干細(xì)胞研究的學(xué)習(xí)材料

干細(xì)胞研究的學(xué)習(xí)材料第1頁/共73頁Alifestory…4/4/20232第2頁/共73頁4/4/20233第3頁/共73頁自20世紀(jì)90年代以來，干細(xì)胞技術(shù)的出現(xiàn)與日趨成熟，使干細(xì)胞研究成為生命科學(xué)的一個主攻熱點。有相當(dāng)一部分干細(xì)胞技術(shù)目前已投入臨床應(yīng)用，并取得了不錯的效果。4/4/20234第4頁/共73頁干細(xì)胞（stemcell）是具有自我更新、高度增殖和多向分化潛能的細(xì)胞群體，即這些細(xì)胞可通過分裂維持自身細(xì)胞的特性和大小，又可進一步分化為各種組織細(xì)胞，從而在組織修復(fù)等方面發(fā)揮積極作用。4/4/20235概念第5頁/共73頁干細(xì)胞治療迄今，已有近100項MSC臨床實驗在全球展開。目前，利用MSC治療GVHD和自身免疫性腸炎（Crohn?。┮呀?jīng)進入三期臨床。鑒于MSC在治療GVHD的二期臨床實驗上的出色表現(xiàn)（94%的有效率，74%的緩解率），美國食品及藥品監(jiān)督管理局（FDA）已批準(zhǔn)MSC作為治療GVHD的一線藥物進入三期臨床，標(biāo)志著其成為正式的臨床藥物已經(jīng)為期不遠(yuǎn)。

6第6頁/共73頁第7頁/共73頁第8頁/共73頁干細(xì)胞stemcell干細(xì)胞是存在于人和動物發(fā)育個階段（包括早期胚胎和成熟組織）的一類原始狀態(tài)的未分化細(xì)胞。它們一方面進行自我更新（self-renew)，產(chǎn)生與親本完全相同的子代細(xì)胞，以保持干細(xì)胞數(shù)量的恒定；另一方面在一定條件下可以進入分化程序，通過不對稱分裂產(chǎn)生分化的子代細(xì)胞，最終形成功能特異的組織類型，在組織修復(fù)和新陳代謝中起重要作用。4/4/20239第9頁/共73頁stemcellWhatisastemcell?stemcellSELF-RENEWAL(copying)specializedcelle.g.musclecell,nervecellDIFFERENTIATION(specializing)4/4/202310第10頁/共73頁4/4/202311第11頁/共73頁胚胎干細(xì)胞（embryonicstemcell,ESC）：來源于受精5～6天的胚泡（blastocyst）中未分化的細(xì)胞。成體干細(xì)胞（adultstemcell,ASC）：來源于機體組織器官中的未分化細(xì)胞。4/4/202312分類（依發(fā)生學(xué)）第12頁/共73頁4/4/202313第13頁/共73頁4/4/202314第14頁/共73頁

組織性干細(xì)胞組織干細(xì)胞（tissuestemcell)又叫成體干細(xì)胞（adultstemcell)，是指存在于人或動物的已分化組織中的未分化細(xì)胞。如：神經(jīng)干細(xì)胞、骨髓間質(zhì)干細(xì)胞、造血干細(xì)胞、胰腺干細(xì)胞等。4/4/202315第15頁/共73頁4/4/202316第16頁/共73頁4/4/202317PotentialusesforstemcellsAging?Diabetes?Skin?第17頁/共73頁胚胎干細(xì)胞和成體干細(xì)胞比較4/4/202318胚胎干細(xì)胞成體干細(xì)胞①來自胚泡的內(nèi)細(xì)胞群來源于骨髓、外周血、角膜、視網(wǎng)膜、腦、骨骼肌、齒髓、肝、皮膚、胃腸道粘膜層和胰腺等②發(fā)育全能性，可誘導(dǎo)分化為機體分化較局限，部分成體干細(xì)胞（造血干細(xì)胞、骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞、神經(jīng)干細(xì)胞）有一定跨系、跨胚層的“可塑性”③無限的自我更新能力病理條件下才顯出一定的自我更新潛能④增殖能力強，便于應(yīng)用增殖能力較弱，故不能完全取代胚胎干細(xì)胞⑤細(xì)胞可不斷增殖，“永生化”，移植后有形成腫瘤的可能性成瘤的可能性很?、薏荒茏泽w移植自體移植可避免免疫排斥⑦有倫理問題分離和使用不存在倫理問題第18頁/共73頁全能干細(xì)胞（totipotentSC）：具有自我更新和分化形成任何類型細(xì)胞的能力，有形成完整個體的分化潛能（相當(dāng)于卵裂球細(xì)胞）。4/4/202319分類（依分化潛能）第19頁/共73頁多潛能干細(xì)胞（pluripotentSC）：有分化成多胚層細(xì)胞的能力，但不能分化成完整個體（相當(dāng)于胚胎干細(xì)胞）。4/4/202320專能干細(xì)胞（unipotentSC）：存在于身體各部，只能向單一方向分化，產(chǎn)生一種類型的細(xì)胞（相當(dāng)于組織內(nèi)的成體干細(xì)胞）。第20頁/共73頁胚胎干細(xì)胞4/4/202321第21頁/共73頁骨髓干細(xì)胞4/4/202322第22頁/共73頁神經(jīng)干細(xì)胞4/4/202323第23頁/共73頁干細(xì)胞的研究與應(yīng)用基礎(chǔ)研究藥物開發(fā)器官移植4/4/202324第24頁/共73頁干細(xì)胞是生命的主宰！4/4/202325第25頁/共73頁基礎(chǔ)研究

在基礎(chǔ)研究方面，多功能干細(xì)胞的研究能幫助人類了解，從一個受精卵細(xì)胞到發(fā)展成一個嬰兒如此復(fù)雜的過程中所發(fā)生的事件，最主要的工作在于找到細(xì)胞發(fā)展過程中的決定因子。4/4/202326第26頁/共73頁藥物研究

藥物開發(fā)過程中，藥物安全性的分析，亦可由特定干細(xì)胞或由干細(xì)胞分化的專一細(xì)胞作為試驗的標(biāo)的，而非傳統(tǒng)上必須進行耗時費力又昂貴的動物實驗。

4/4/202327第27頁/共73頁器官移植

干細(xì)胞有可能產(chǎn)生新的細(xì)胞、組織或是器官。我們需要器官移植，但是器官的短缺限制了移植手術(shù)而產(chǎn)生了很多不幸。多功能干細(xì)胞經(jīng)過刺激以后，可以發(fā)展成特定的細(xì)胞。對于很多疾病來說，它都是一個新的治療方式。

4/4/202328第28頁/共73頁

梁實秋的小品《中年》有這么一段：“突然發(fā)現(xiàn)額上刻了橫紋，那線條是顯明而有力，像是吳道子的“莼菜描”，心想那是抬頭紋，可是低頭也還是那樣，再一細(xì)看頭頂上的頭發(fā)有搬家到腮旁頷下的趨勢，而最令人怵目驚心的是，鬃角上發(fā)現(xiàn)幾根白發(fā)，這一驚非同小可，平夙一毛不拔的人到這時候也不免要狠心的把它拔去，拔毛連茹，頭發(fā)根上還許帶著一顆鮮亮的肉珠。......”

4/4/202329第29頁/共73頁

頭發(fā)末端帶著的那顆“鮮亮的肉珠”，這毛囊里面居然可以找到“與倫理無關(guān)”的毛囊干細(xì)胞，也許將來可以頭發(fā)移植、皮膚移植......4/4/202330第30頁/共73頁干細(xì)胞研究為禿頂和燒傷患者帶來希望

4/4/202331第31頁/共73頁

美國科學(xué)家報告了最新的研究成果，他們在頭發(fā)毛囊深處發(fā)現(xiàn)的主細(xì)胞可能為禿頂?shù)娜艘约盁齻颊哒业搅艘粋€新療法。他們發(fā)現(xiàn)的干細(xì)胞是一種已經(jīng)分化的干細(xì)胞，這是一種不成熟的主細(xì)胞，保有在一定程度上發(fā)生類型變化的能力。它們具有自我更新的能力，具有分化成各種表皮和毛發(fā)的多能性。它們與從胚胎中提取的干細(xì)胞是有區(qū)別的，而從胚胎中提取干細(xì)胞這一手段還存在廣泛爭議。4/4/202332第32頁/共73頁

這種方法將比現(xiàn)有的禿頭治療方法好很多?，F(xiàn)有的移植治療是移動任意一叢殘留的毛發(fā)來覆蓋光禿點，這種方法常常形成斑雜的情況。而像Propecia這樣的生發(fā)藥物能夠減少一些男性的頭發(fā)的損失，但是這種藥物治療還存在許多問題，比如影響雄性激素水平。

燒傷的治療也可以使用相同的移植方法。目前，病人接受外層皮膚的移植，而這種外層皮膚不含毛囊或汗腺。研究人員說，將來如果移植皮膚干細(xì)胞將可能形成正常皮膚所有類型的細(xì)胞。

4/4/202333第33頁/共73頁

用神經(jīng)干細(xì)胞治愈脊髓損傷

4/4/202334第34頁/共73頁

研究人員發(fā)現(xiàn)，脊髓受損的實驗鼠在注射人類神經(jīng)干細(xì)胞之后９天，行走能力就得到改善。作為對照，另一組實驗鼠沒有接受注射，而第三組實驗鼠注射了人類纖維原細(xì)胞，結(jié)果都沒有出現(xiàn)好轉(zhuǎn)。

在進一步的實驗中，脊髓嚴(yán)重受損而部分癱瘓的實驗鼠在接受人類神經(jīng)干細(xì)胞注射后，已能依靠后肢爬行，且運動比較協(xié)調(diào)，而對照實驗鼠沒有類似的改善。接受人類神經(jīng)干細(xì)胞移植的實驗鼠，運動機能的改善至少持續(xù)了４個月。但是，當(dāng)研究人員為實驗鼠注射只殺死人類細(xì)胞的白喉毒素后，它們馬上又回到部分癱瘓狀態(tài)，這表明是人類神經(jīng)細(xì)胞治好了它們的傷病。4/4/202335第35頁/共73頁近20來，干細(xì)胞研究一直成為生命科學(xué)中的熱點，其研究內(nèi)容幾乎涉及所有生命科學(xué)的生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，除了在細(xì)胞治療、組織器官移植和基因治療中發(fā)揮重要作用外，還在發(fā)現(xiàn)新基因、基因功能分析、發(fā)育生物學(xué)模型及新藥開發(fā)等方面產(chǎn)生重要影響。4/4/202336第36頁/共73頁美國《Science》雜志1999年——將“干細(xì)胞研究的新發(fā)現(xiàn)”列入十大科技進展之首2000年——再次入選年度十大科技進展2002年——列入值得關(guān)注的六大科技領(lǐng)域之一4/4/202337美國加州每年提供干細(xì)胞研究經(jīng)費達(dá)3億美元第37頁/共73頁我國有關(guān)干細(xì)胞的研究也十分活躍，已有多個有關(guān)干細(xì)胞的“973”項目，召開過多次全國性或國際性學(xué)術(shù)會議，出版過多本專（譯）著。“863”計劃近期將為干細(xì)胞研究提供2億元人民幣的經(jīng)費。4/4/202338第38頁/共73頁隨著干細(xì)胞研究的不斷深入，不同的結(jié)果或不同的觀點逐漸顯露出來，有些甚至是針鋒相對的看法。4/4/202339兩個有爭議的問題：①成體干細(xì)胞的可塑性（plasticity）②干細(xì)胞治療的現(xiàn)狀和前景第39頁/共73頁一、成體干細(xì)胞的可塑性4/4/202340第40頁/共73頁上世紀(jì)90年代后期，Nature，Science等雜志報道，臟器中特異性的祖細(xì)胞（progenitor）和干細(xì)胞可發(fā)生跨系和跨胚層的轉(zhuǎn)分化或橫向分化（transdifferentiation），4/4/202341第41頁/共73頁4/4/202342間胚層組織類型干細(xì)胞轉(zhuǎn)分化為同胚層另一組織類型細(xì)胞間胚層組織類型干細(xì)胞轉(zhuǎn)分化為內(nèi)胚層組織類型細(xì)胞間胚層組織類型干細(xì)胞轉(zhuǎn)分化為外胚層組織類型細(xì)胞由此認(rèn)為，成體干細(xì)胞有較大的可塑性。血細(xì)胞肌細(xì)胞血細(xì)胞肝細(xì)胞血細(xì)胞腦細(xì)胞第42頁/共73頁研究還表明，骨髓來源的干細(xì)胞在特定環(huán)境中可向肝臟、胰腺、肌肉及神經(jīng)細(xì)胞分化；肌肉、神經(jīng)干細(xì)胞也可向造血細(xì)胞分化。4/4/202343第43頁/共73頁造血干細(xì)胞（hematopoieticstemcell,HSC）既可分化為成熟的造血細(xì)胞，也可分化為成熟的皮膚表皮細(xì)胞、肺和胃腸道細(xì)胞。

——Krause.Cell.2001,105:369-3774/4/202344第44頁/共73頁但是，不少學(xué)者對干細(xì)胞跨系、跨胚層的分化提出了質(zhì)疑，甚至完全否定。Orkin將成體干細(xì)胞轉(zhuǎn)分化實驗稱之為“干細(xì)胞煉金術(shù)”（stemcellalchemy），認(rèn)為我們所面臨的許多生物現(xiàn)象尚難以解釋，更多的是“像是”而非真實（moreapparentthanreal）。

——OrkinSH.Nat.Med.2000,6:1212-12134/4/202345第45頁/共73頁①“跨胚層干細(xì)胞”是否就是典型的組織特異的干細(xì)胞？②這些細(xì)胞的發(fā)育分化潛能是否接近于胚胎干細(xì)胞的一些亞群的干細(xì)胞？③成體干細(xì)胞在體外培養(yǎng)過程中因環(huán)境因素的改變可能會表現(xiàn)出一定的可塑性，但在體內(nèi)是否也能同樣的特性？4/4/202346問題：——Chaudry.BioTeach.第46頁/共73頁推斷：可能有一些較為原始的、有多種分化潛能的干細(xì)胞存留于許多組織中，與更具有組織特性的干細(xì)胞并存，而這些細(xì)胞正是成體組織內(nèi)嚴(yán)格譜系干細(xì)胞的基礎(chǔ)，或是在發(fā)育過程中移至此處的一種有多種分化潛能和完全“獨立歷史”的細(xì)胞。

——Weissman.Cell.2000,100:157-1684/4/202347第47頁/共73頁證實或推斷：在成體組織中仍然殘留胚胎發(fā)育過程中各胚層定向和組織定向的各類干細(xì)胞。在胚胎發(fā)育的各個階段，有少部分干細(xì)胞中止參與胚胎發(fā)育，并轉(zhuǎn)入G0期。這些細(xì)胞既不增殖又不分化，仍然保持干細(xì)胞的基本特性。4/4/202348第48頁/共73頁出生后隨年齡的增長，體內(nèi)組織中保留的各類成體干細(xì)胞基本特征不變。但是，在體外一定細(xì)胞因子誘導(dǎo)刺激下，它可以從G0靜止期轉(zhuǎn)入細(xì)胞周期而增殖，并分化為某種組織定向細(xì)胞。4/4/202349第49頁/共73頁4/4/202350G2-0G2SG1G0M23終末細(xì)胞前中后末細(xì)胞周期示意圖第50頁/共73頁組織干細(xì)胞分化的可塑性是很有限的，它只能沿著本組織各支系縱向分化（如造血干細(xì)胞的多向分化，僅限于髓系和淋巴系的造血細(xì)胞各支系的縱向分化），不能跨越本組織定向的限制，更不能突破胚層的界限。在生物界或人類醫(yī)學(xué)史上也從未出現(xiàn)過因橫向分化所至的疾病或怪胎。4/4/202351第51頁/共73頁跨胚層轉(zhuǎn)分化可能的原因是：骨髓中成體干細(xì)胞不僅包括造血干細(xì)胞，間質(zhì)干細(xì)胞，而且還有其他各胚層來源的干細(xì)胞及其分化的后代，即各類非造血組織的干細(xì)胞，如神經(jīng)干細(xì)胞、肝臟干細(xì)胞等。4/4/202352第52頁/共73頁所謂成體干細(xì)胞多向分化的可塑性，其實是胚胎發(fā)育期存留于造血組織等部位的各胚層干細(xì)胞的自然屬性，如肌肉勻漿中不僅含有肌細(xì)胞，脂肪組織中不僅含有脂肪細(xì)胞，其中還有各種成體干細(xì)胞，它們的分化過程并沒有跨越組織定向的限制。4/4/202353第53頁/共73頁對于轉(zhuǎn)分化的不同看法，其根本原因是至今尚無可能用絕對純化的正常組織干細(xì)胞克隆來證明組織定向干細(xì)胞可向非自身組織的方向分化。4/4/202354第54頁/共73頁二、干細(xì)胞治療的現(xiàn)狀和前景4/4/202355第55頁/共73頁1999年，Science雜志編者Bloom：“干細(xì)胞給人類提供了極大的可能性：用干細(xì)胞修復(fù)病損的臟器和細(xì)胞缺損”，他還說“最終可能用干細(xì)胞制成像腎、肝這樣復(fù)雜的器官”。4/4/202356第56頁/共73頁源于胚胎干細(xì)胞的細(xì)胞已能或可能治療許多疾病4/4/202357神經(jīng)細(xì)胞心肌細(xì)胞B型胰島細(xì)胞軟骨細(xì)胞白細(xì)胞皮膚細(xì)胞肝細(xì)胞骨細(xì)胞視細(xì)胞骨骼肌細(xì)胞帕金森病心肌梗死糖尿病骨關(guān)節(jié)炎白血病燒傷和創(chuàng)傷肝炎骨質(zhì)疏松癥視網(wǎng)膜退化肌營養(yǎng)不良治療第57頁/共73頁成體干細(xì)胞中，造血干細(xì)胞（包括骨髓、臍血和外周血中的干細(xì)胞）已用于治療重度白血病和某些遺傳性血液病。4/4/202358第58頁/共73頁①可經(jīng)誘導(dǎo)向軟骨細(xì)胞分化，并能分泌特異性Ⅱ型膠原基質(zhì)，因此可望成為工程化軟骨的種子細(xì)胞；②分化為肌細(xì)胞，可能成為肌萎縮、肌營養(yǎng)不良時促進肌組織再生的靶細(xì)胞；4/4/202359骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞（mesenchymalstemcell,MSC）：第59頁/共73頁③與基因治療結(jié)合，可強化治療效果，對某些基因突變所致的遺傳性疾??；④可分離其自體的間充質(zhì)干細(xì)胞，體外進行改造，敲除突變基因，導(dǎo)入正?；?，然后重新輸入體內(nèi)，既糾正了遺傳缺陷，又避免發(fā)生移植反應(yīng)。4/4/202360第60頁/共73頁梗死的心臟注入富含鼠的骨髓干細(xì)胞后，40%的心肌層得到恢復(fù)。

——Olic.Nature.2001,410:701-705用人的骨髓來源的成骨干細(xì)胞使心肌梗死鼠30%～40%的心功能得到改善。

——Kocher.NatMed.2001,7:430-4364/4/202361第61頁/共73頁心臟有相當(dāng)數(shù)量的干細(xì)胞，這些細(xì)胞可分化為心肌細(xì)胞，病理組織學(xué)觀察顯示，有0.015%的心肌細(xì)胞處于有絲分裂期，心肌梗死時為0.08%?！?/p>

Anversa.Nature.2002,415:240-243

4/4/202362第62頁/共73頁在性別不匹配的心臟移植中可見受者循環(huán)中的干細(xì)胞能移居并定位于移植的心臟，生成新的心肌纖維。

——

Quain.NEngl.J.Med,2001,344(23):1750-17574/4/202363第63頁/共73頁新近的研究表明，成體非心臟來源的干細(xì)胞，如骨髓、腦、骨骼肌、脂肪組織、肝臟和外周血干細(xì)胞，通過自然遷移或?qū)嶒炛踩胄呐K均可分化為心肌細(xì)胞，提示成體干細(xì)胞可成為心肌梗死后再生的心肌細(xì)胞，目前已很快進入臨床研究。4/4/202364第64頁/共73頁成體干細(xì)胞及其子代細(xì)胞移植或動員腦組織內(nèi)的干細(xì)胞治療神經(jīng)退行性疾病已獲初步成效。動物實驗證實移植的神經(jīng)元可替代修復(fù)已損壞的神經(jīng)通路。臨床試驗也證實細(xì)胞替代治療可使癥狀緩解。4/4/202365第65頁/共73頁帕金森病的主要病變是黑質(zhì)紋狀