xì)胞inner sheath cell。這三種基質(zhì)細(xì)胞以及基膜共同構(gòu)成GSC微環(huán)境，其中帽細(xì)胞經(jīng)過E-cadherin介導(dǎo)的嚴(yán)密銜接將GS

8、C固定在微環(huán)境中，與其他基質(zhì)細(xì)胞產(chǎn)生的細(xì)胞信號(hào)分子如BMP、Notch等共同調(diào)控GSC的生長和分化。二 干細(xì)胞微環(huán)境包括多種組成成分 信號(hào)分子:以自分泌或旁分泌的方式影響干細(xì)胞的增殖與分化。 細(xì)胞黏附分子:確保干細(xì)胞定居于微環(huán)境中，并接受信號(hào)分子的調(diào)理。 細(xì)胞外基質(zhì):對(duì)干細(xì)胞正常功能的維持提供了重要信號(hào)，并且可以直接調(diào)理干細(xì)胞的分化方向?？臻g效應(yīng):空間構(gòu)造對(duì)堅(jiān)持適宜的干細(xì)胞數(shù)目和干細(xì)胞的定向分化發(fā)揚(yáng)了重要作用。 干細(xì)胞微環(huán)境是由定位于組織內(nèi)的一群特殊細(xì)胞和細(xì)胞外支持構(gòu)造組成 三 干細(xì)胞微環(huán)境具有一些共同的構(gòu)造與功能特點(diǎn) 一些重要的信號(hào)分子輔助干細(xì)胞定位于微環(huán)境 干細(xì)胞微環(huán)境可以產(chǎn)生多種外源信號(hào)

9、分子，調(diào)控干細(xì)胞分化及增殖 脊椎動(dòng)物和哺乳動(dòng)物干細(xì)胞微環(huán)境具有特定的構(gòu)造 骨髓干細(xì)胞微環(huán)境 八、干細(xì)胞生物學(xué)研討具有寬廣的運(yùn)用前景 一 干細(xì)胞為器官移植和組織工程提供了重要的 細(xì)胞來源 二 有望確定疾病病因并對(duì)疾病的治療提供新的 手段 四 有助于挑選新藥及建立新的模型系統(tǒng) 第二節(jié) 胚胎干細(xì)胞、組織干細(xì)胞和生殖干細(xì)胞 一、 胚胎干細(xì)胞具有“無限的增殖才干和多向分化潛能一 胚胎干細(xì)胞的分別、體外培育和鑒定 哺乳動(dòng)物胚胎干細(xì)胞的分別培育技術(shù)的建立 細(xì)胞因子LIF維持小鼠ES細(xì)胞干性人類ES細(xì)胞與小鼠ES細(xì)胞的比較人類ES細(xì)胞小鼠ES細(xì)胞形態(tài)扁平的、有明顯細(xì)胞邊界的克隆 緊密聚集型，形成圓頂樣克隆 分

10、化差異體外培養(yǎng)條件下較容易分化，并形成多種原始干細(xì)胞和部分處于不同分化階段幼稚細(xì)胞的多克隆 體外培養(yǎng)條件下較容易分化培養(yǎng)條件加入細(xì)胞因子LIF不能完全替代飼養(yǎng)細(xì)胞的作用 細(xì)胞因子LIF不能完全替代飼養(yǎng)細(xì)胞的作用二胚胎干細(xì)胞體外分化首先構(gòu)成胚狀體 小鼠ES細(xì)胞的體外分化 采用STAT-gp130抑制劑 參與維甲酸retinoic acid和二甲基亞楓DMSO 體外懸浮培育 構(gòu)成EB三種胚層細(xì)胞種系細(xì)胞缺乏胚胎發(fā)育的定位信號(hào) 目前曾經(jīng)勝利地誘導(dǎo)ES細(xì)胞向神經(jīng)細(xì)胞、心肌細(xì)胞、胰島素分泌細(xì)胞等終末細(xì)胞分化，上述細(xì)胞移植物在動(dòng)物體內(nèi)存活并整合入受體組織，可以替代受損組織的部分生理功能。 三胚胎干細(xì)胞可以

11、誘導(dǎo)分化為任何一種組織細(xì)胞二、組織干細(xì)胞的分化遭到精細(xì)而復(fù)雜的調(diào)控 一造血干細(xì)胞啟動(dòng)造血并分化構(gòu)成一切譜系血液細(xì)胞 1. 胚胎發(fā)育不同時(shí)期造血干細(xì)胞的定位詳見本章第一節(jié)2. 造血干細(xì)胞的分化是等級(jí)式分階段分化過程 造血干細(xì)胞HSC的分化是典型的等級(jí)式分化過程，HSC首先分化構(gòu)成多能造血祖細(xì)胞，然后分化為髓系干細(xì)胞和淋巴系干細(xì)胞，髓系干細(xì)胞分化構(gòu)成紅細(xì)胞、血小板、巨噬細(xì)胞、中性粒細(xì)胞，而淋巴系細(xì)胞那么構(gòu)成T細(xì)胞，B細(xì)胞，NK細(xì)胞等。 3. HSC特征外表標(biāo)志分子 人類HSC比較明確的主要外表標(biāo)志物為CD34+、Lin-、c-kit+、sca-1+，其他外表分子還包括Thy-1, IL-7R, F

12、lt3, CD150等。 二間充質(zhì)干細(xì)胞主要棲息于骨髓，能分化構(gòu)成中胚層細(xì)胞1. 間充質(zhì)干細(xì)胞的表型特征 hMSC呈紡錘形，為成纖維細(xì)胞樣細(xì)胞，能黏附于培育塑料外表，在體外培育初始階段構(gòu)成克隆。 形狀標(biāo)志物CD73、CD105、Stro-1、VCAM-1 2. 間充質(zhì)干細(xì)胞的體外誘導(dǎo)分化 間充質(zhì)干細(xì)胞的體外誘導(dǎo)分化3. MSC的運(yùn)用 MSC部分移植治療 組織器官的系統(tǒng)移植 干細(xì)胞的基因治療 組織工程中MSC的運(yùn)用 器官移植的排斥反響中起免疫調(diào)理作用 三皮膚干細(xì)胞維持體表屏障構(gòu)造和功能的完好皮膚干細(xì)胞表皮干細(xì)胞毛囊干細(xì)胞、毛囊黑素干細(xì)胞真皮中分別的間充質(zhì)干細(xì)胞皮膚毛囊干細(xì)胞、肝和小腸干細(xì)胞的定位

13、及分化調(diào)控 皮膚干細(xì)胞的特征 細(xì)胞增殖緩慢，主要表達(dá)在活體細(xì)胞標(biāo)志滯留； 自我更新才干強(qiáng)，體外培育條件下，毛囊干細(xì)胞能增殖構(gòu)成較大的克隆群； 經(jīng)過整合素與表皮基底膜嚴(yán)密相連。 1. 皮膚表皮干細(xì)胞的外表標(biāo)志物 整合素運(yùn)鐵蛋白受體transferrin receptor角蛋白Keratin，CKc-Myc和p63 2. 調(diào)控毛囊干細(xì)胞分化發(fā)育的重要信號(hào)分子 Wnt 信號(hào) 胚胎期皮膚多能干細(xì)胞接受Wnt信號(hào)調(diào)控。 參與成年哺乳動(dòng)物上皮細(xì)胞構(gòu)造重塑和毛 囊的構(gòu)成。 BMP 和Hh 信號(hào)毛囊干細(xì)胞微環(huán)境中，上述信號(hào)分子協(xié)同作用，相互平衡，精細(xì)調(diào)控皮膚干細(xì)胞的分化發(fā)育。 四 肝干細(xì)胞的分化是一個(gè)嚴(yán)密調(diào)控

14、的復(fù)雜變化過程1. 肝干細(xì)胞的來源和定位胚胎發(fā)育過程中，肝原基liver bud來源于前腸內(nèi)胚層，胚胎期和新生兒期肝干細(xì)胞位于導(dǎo)管板ductal plate內(nèi)，可以定向分化為肝細(xì)胞和膽管上皮細(xì)胞。成年肝干細(xì)胞位于Hering管區(qū)域內(nèi)，直接參與肝臟的生長和發(fā)育，同時(shí)也是肝細(xì)胞再生的重要細(xì)胞來源。 2. 調(diào)控肝干細(xì)胞分化的重要信號(hào)分子 Hex、FoxA2、BMP、HNF4等是調(diào)控肝臟發(fā)育的重要信號(hào)分子。3. 肝干細(xì)胞的特征性標(biāo)志物 肝干細(xì)胞角蛋白19CK19神經(jīng)細(xì)胞黏附分子NCAM上皮細(xì)胞黏附分子EpCAMclaudin-3(CLDN-3)Liv2、Dlk-2肝祖細(xì)胞甲胎蛋白AFPAlb基因4.

15、肝干細(xì)胞的誘導(dǎo)分化 成體肝組織內(nèi)分別得到具有向肝細(xì)胞和膽管上皮細(xì)胞雙向分化特性的肝干細(xì)胞。 體外胚胎干細(xì)胞向肝細(xì)胞的定向誘導(dǎo)分化： 主要經(jīng)過胚狀體構(gòu)成內(nèi)胚層特定分化肝祖細(xì)胞構(gòu)成類肝細(xì)胞成熟四階段構(gòu)成肝樣細(xì)胞。 五 其他干細(xì)胞的自我更新與分化同樣遭到精細(xì) 調(diào)控 1. 神經(jīng)干細(xì)胞的發(fā)現(xiàn)及意義 1992年Brent A. Reynolds和Samuel Weiss從成年小鼠側(cè)腦室膜下區(qū)分別出可以不斷增殖并具有分化潛能的細(xì)胞。 神經(jīng)干細(xì)胞的特征性外表標(biāo)志物包括神經(jīng)細(xì)胞中間絲蛋白，即巢蛋白nestin，以及波形蛋白vimentin、膠質(zhì)細(xì)胞原纖維酸性蛋白 GFAP等。2. 小腸干細(xì)胞的增殖與分化小腸干細(xì)

16、胞位于小腸隱窩底部，分散于潘氏細(xì)胞周圍，隱窩干細(xì)胞的數(shù)目約占0.4%0.6%，每一個(gè)隱窩大約包括了46個(gè)小腸干細(xì)胞。 小腸干細(xì)胞接受微環(huán)境中信號(hào)分子的調(diào)控，以確保小腸行使正常的生物學(xué)功能。 小腸干細(xì)胞的主要生物學(xué)特征。 三、生殖干細(xì)胞維持了生物種代間的延續(xù)性胚胎來源的胚胎生殖細(xì)胞成體組織來源的生殖干細(xì)胞生殖干細(xì)胞生殖干細(xì)胞是構(gòu)成成熟配子體精子或卵子的前體細(xì)胞，通常以為其來源于原始生殖細(xì)胞(primordial germ cell，PGC)。 一原始生殖細(xì)胞是各級(jí)生殖母細(xì)胞和成熟配子的共同祖先 原始生殖細(xì)胞的來源 多數(shù)觀念以為其來源于胚胎外胚層，但人類原始生殖細(xì)胞能夠來源于接近尿囊基部的卵黃囊背

17、側(cè)內(nèi)胚層。 精原干細(xì)胞的發(fā)育與分化二原始生殖細(xì)胞具有特征性的外表標(biāo)志物 人類原始生殖細(xì)胞高表達(dá)堿性磷酸酶、糖脂類SSEAs、糖蛋白TRA-1-60、TRA-1-81、EMA-1、轉(zhuǎn)錄因子OCT-4及端粒末端轉(zhuǎn)移酶hTERT。 PGC的分化需求BMP和轉(zhuǎn)化生長因子超家族成員的協(xié)同作用。 第三節(jié) 干細(xì)胞“干性的調(diào)控機(jī)制 一、細(xì)胞外信號(hào)分子經(jīng)過調(diào)控細(xì)胞內(nèi)一些重 要轉(zhuǎn)錄因子來維持干細(xì)胞“干性 胚胎干細(xì)胞主要經(jīng)過細(xì)胞外信號(hào)分子調(diào)控細(xì)胞內(nèi)一些重要轉(zhuǎn)錄因子，促進(jìn)干細(xì)胞增殖，抑制細(xì)胞分化關(guān)鍵基因的表達(dá)程度，維持胚胎干細(xì)胞未分化形狀。目前知的主要細(xì)胞外因子包括白血病抑制因子LIFleukemia inhibit

18、ing factor，BMP4等，細(xì)胞內(nèi)重要的轉(zhuǎn)錄因子包括STAT3、Oct3/4，Sox-2和Nanog等。 一 LIF是目前獨(dú)一明確的堅(jiān)持小鼠干細(xì)胞干性的 重要細(xì)胞因子 LIF-STAT信號(hào)通路圖 STAT3 ：稱為信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)和活化轉(zhuǎn)錄因子。Oct3/4： 最早稱為Oct-3或Oct-4，現(xiàn)一致命名為Oct3/4，由Pou5f1 基因編碼，屬于POU家族V 型轉(zhuǎn)錄因子。Sox-2：Sox (Sry-related HMG box-containing)是Sry-相關(guān)轉(zhuǎn)錄因子家族的成員 ，和Oct-3/4相互協(xié)同調(diào)理下游靶基因。Nanog：是最近鑒定的維持干細(xì)胞未分化形狀的重要轉(zhuǎn)錄因子。 二一

19、些重要的轉(zhuǎn)錄因子參與調(diào)控干細(xì)胞的未分化形狀小鼠ES細(xì)胞“干性的維持主要經(jīng)過三個(gè)程度進(jìn)展：第一是外源重要信號(hào)分子如LIF或BMP等，第二是轉(zhuǎn)錄調(diào)理因子主要包括Oct3/4、Nanog、Sox2，第三是調(diào)控細(xì)胞重要生命活動(dòng)包括細(xì)胞周期、端粒酶活性、細(xì)胞凋亡或分化等的重要基因的功能。 二、干細(xì)胞“干性的維持有賴于細(xì)胞內(nèi)復(fù) 雜的協(xié)同反響調(diào)控網(wǎng)絡(luò) Nanog、Oct3/4以及Sox2在一樣靶基因啟動(dòng)子區(qū)重疊出現(xiàn)的幾率非常高。 Nanog、Oct3/4以及Sox2還能分別與各自的啟動(dòng)子結(jié)合，構(gòu)成交互作用的自我調(diào)理網(wǎng)絡(luò)，維持干細(xì)胞的未分化特性。 上述三種轉(zhuǎn)錄因子還存在本身負(fù)反響調(diào)理機(jī)制。三、細(xì)胞外信號(hào)分子經(jīng)

20、過胞內(nèi)重要的信號(hào) 途徑參與調(diào)控干細(xì)胞的自我更新與分 化潛能 一 TGF-/BMP信號(hào)在干細(xì)胞的發(fā)育中起重要作用 1 TGF-家族調(diào)控胚胎干細(xì)胞的增殖與分化2對(duì)造血干細(xì)胞分化的影響 3對(duì)間充質(zhì)干細(xì)胞分化的調(diào)控 TGF-/BMP和Wnt/catenin信號(hào)途徑二 Wnt是干細(xì)胞正常分化與增殖所需的重要細(xì)胞 因子 Wnt信號(hào)經(jīng)典通路調(diào)控干細(xì)胞的自我更新與增殖Wnt信號(hào)在神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)育中的重要作用 Wnt信號(hào)通路對(duì)造血干細(xì)胞的分化與發(fā)育 三其他信號(hào)分子以網(wǎng)絡(luò)調(diào)控方式調(diào)控干細(xì)胞的增殖與分化 FGF信號(hào)調(diào)控胚胎干細(xì)胞的分化與發(fā)育，Notch、HH信號(hào)參與神經(jīng)系統(tǒng)、造血系統(tǒng)和骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞的增殖與分化等。

21、在不同組織干細(xì)胞微環(huán)境中，沒有任何一種信號(hào)分子對(duì)干細(xì)胞的生物學(xué)行為呈現(xiàn)單點(diǎn)、一一對(duì)應(yīng)的調(diào)控方式，都是經(jīng)過不同信號(hào)分子的協(xié)同作用構(gòu)成了復(fù)雜的調(diào)控網(wǎng)絡(luò)，共同調(diào)控干細(xì)胞的增殖與分化。 在不同類型的組織干細(xì)胞或干細(xì)胞發(fā)育的不同階段，細(xì)胞內(nèi)特征性的組蛋白修飾，可以將基因組分割成為活化基因區(qū)、抑制基因區(qū)以及待活化區(qū)域，使基因的轉(zhuǎn)錄和表達(dá)呈現(xiàn)獨(dú)特的方式，精細(xì)調(diào)控干細(xì)胞的分化與發(fā)育。四、表觀遺傳修飾參與調(diào)控干細(xì)胞的正常分化與發(fā)育 1. 組蛋白共價(jià)修飾在調(diào)理基因轉(zhuǎn)錄中的重要的作用 組蛋白修飾調(diào)控染色質(zhì)空間構(gòu)造和基因轉(zhuǎn)錄圖經(jīng)過組蛋白的不同修飾形狀，使染色質(zhì)處于不同的空間構(gòu)造如異染色質(zhì)、常染色質(zhì)以及轉(zhuǎn)錄活化形狀。組

22、蛋白的甲基化修飾通常使目的基因的轉(zhuǎn)錄處于封鎖形狀，而組蛋白乙?；揎棇?dǎo)致染色質(zhì)嚴(yán)密構(gòu)造松散，有利于基因的轉(zhuǎn)錄。 2. DNA甲基化修飾主要與基因抑制相關(guān) DNA甲基化是另外一種表觀遺傳修飾方式，主要與基因抑制gene suppression相關(guān)。 未分化干細(xì)胞與進(jìn)入分化進(jìn)程的干細(xì)胞中重要功能基因的甲基化形狀不同。 3. miRNA的作用 Micro RNAmiRNA是非編碼蛋白的RNA轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物，長度約2025nt。 在ES細(xì)胞分化過程中，miRNA的表達(dá)譜發(fā)生動(dòng)態(tài)改動(dòng)。 基因表達(dá)調(diào)控的表觀遺傳修飾方式之間，以及這些修飾方式與維系干細(xì)胞未分化特性的重要轉(zhuǎn)錄因子之間，存在著相互協(xié)調(diào)和相互影響的復(fù)雜

23、網(wǎng)絡(luò)，使得細(xì)胞內(nèi)某些重要功能基因被選擇性激活或抑制，共同調(diào)理干細(xì)胞的分化和發(fā)育。 第四節(jié) 干細(xì)胞與疾病的關(guān)系 一、傳統(tǒng)的腫瘤發(fā)生假說不能圓滿解釋腫瘤的發(fā)生 機(jī)制 腫瘤的發(fā)生是一種克隆進(jìn)化疾病。 腫瘤的發(fā)生是體細(xì)胞基因多階段突變積累和演化的過程，閱歷了起始initiation、積累accumulation和促進(jìn)promotion三個(gè)階段。 結(jié)腸癌的發(fā)生是典型的、研討較為透徹的基因突變積累過程的例子。 基因突變與“克隆進(jìn)化假說不能完全解釋腫瘤的發(fā)活力制 體細(xì)胞自發(fā)突變構(gòu)成腫瘤的能夠性比較小。腫瘤的發(fā)生必需突破細(xì)胞靜止形狀的限制，例如逃逸一些調(diào)控細(xì)胞周期關(guān)鍵分子的作用。干細(xì)胞強(qiáng)大的增殖才干可以作為腫

24、瘤細(xì)胞的重要來源，同時(shí)它們在體內(nèi)長期存在，也為基因的突變積累提供了根底。 腫瘤發(fā)生的克隆選擇假說與腫瘤干細(xì)胞假說 二、腫瘤干細(xì)胞假說為腫瘤發(fā)活力制的認(rèn)識(shí)提供了新的思緒一 腫瘤干細(xì)胞是腫瘤發(fā)生的原始細(xì)胞 1994年John Dick首先發(fā)現(xiàn)急性髓樣白血病AML病人體內(nèi)存在腫瘤干細(xì)胞。 2003年發(fā)現(xiàn)了乳腺癌干細(xì)胞和腦腫瘤干細(xì)胞。 目前曾經(jīng)在腸道腫瘤、骨肉瘤、肝癌等實(shí)體瘤以及血液系統(tǒng)腫瘤中發(fā)現(xiàn)了腫瘤干細(xì)胞。1. 腫瘤干細(xì)胞的發(fā)現(xiàn) 2. 腫瘤干細(xì)胞的概念 腫瘤干細(xì)胞cancer stem cell, CSC也稱為腫瘤來源細(xì)胞tumor-initiating cell，是從腫瘤組織中分別或鑒定的少數(shù)細(xì)

25、胞，具有無限的自我更新和誘導(dǎo)腫瘤發(fā)生的才干，是腫瘤產(chǎn)生的種子細(xì)胞。 腫瘤干細(xì)胞的生物學(xué)特征圖 3. 腫瘤干細(xì)胞的外表標(biāo)志物 曾經(jīng)鑒定的腫瘤干細(xì)胞外表標(biāo)志物腫瘤類別細(xì)胞表面標(biāo)志物AMLCD34+CD38-多發(fā)性骨髓瘤CD34-CD138-神經(jīng)系統(tǒng)腫瘤CD133+乳腺癌CD44+CD24-/low結(jié)腸癌CD133+肝癌CD90+CD45-胰腺癌CD44+CD24+ESA+頭頸部腫瘤CD44+Lineage-4. 腫瘤干細(xì)胞與正常干細(xì)胞的比較 具有一些共同的外表標(biāo)志物均具有體內(nèi)組織器官的遷移才干 均具有強(qiáng)大的自我更新才干 存在類似的、調(diào)理自我更新的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑 。 二 干細(xì)胞異常分化和增殖導(dǎo)致腫瘤的

26、發(fā)生 1. 干細(xì)胞未成熟分化和異常增殖與腫瘤 干細(xì)胞異常分化與腫瘤的發(fā)生2. 腫瘤干細(xì)胞微環(huán)境與腫瘤干細(xì)胞惡性轉(zhuǎn)化腫瘤干細(xì)胞微環(huán)境圖 腫瘤干細(xì)胞微環(huán)境中的信號(hào)異?；罨蛘邩?gòu)造改動(dòng)，是腫瘤干細(xì)胞惡性表型的重要刺激要素 小腸腺瘤細(xì)胞、皮膚毛囊腫瘤細(xì)胞和淋巴細(xì)胞性白血病細(xì)胞信號(hào)通路的異常 腫瘤干細(xì)胞微環(huán)境與腫瘤轉(zhuǎn)移和侵襲的關(guān)系 三腫瘤干細(xì)胞概念為腫瘤發(fā)活力制和治療的研討開辟了新的途徑 “腫瘤干細(xì)胞與 “克隆進(jìn)化假說相互補(bǔ)充，更好解釋了“克隆進(jìn)化學(xué)說不能解釋的一些臨床景象。 腫瘤干細(xì)胞概念的提出不但加深了人們對(duì)腫瘤發(fā)活力制的認(rèn)識(shí)，對(duì)腫瘤的治療研討也開辟了新的思緒。 三、 干細(xì)胞的衰老與老年疾病和退行性

27、疾病的發(fā)生相關(guān) 機(jī)體衰老過程中出現(xiàn)細(xì)胞DNA損傷和凋亡信號(hào)通路的活化 ，組織干細(xì)胞自我更新才干的減弱甚至組織干細(xì)胞的凋亡，或許與退行性疾病的發(fā)生親密相關(guān)。詳見第十二章中細(xì)胞衰老 第五節(jié) 細(xì)胞重編程及誘導(dǎo)多能干細(xì)胞 一、體細(xì)胞重編程為干細(xì)胞和再生醫(yī)學(xué) 的研討開辟了全新的領(lǐng)域 細(xì)胞重編程reprogramming能引導(dǎo)體細(xì)胞基因 表達(dá)向胚胎細(xì)胞或者其他類型細(xì)胞轉(zhuǎn)變。 細(xì)胞分化逆轉(zhuǎn)的最早證據(jù)來自于將體細(xì)胞核 導(dǎo)入去核卵細(xì)胞的實(shí)驗(yàn)研討。 細(xì)胞重編程的能夠機(jī)制細(xì)胞重編程的進(jìn)程閱歷了一種中間細(xì)胞形狀； 調(diào)控ES細(xì)胞分化與發(fā)育相關(guān)的染色質(zhì)修飾蛋白； 與某些維持干細(xì)胞未分化形狀的關(guān)鍵基因相關(guān)； 原癌基因如c-

28、Myc和Klf4 可以促進(jìn)重編程；細(xì)胞交融誘導(dǎo)的重編程還涉及染色質(zhì)蛋白的交換。 二、細(xì)胞重編程的新技術(shù)方法具有艱苦的實(shí)際意義和適用價(jià)值 一核轉(zhuǎn)移技術(shù)提供了實(shí)現(xiàn)體細(xì)胞分化 逆轉(zhuǎn)的重要手段 二體細(xì)胞與胚胎干細(xì)胞交融將表現(xiàn) 出多能干性 三細(xì)胞譜系轉(zhuǎn)化突破了傳統(tǒng)的細(xì) 胞單向分化規(guī)那么 四轉(zhuǎn)錄因子結(jié)合誘導(dǎo)多能干細(xì)胞的 產(chǎn)生是細(xì)胞重編程研討最受關(guān)注 的熱點(diǎn) 細(xì)胞重編程常用的技術(shù)方法 1. 細(xì)胞生物學(xué)特征 五iPS細(xì)胞具有和胚胎干細(xì)胞類似的生物學(xué)特征 1形狀學(xué)特點(diǎn)：iPS形狀與ES類似，單個(gè)細(xì)胞呈圓形，核大，胞質(zhì)少。構(gòu)成的細(xì)胞克隆也與ES細(xì)胞類似：人類iPS細(xì)胞克隆呈扁平狀、邊緣銳利；小鼠iPS細(xì)胞克隆呈圓

29、形、堆積更為嚴(yán)密。2生長特性：細(xì)胞倍增時(shí)間和有絲分裂行為對(duì)ES細(xì)胞執(zhí)行生物學(xué)功能是非常重要的，iPS細(xì)胞有絲分裂和自我更新特性與ES一樣。3干細(xì)胞外表標(biāo)志物：人iPS細(xì)胞表達(dá)hESC特異的標(biāo)志物，如SSEA-3,SSEA-4, TRA-1-60, TRA1-81, Nanog等，小鼠來源的iPS特異表達(dá)SSEA-1。4干細(xì)胞特異基因：iPS細(xì)胞表達(dá)未分化的ES細(xì)胞特異基因，包括Oct3/4, Sox2, Nanog, FGF4, Rex1,hTERT等。5端粒酶活性：iPS同樣具有活潑的端粒酶活性，以維持細(xì)胞的自我更新與增殖。2. 多向分化潛能：iPS細(xì)胞可以向神經(jīng)干細(xì)胞或心肌細(xì)胞分化。 3.

30、 表觀遺傳學(xué)特征：1啟動(dòng)子區(qū)甲基化：在iPS細(xì)胞中維系干細(xì)胞特 性的重要基因變?yōu)槿ゼ谆U明上述基因的 活化誘導(dǎo)iPS的發(fā)生。 2組蛋白的去甲基化：iPS細(xì)胞中與Oct3/4, Sox2, Nanog相關(guān)的組蛋白H3發(fā)生去甲基化改動(dòng)， 也提示上述基因的活化參與iPS的構(gòu)成。 第六節(jié) 干細(xì)胞的治療運(yùn)用與前景展望 一、干細(xì)胞是組織工程較為理想的種子細(xì)胞 組織工程是采用細(xì)胞、生物資料和組織重建技術(shù)，研討和開發(fā)用于修復(fù)、替代和促進(jìn)人體組織或器官損傷后功能和形狀的生物替代物。 干細(xì)胞是組織工程較為理想的種子細(xì)胞：具有強(qiáng)大的自我更新、增殖才干和進(jìn)一步分化的潛能。組織干細(xì)胞用于組織工程的方式1體外培育擴(kuò)增組織干細(xì)胞，直接回輸體內(nèi)。2體外誘導(dǎo)組織干細(xì)胞分化成組織器官，然后進(jìn)展組織器官移植。3將組織干細(xì)胞種植于生物活化支架或安裝，并