细胞生物学课件PDF 细胞分化
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《医学细胞生物学》课件：第十三章 细胞分化
绿色：表皮
红色：脑组织
原肠胚早期预定发育为表皮组织的区域移植至另一胚胎预定发育 为脑组织的区域，供体表皮细胞在受体胚胎中将发育为脑组织；
原肠胚晚期预定发育为表皮组织的区域移植至另一胚胎预定发育 为脑组织的区域，供体表皮细胞在受体胚胎中将发育为表皮。
小鸡胚胎翅芽嫁接实验显示区域决定
早期的腿芽细胞已 经具有了腿的决定， 但没有不可逆的定 向为腿的特定部分；
细胞分化的研究手段
模式生物
脊椎动物：
两栖类：非洲爪蟾、蝾螈、蜥蜴------取卵方便 鱼类：斑马鱼------世代周期短（3个月）、胚胎透明 鸡类：鸡------胚胎发育与哺乳动物接近、鸡胚在体外发育 哺乳类：小鼠------胚胎发育与人类接近，世代周期仅2个月
无脊椎动物：
果蝇：易繁殖、成本低廉 线虫：秀丽隐杆线虫------生命周期仅2.5天、细胞数目少 易于追
三、细胞的去分化与转分化 １细胞分化具有高度稳定性(稳定性) ２已分化的细胞可以去分化（可塑性） ３已分化细胞可转化为另一种类型细胞（转分化）
培养基中缺乏维生素A
人皮肤基底层细胞角化细胞 培养基中富含维生素A
粘膜上皮细胞或具有纤毛的上皮细胞。
四、细胞分化的时空性
五、细胞分裂与细胞分化 分化发生于Ｇ1期 分裂快时分化慢；分化高时分裂慢
最终定向为何种组 织和器官与最终发 育时的位置有关。
2、细胞决定具有遗传稳定性
成虫盘（器官芽，imaginal disc)
成虫盘是幼虫体内处于未分化状态的 细胞团，变态后由成虫盘产生相应的 腿、翅、触角等成体的不同结构；成 虫盘位于幼虫体内不同位置，他们是 预先向某种特定类型分化的已决定的 细胞团。
定的局限性，只具有演变为多种细胞类型的能力， 这种细胞称为多能细胞。
细胞生物学PPT课件 细胞分化 细胞增殖与分化
多能性干细胞(pluripotent stem cell)，能够分化形成多种不同细 胞类型的干细胞，显示出多系分化潜能。
只分化为可参与其相应组织器官组成的细胞，特定谱系的干细 胞，专（单）能性干细胞（unipotent stem cells），或称组织特 异性干细胞（tissue-specific stem cells）。
1 2
在胚胎发育和分化过程中相继出现各种不同的细胞类
型是由于有关的奢侈基因按一定的顺序相继活化的结 果，这种现象称基因的差次表达（基因的顺序表达）。
人 类
50
的 珠
40
蛋 白
30
肽 链
20
的 发
10
育 演 变
6 12 18 24 30 36 妊娠周数
6 12 18 24 30 36 42 48
（四）个体发育中细胞分化的潜能性 全能性（totipotency) ：细胞具有重复个体全部发育 阶段和产生所有细胞类型的能力。 具有这种潜能的细胞称为全能性细胞。
受精卵表现最高的全能性。
多能性细胞（pluripotent cell）：多能性指具有发育成多种组织 器官，但却失去了发育成完整个体的潜能性。
腺
肝
胰 甲状腺
甲状旁腺
细胞分化是个体发育的基础；胚胎发育中，通过细胞分化产生 不同的组织和器官，最终形成新个体；胚后发育中，通过细胞 分化产生各种特定类型的细胞，补充机体组织损失的细胞。
细胞分化（cell differentiation）：是指同一来源的细胞经 过分裂逐渐产生形态结构、生理功能和蛋白质合成等方面 都有稳定差异的过程。常将细胞的形态结构、生理功能和 生化特征作为识别细胞分化的3项指标。
日本京都大学教授山中伸弥， 英国的约翰-戈登在细胞核重新 编程研究领域贡献杰出。所谓 细胞核重编程即将成年体细胞 重新诱导回早期干细胞状态， 以用于形成各种类型的细胞， 应用于临床医学。
只分化为可参与其相应组织器官组成的细胞，特定谱系的干细 胞，专（单）能性干细胞（unipotent stem cells），或称组织特 异性干细胞（tissue-specific stem cells）。
1 2
在胚胎发育和分化过程中相继出现各种不同的细胞类
型是由于有关的奢侈基因按一定的顺序相继活化的结 果，这种现象称基因的差次表达（基因的顺序表达）。
人 类
50
的 珠
40
蛋 白
30
肽 链
20
的 发
10
育 演 变
6 12 18 24 30 36 妊娠周数
6 12 18 24 30 36 42 48
（四）个体发育中细胞分化的潜能性 全能性（totipotency) ：细胞具有重复个体全部发育 阶段和产生所有细胞类型的能力。 具有这种潜能的细胞称为全能性细胞。
受精卵表现最高的全能性。
多能性细胞（pluripotent cell）：多能性指具有发育成多种组织 器官，但却失去了发育成完整个体的潜能性。
腺
肝
胰 甲状腺
甲状旁腺
细胞分化是个体发育的基础；胚胎发育中，通过细胞分化产生 不同的组织和器官，最终形成新个体；胚后发育中，通过细胞 分化产生各种特定类型的细胞，补充机体组织损失的细胞。
细胞分化（cell differentiation）：是指同一来源的细胞经 过分裂逐渐产生形态结构、生理功能和蛋白质合成等方面 都有稳定差异的过程。常将细胞的形态结构、生理功能和 生化特征作为识别细胞分化的3项指标。
日本京都大学教授山中伸弥， 英国的约翰-戈登在细胞核重新 编程研究领域贡献杰出。所谓 细胞核重编程即将成年体细胞 重新诱导回早期干细胞状态， 以用于形成各种类型的细胞， 应用于临床医学。
细胞分化ppt课件
01 02 03 04
蛋白质合成与修饰
基因表达产物蛋白质在细胞内合 成后，会经过一系列的修饰和加 工，形成具有特定功能的成熟蛋 白质。
细胞间相互作用
细胞间的相互作用对于细胞分化 的调控至关重要，包括细胞间信 号传递、细胞黏附等。
02
细胞分化的分子基础
Chapter
基因的选择性表达
基因的选择性表达是指在细胞分化过程中，不同基因在 特定的时间和空间上被激活或抑制，导致细胞表型和功 能的差异。 这种选择性表达受到多种因素的调控，包括转录因子、 表观遗传学修饰和细胞内外环境信号等。
复杂的调控网络。
表观遗传学在细胞分化中的调控
表观遗传学是指在不改变DNA序列的情况下，通过改变染色质结构和基因表达等方 式来影响细胞表型和功能的学科。
在细胞分化过程中，表观遗传学修饰如DNA甲基化、组蛋白修饰和染色质重塑等发 挥着重要作用。
这些修饰可以影响基因的可及性和转录活性，从而调控细胞分化的方向和程度。同 时，它们也受到细胞内外环境信号和转录因子等的调控。
通过研究基因的选择性表达，可以深入了解细胞分化的 分子机制和调控网络。
转录因子的作用
转录因子是一类能够结合到 DNA上并调控基因转录的蛋白 质，它们在细胞分化过程中发挥
着重要作用。
转录因子可以通过识别特定的 DNA序列并结合到启动子或增 强子等调控区域，从而影响基因
的转录水平。
不同的转录因子在细胞分化过程 中具有不同的表达模式和功能， 它们之间的相互作用形成了一个
细胞器与细胞分化的关系
线粒体的变化
线粒体是细胞的“动力工厂”，在分 化过程中，线粒体的数量、形态和分 布会发生变化，以适应细胞能量代谢 的需求。
内质网的变化
细胞生物学细胞分化
有些癌基因编码活性过度的受体或活性过强的细胞内信号转导蛋白，它们可在没有外源信号的情况下促使细胞过度增殖而癌变.
原癌基因突变: Gain-of-function mutations
Bcl-2 oncogene: Prevent apoptosis
Ras oncogene: Retain bind GTP
抑癌基因的突变是隐性的。
Rb bind with E2F transcription factor
p53基因
人体抑癌基因。该基因编码一种分子量为53kDa的蛋白质，命名为P53。
分化启动机制：
如表达大量的肌动蛋白和肌球蛋白构成收缩器，并融合成肌细胞样的多核细胞等。
皮肤结缔组织的成纤维细胞表现出骨骼肌细胞的特征:
借助于组合调控，一旦某种关键性基因调控蛋白与其它调控蛋白形成适当的调控蛋白组合，不仅可以将一种类型的细胞转化成另一种类型的细胞，而且遵循类似的机制，甚至可以诱发整个器官的形成。
可以定义为一类具有分裂和分化能力的细胞。
干细胞
（二）影响细胞分化的因素
1．胞外信号分子对细胞分化的影响
胚胎诱导:早期胚胎发育过程中，一部分细胞会影响周围细胞使其向一定方向分化，这种作用称近端组织的相互作用，也称为胚胎诱导。 近端组织的相互作用是通过细胞旁分泌产生的信号分子旁泌素（又称细胞生长分化因子）来实现的。
Dolly: A lamb with no father
高度分化的动植物体细胞，在遗传背景（基因组DNA)和功能上均是全能的。
多莉羊的克隆
细胞核始终保持其分化的全能
动物细胞的全能性
胚胎干细胞（embryonic stem cell,ES细胞）
( 胚胎) 滋养层
《细胞生物学》教学课件：细胞分化
细胞决定具有遗传稳定性
27
第二节 影响细胞分化的因素
一、 影响细胞分化的内在机制 （一）. 细胞核对细胞分化的影响
全能性的核如何表达不同的特异性蛋白质呢？
28
相关实验
1、是否DNA缺失出现差异？
胰岛细胞
卵清蛋白基
+
因
β- 珠 蛋 白 基
+
因
胰岛素基因
+
实验方法
细胞DNA
成红细胞
输卵管细胞
+
+
+
+
17
三、细胞分化的潜能 细胞分化的潜能在个体发育中的变化
全能性细胞核（totipotent nucleus）：是指细胞经分裂和分化后仍 具有产生完整有机体的潜能或特性。如受精卵、 植物细胞。
多能干细胞（pluripotent cell) 单能干细胞(unipotent cell)
18
植物细胞的全能性试验
+
+
Southern 杂交
29
2、从翻译水平看，是否细胞选择性的翻译mRNA?
兔 鸭 小鼠
编码珠蛋白的mRNA
注入不合成珠蛋白的 爪蟾卵细胞中
产生兔、小鼠、鸭的珠蛋白分子
表明：爪蟾卵细胞对外来的不同mRNA一律转译，没有选择性。
30
3、是否细胞选择性的表达mRNA?
胰岛细胞
卵清蛋白基
-
因
β- 珠 蛋 白 基
接受诱导的组织或细胞称为反应者（responder）。
44
胚胎诱导的特点：
（1）诱导具有层次 初级诱导→次级诱导→三级诱导
例如眼球发育过程的多级诱导作用。
次级诱导：神 经板卷折形成 神经管后，其 头端膨大的原 脑的视杯可以 诱导其外表面 覆盖的外胚层 形成眼晶状体。
27
第二节 影响细胞分化的因素
一、 影响细胞分化的内在机制 （一）. 细胞核对细胞分化的影响
全能性的核如何表达不同的特异性蛋白质呢？
28
相关实验
1、是否DNA缺失出现差异？
胰岛细胞
卵清蛋白基
+
因
β- 珠 蛋 白 基
+
因
胰岛素基因
+
实验方法
细胞DNA
成红细胞
输卵管细胞
+
+
+
+
17
三、细胞分化的潜能 细胞分化的潜能在个体发育中的变化
全能性细胞核（totipotent nucleus）：是指细胞经分裂和分化后仍 具有产生完整有机体的潜能或特性。如受精卵、 植物细胞。
多能干细胞（pluripotent cell) 单能干细胞(unipotent cell)
18
植物细胞的全能性试验
+
+
Southern 杂交
29
2、从翻译水平看，是否细胞选择性的翻译mRNA?
兔 鸭 小鼠
编码珠蛋白的mRNA
注入不合成珠蛋白的 爪蟾卵细胞中
产生兔、小鼠、鸭的珠蛋白分子
表明：爪蟾卵细胞对外来的不同mRNA一律转译，没有选择性。
30
3、是否细胞选择性的表达mRNA?
胰岛细胞
卵清蛋白基
-
因
β- 珠 蛋 白 基
接受诱导的组织或细胞称为反应者（responder）。
44
胚胎诱导的特点：
（1）诱导具有层次 初级诱导→次级诱导→三级诱导
例如眼球发育过程的多级诱导作用。
次级诱导：神 经板卷折形成 神经管后，其 头端膨大的原 脑的视杯可以 诱导其外表面 覆盖的外胚层 形成眼晶状体。
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分化的主要标志：细胞内合成新的特异性蛋白质 细胞分化的关键：细胞选择性表达合成特异性蛋白
质，导致细胞形态、结构和功能各异。
管家基因(house Keeping gene)是指所有 细胞中均要表达的一类基因，其产物是对 维持细胞基本生命活动所必需的 。如膜蛋 白、核糖体蛋白、线粒体蛋白等。
奢侈基因（luxury gene）：或称组织特 异性基因(tissue-specific genes)，编码决定 细胞性状的特异基因，对细胞自身生存无 直接影响，是细胞向特殊类型分化的物质 基础。如血红蛋白、肌动蛋白。
受精卵及卵裂早期（桑甚胚期以前）的每一 个细胞都有发育成一个完整机体的潜能，这些 细胞称为全能干细胞，它们具有发育的全能性。
胚胎干细胞
胚胎干细胞来源于内细胞群，内细胞群是早 期胚胎（5-6天）——囊胚的一部分。将内细胞群 的细胞取下培养即为胚胎干细胞。
胚胎干细胞的全能性
受精卵
2细胞期
正常小鼠
将两只８细 胞期的鼠胚 合并，也能 发育成一只 正常的小鼠。 表明哺乳类 动物早期胚 胎细胞发育 到８细胞期 仍是全能的。
干细胞分类：
根据机体发育时期的不同，将机体干细胞分为：
胚胎干细胞
成体干细胞 根据分化能力的大小，可将机体干细胞分为：
全能干细胞 多能干细胞 单能干细胞
胚胎干细胞
成体干细胞
胚胎干细胞的分化
胚胎干细胞： (embryonic stem cell，ESC) 是 指存在于早期胚胎中，具有多分化潜能的细胞。
?
重建——人工实验条件下的特殊现象。如人为将水 螅的一片组织分散成单个细胞。在悬液中，这些细胞 重新聚集，在几天至几周以后，形成一条新的水螅。
无性繁殖——
讨论二
机体如何意识到失去的部分，又是如何知道丢失 的部位及丢失的多少？
替代物来自何处？是剩余的原胚细胞、干细胞还 是已分化的细胞去分化的结果？
卵细胞质的作用
卵细胞质的作用：细胞决定，即决定细胞分化的方向。 作用时间：胚胎发育早期（卵裂期）
以蛙为例：
3
1
4
2
5
1 神经细胞质 2 脊索细胞质 3 外胚层细胞质 4 中胚层细胞质 5 内胚层细胞质
蛙受精卵的细胞质是不均质的， 这种不均质性, 对胚胎的早期 发育具有很大影响，在一定程 度上决定细胞的早期分化
蛙卵
神经细胞 脊髓细胞 表皮 肌肉骨 腺细胞及消化道上皮
2、诱导机制
胚胎诱导 （embryonic induction） 在胚胎发育过程中，一部分细胞对邻 近的另一部分细胞产生影响，并决定 其分化方向的作用称为胚胎诱导。
• 胚胎诱导是胚胎形成中有序分化的重要因素。 • 能对其它细胞起诱导作用的细胞称诱导者（
调节基因(regulatory genes)：产物用于 调节组织特异性基因的表达，起激活或者 起阻遏作用。
转分化（transdifferentiation）：一种类 型分化的细胞转变成另一种类型的分化细胞 现象称转分化。
——转分化经历去分化（dedifferentiation）和 再分化（redifferentiation）的过程
过信号系统协调分裂、分化和细胞的行为。 细胞的分化命运主要取决于：细胞的内部特性，外
部环境。
1、细胞分裂的不对称性
• 卵细胞具有极性，细胞核靠近北极。 • 卵细胞中贮存有大量mRNA，是母源基因的产物，
维持卵细胞和早期胚胎代谢；呈非均匀分布，决 定胚胎发育的图式（pattern）。 • 合子基因在卵裂后期才发挥作用。
Double-muscled mouse
Mouse myostatin mutant (right)
Belgian Blue bull——Double-muscled cattle
4、细胞数量效应
例1. 小鼠胚胎胰腺原基在体外培养，可发育成 胰腺组织，如切成8小块分别培养，则不能。 再把分开的小块合起来，又可形成胰腺组织。
成体干细胞的分化
成体干细胞：成体的许多组织中都保留一些具 有增殖和分化能力的细胞，这类细胞称为成体 干细胞。
成体干细胞的分化特点： 1. 不对称分裂； 2. 分化方向已基本确定；
成体干细胞
成体干细胞属于专能细胞，是在成体组织或器官 已分化的细胞中发现的未分化细胞，能自我更新，能 分化为该组织或器官中的各种主要的特化细胞。
稳定，通常是不可逆的；
遗传稳定性----果蝇成虫盘细胞的移植实验
二、细胞分化的特点
1.时空性：也称为差别基因表达； 2.定向性：也称为决定(determination)； 3. 稳定性：动物细胞发生分化之后，其遗传表型保持
稳定，通常是不可逆的； 4. 条件可逆性：又称为去分化(在特定条件下回到未分
原结构的重建是补充的新组织，还是由伤口处一 些细胞增殖代替了缺失的结构？
二、细胞分化的特点
1.时空性：也称为差别基因表达； 2.定向性：也称为决定(determination)；
胚泡形成
胚泡于受精后第4-5天形成，并进入子宫。
胚泡
胚端滋养层
内细胞群
胚泡腔 滋养层
二、细胞分化的特点
1.时空性：也称为差别基因表达； 2.定向性：也称为决定(determination)； 3. 稳定性：动物细胞发生分化之后，其遗传表型保持
细胞分化
CELL DIFFERENTIATION
一、基本概念 二、 细胞分化特点 三、分化与增殖 四、分化潜能 五、细胞分化的分子基础 六、影响分化的因素
细胞分化
Cell differentiation
卵 精子
受精卵Βιβλιοθήκη 分化发育新个体
人类受精卵分裂和分化
植物细胞分化
一、基本概念
细胞分化(cell differentiation) ：在个体发育 中，由一种相同的细胞类型经细胞分裂后逐渐在 形态、结构和功能上形成稳定性差异，产生各不 相同的细胞类群的过程。
骨髓造血干细胞( HSC ) 外周血干细胞 ( PBSC ) 肝脏干细胞 脐带血干细胞 神经干细胞 小肠上皮细胞 肌肉干细胞 皮肤干细胞 胰腺中β-小岛
成体干细胞的优点
一是可以在体外根据需要大量培养扩增，且 不存在伦理问题。
二是在特定环境下可分化为特定类型细胞， 直接用于组织修复。
三是源于自身，避免免疫排斥反应。
甲状腺素可引起蝌蚪变态； 性激素刺激第二性征的出现。
多肽类：与膜受体结合 激素分
甾 类：与胞内受体结合
第二信使调节基因活动 调节基因活动
7、细胞核与细胞分化
（一）细胞核的作用
在细胞分化中，细胞核起着重要或决定性的作用。
第一、遗传物质决定性状，而遗传物质位于细胞核内。
第二、从全能细胞
多能细胞
单能
细胞，是细胞核内基因选择性表达的结果。
脊索中胚层 神经板
神经管
外胚层 前脑-视杯
晶状体
外胚层 角膜
A.初级诱导
B.次级诱导
C.三级诱导
3、分化抑制
分化成熟的细胞可以产生“抑素”，抑制相邻 细胞发生同样的分化。如含有成蛙心组织的培 养液培养蛙胚，则蛙胚不能发育出正常的心脏。
“抑素” 是TGF-β家族的成员。如 myostatin 是肌肉生长的负调控因子， GDF11（Wu等 2003）通过上调细胞周期抑制因子p27抑制神 经组织生长。
化状态)；
plant cell --totipotency
二、细胞分化的特点
1.时空性：也称为差别基因表达； 2.定向性：也称为决定(determination)；
3. 稳定性：动物细胞发生分化之后，其遗传表型保持稳定， 通常是不可逆的；
4. 条件可逆性：又称为去分化(在特定条件下回到未分化状 态)；
五、细胞分化的分子基础
基因差异表达：细胞分化并不是基因组DNA全部 表达，而是奢基因按一定程序，有选择地相 继活化表达。 不同细胞：相同DNA 不同RNA 不同PRO
六、影响细胞分化的主要因素
主动机制：胚胎发育的早期细胞分裂由受精卵中
的细胞质控制，不涉及细胞通信。
诱导机制：随着胚胎发育的进行细胞之间主要通
多能细胞
脑 脊髓
单能细胞
全能细胞
神经管
腺 毛、齿、爪等 髓样组织
受精卵 卵裂
外胚层 软骨 肌肉 形成血的组织 淋巴组织
中胚层
泌尿生殖系统
骨 致密结缔组织
疏松结缔组织
内胚层
呼吸系统
肝、胰
甲状腺
甲状旁腺
腺
始 终 保 持 其 分 化 全 能 性 的 细 胞 核
克隆羊“多莉”实验
高 度 分 化 的 细 胞 如 乳 腺 细 胞 的 核 仍 有 全 能 性
inductor），接受诱导的组织或细胞称为反应者。
胚胎诱导分为三级：
初级诱导：如脊索中胚层诱导其表面的外胚层发 育神经板；
次级诱导：如神经板卷成神经管后，前端膨大成 原脑，其两侧突出的视杯再诱导其上 方的外胚层形成晶状体，为次级诱导
三级诱导：晶状体再诱导其表面的外胚层形成角 膜，为三级诱导。
外胚层
去分化（dedifferentiation）：指分化细 胞失去其特有的结构和功能变成具有未分化 细胞特征的过程。
再生 (Regeneration)：指生物体缺失部分后重建 的过程：生物体的的整体或器官受外力作用发生
创伤而部分丢失，在剩余部分的基础上又生长出
与丢失部分在形态和功能上相同的结构。
再生的形式： 生理性再生——细胞更新 修复性再生——形成失去的器官
四、细胞的分化潜能
细胞分化能力的强弱称为分化潜能。
全能性(Totipotency)：已分化细胞具有产生完 整有机体的潜能或特性。
多潜能性(pluripotency)：具有发育成多种组织 器官，但却失去了发育成完整个体的潜能性。
质，导致细胞形态、结构和功能各异。
管家基因(house Keeping gene)是指所有 细胞中均要表达的一类基因，其产物是对 维持细胞基本生命活动所必需的 。如膜蛋 白、核糖体蛋白、线粒体蛋白等。
奢侈基因（luxury gene）：或称组织特 异性基因(tissue-specific genes)，编码决定 细胞性状的特异基因，对细胞自身生存无 直接影响，是细胞向特殊类型分化的物质 基础。如血红蛋白、肌动蛋白。
受精卵及卵裂早期（桑甚胚期以前）的每一 个细胞都有发育成一个完整机体的潜能，这些 细胞称为全能干细胞，它们具有发育的全能性。
胚胎干细胞
胚胎干细胞来源于内细胞群，内细胞群是早 期胚胎（5-6天）——囊胚的一部分。将内细胞群 的细胞取下培养即为胚胎干细胞。
胚胎干细胞的全能性
受精卵
2细胞期
正常小鼠
将两只８细 胞期的鼠胚 合并，也能 发育成一只 正常的小鼠。 表明哺乳类 动物早期胚 胎细胞发育 到８细胞期 仍是全能的。
干细胞分类：
根据机体发育时期的不同，将机体干细胞分为：
胚胎干细胞
成体干细胞 根据分化能力的大小，可将机体干细胞分为：
全能干细胞 多能干细胞 单能干细胞
胚胎干细胞
成体干细胞
胚胎干细胞的分化
胚胎干细胞： (embryonic stem cell，ESC) 是 指存在于早期胚胎中，具有多分化潜能的细胞。
?
重建——人工实验条件下的特殊现象。如人为将水 螅的一片组织分散成单个细胞。在悬液中，这些细胞 重新聚集，在几天至几周以后，形成一条新的水螅。
无性繁殖——
讨论二
机体如何意识到失去的部分，又是如何知道丢失 的部位及丢失的多少？
替代物来自何处？是剩余的原胚细胞、干细胞还 是已分化的细胞去分化的结果？
卵细胞质的作用
卵细胞质的作用：细胞决定，即决定细胞分化的方向。 作用时间：胚胎发育早期（卵裂期）
以蛙为例：
3
1
4
2
5
1 神经细胞质 2 脊索细胞质 3 外胚层细胞质 4 中胚层细胞质 5 内胚层细胞质
蛙受精卵的细胞质是不均质的， 这种不均质性, 对胚胎的早期 发育具有很大影响，在一定程 度上决定细胞的早期分化
蛙卵
神经细胞 脊髓细胞 表皮 肌肉骨 腺细胞及消化道上皮
2、诱导机制
胚胎诱导 （embryonic induction） 在胚胎发育过程中，一部分细胞对邻 近的另一部分细胞产生影响，并决定 其分化方向的作用称为胚胎诱导。
• 胚胎诱导是胚胎形成中有序分化的重要因素。 • 能对其它细胞起诱导作用的细胞称诱导者（
调节基因(regulatory genes)：产物用于 调节组织特异性基因的表达，起激活或者 起阻遏作用。
转分化（transdifferentiation）：一种类 型分化的细胞转变成另一种类型的分化细胞 现象称转分化。
——转分化经历去分化（dedifferentiation）和 再分化（redifferentiation）的过程
过信号系统协调分裂、分化和细胞的行为。 细胞的分化命运主要取决于：细胞的内部特性，外
部环境。
1、细胞分裂的不对称性
• 卵细胞具有极性，细胞核靠近北极。 • 卵细胞中贮存有大量mRNA，是母源基因的产物，
维持卵细胞和早期胚胎代谢；呈非均匀分布，决 定胚胎发育的图式（pattern）。 • 合子基因在卵裂后期才发挥作用。
Double-muscled mouse
Mouse myostatin mutant (right)
Belgian Blue bull——Double-muscled cattle
4、细胞数量效应
例1. 小鼠胚胎胰腺原基在体外培养，可发育成 胰腺组织，如切成8小块分别培养，则不能。 再把分开的小块合起来，又可形成胰腺组织。
成体干细胞的分化
成体干细胞：成体的许多组织中都保留一些具 有增殖和分化能力的细胞，这类细胞称为成体 干细胞。
成体干细胞的分化特点： 1. 不对称分裂； 2. 分化方向已基本确定；
成体干细胞
成体干细胞属于专能细胞，是在成体组织或器官 已分化的细胞中发现的未分化细胞，能自我更新，能 分化为该组织或器官中的各种主要的特化细胞。
稳定，通常是不可逆的；
遗传稳定性----果蝇成虫盘细胞的移植实验
二、细胞分化的特点
1.时空性：也称为差别基因表达； 2.定向性：也称为决定(determination)； 3. 稳定性：动物细胞发生分化之后，其遗传表型保持
稳定，通常是不可逆的； 4. 条件可逆性：又称为去分化(在特定条件下回到未分
原结构的重建是补充的新组织，还是由伤口处一 些细胞增殖代替了缺失的结构？
二、细胞分化的特点
1.时空性：也称为差别基因表达； 2.定向性：也称为决定(determination)；
胚泡形成
胚泡于受精后第4-5天形成，并进入子宫。
胚泡
胚端滋养层
内细胞群
胚泡腔 滋养层
二、细胞分化的特点
1.时空性：也称为差别基因表达； 2.定向性：也称为决定(determination)； 3. 稳定性：动物细胞发生分化之后，其遗传表型保持
细胞分化
CELL DIFFERENTIATION
一、基本概念 二、 细胞分化特点 三、分化与增殖 四、分化潜能 五、细胞分化的分子基础 六、影响分化的因素
细胞分化
Cell differentiation
卵 精子
受精卵Βιβλιοθήκη 分化发育新个体
人类受精卵分裂和分化
植物细胞分化
一、基本概念
细胞分化(cell differentiation) ：在个体发育 中，由一种相同的细胞类型经细胞分裂后逐渐在 形态、结构和功能上形成稳定性差异，产生各不 相同的细胞类群的过程。
骨髓造血干细胞( HSC ) 外周血干细胞 ( PBSC ) 肝脏干细胞 脐带血干细胞 神经干细胞 小肠上皮细胞 肌肉干细胞 皮肤干细胞 胰腺中β-小岛
成体干细胞的优点
一是可以在体外根据需要大量培养扩增，且 不存在伦理问题。
二是在特定环境下可分化为特定类型细胞， 直接用于组织修复。
三是源于自身，避免免疫排斥反应。
甲状腺素可引起蝌蚪变态； 性激素刺激第二性征的出现。
多肽类：与膜受体结合 激素分
甾 类：与胞内受体结合
第二信使调节基因活动 调节基因活动
7、细胞核与细胞分化
（一）细胞核的作用
在细胞分化中，细胞核起着重要或决定性的作用。
第一、遗传物质决定性状，而遗传物质位于细胞核内。
第二、从全能细胞
多能细胞
单能
细胞，是细胞核内基因选择性表达的结果。
脊索中胚层 神经板
神经管
外胚层 前脑-视杯
晶状体
外胚层 角膜
A.初级诱导
B.次级诱导
C.三级诱导
3、分化抑制
分化成熟的细胞可以产生“抑素”，抑制相邻 细胞发生同样的分化。如含有成蛙心组织的培 养液培养蛙胚，则蛙胚不能发育出正常的心脏。
“抑素” 是TGF-β家族的成员。如 myostatin 是肌肉生长的负调控因子， GDF11（Wu等 2003）通过上调细胞周期抑制因子p27抑制神 经组织生长。
化状态)；
plant cell --totipotency
二、细胞分化的特点
1.时空性：也称为差别基因表达； 2.定向性：也称为决定(determination)；
3. 稳定性：动物细胞发生分化之后，其遗传表型保持稳定， 通常是不可逆的；
4. 条件可逆性：又称为去分化(在特定条件下回到未分化状 态)；
五、细胞分化的分子基础
基因差异表达：细胞分化并不是基因组DNA全部 表达，而是奢基因按一定程序，有选择地相 继活化表达。 不同细胞：相同DNA 不同RNA 不同PRO
六、影响细胞分化的主要因素
主动机制：胚胎发育的早期细胞分裂由受精卵中
的细胞质控制，不涉及细胞通信。
诱导机制：随着胚胎发育的进行细胞之间主要通
多能细胞
脑 脊髓
单能细胞
全能细胞
神经管
腺 毛、齿、爪等 髓样组织
受精卵 卵裂
外胚层 软骨 肌肉 形成血的组织 淋巴组织
中胚层
泌尿生殖系统
骨 致密结缔组织
疏松结缔组织
内胚层
呼吸系统
肝、胰
甲状腺
甲状旁腺
腺
始 终 保 持 其 分 化 全 能 性 的 细 胞 核
克隆羊“多莉”实验
高 度 分 化 的 细 胞 如 乳 腺 细 胞 的 核 仍 有 全 能 性
inductor），接受诱导的组织或细胞称为反应者。
胚胎诱导分为三级：
初级诱导：如脊索中胚层诱导其表面的外胚层发 育神经板；
次级诱导：如神经板卷成神经管后，前端膨大成 原脑，其两侧突出的视杯再诱导其上 方的外胚层形成晶状体，为次级诱导
三级诱导：晶状体再诱导其表面的外胚层形成角 膜，为三级诱导。
外胚层
去分化（dedifferentiation）：指分化细 胞失去其特有的结构和功能变成具有未分化 细胞特征的过程。
再生 (Regeneration)：指生物体缺失部分后重建 的过程：生物体的的整体或器官受外力作用发生
创伤而部分丢失，在剩余部分的基础上又生长出
与丢失部分在形态和功能上相同的结构。
再生的形式： 生理性再生——细胞更新 修复性再生——形成失去的器官
四、细胞的分化潜能
细胞分化能力的强弱称为分化潜能。
全能性(Totipotency)：已分化细胞具有产生完 整有机体的潜能或特性。
多潜能性(pluripotency)：具有发育成多种组织 器官，但却失去了发育成完整个体的潜能性。