第十一章 胃肠干细胞《干细胞基础与临床》

第十一章胃肠干细胞
胃肠干细胞属于成体干细胞，由于其没有明显区别于粘膜上皮细胞的形态特点和特异性标志，有关胃肠道干细胞的定位及寿命也所知甚少。

第一节胃干细胞
胃粘膜上皮细胞的更新是一个持续的过程，正常情况下每2~~~7天更新一次，损伤时更新加速。

这个过程是由胃的多功能干细胞分化完成的，多功能干细胞分化为胃各种上皮细胞，并能产生完整的胃腺体。

虽然普遍认为胃的干细胞位于胃腺的凹部，但对胃干细胞的起源目前尚不统一。

目前认为胃腺体的干细胞位于腺体峡部并随着其分化向上下移动。

二．胃干细胞的定位、形态和表面标志
(1)定位:胃干细胞占胃腺细胞的3%，目前认为是单个克隆干细胞产生了所有类型的胃的细胞。

胃腺细胞的迁移是双向的，在颈部、峡部区形成胃小凹的单层粘膜上皮，细胞向下迁移形成壁细胞和主细胞。

因此，干细胞被认为是位于胃腺的颈部、峡部区.
(2)表面标志：Oct-3|4基因是一个POU家族转录因子，只在干细胞和肿瘤细胞中特异表达。

Tai等检测了人肝脏、胰腺、乳腺、胃等组织的干细胞和肿瘤细胞系，发现在人的成体干细胞和肿瘤细胞有Oct-4的表达，而分化的细胞没有表达。

但目前对于胃干细胞特意标志还知之甚少，因此还没有胃干细胞分离、培养、和鉴定的可靠方法。

第二节肠道干细胞
哺乳动物肠道是指始于胃幽门止于肛门的连续性消化管道，肠壁结构由内向外分为粘膜、粘膜下层、肌层和外膜。

其中肠粘膜上皮是机体代谢最为活跃的场所，肠粘膜上皮细胞终生进行着不间断的自我更新。

一、肠干细胞的概念
小肠干细胞是位于小肠粘膜隐窝底部、潘氏细胞(潘氏细胞是小肠腺的特征性细胞，位于腺底部，细胞呈锥体形，顶部胞质充满粗大嗜酸性的分泌颗粒)上面的未分化细胞。

肠粘膜屏障被破坏时，隐窝干细胞将产生溃疡相关细胞并逐渐向绒毛移动，形成单独的导管结构，分泌黏蛋白和表皮生长因子（EGF），EGF又可以促进这种细胞的生成，通过这种残存的干细胞发生对称性分裂以再生隐窝，重建绒毛直至肠粘膜恢复正常。

大肠干细胞是指一群位于肠腺凹陷部并具有增值和分化潜能的未分化大肠上皮细胞。

该细胞具有特征性的非对称性有丝分裂。

Musashi-1蛋白是肠干细胞非对称性有丝分裂时表达的相关蛋白，是肠干细胞鉴定的重要标志。

二、肠干细胞的定位、数量、周期、分裂
（一）肠道干细胞的定位
肠道干细胞位于肠粘膜的基底层，即隐窝。

隐窝内细胞的分化能力与其位置有关，越往上细胞增殖能力的越小。

通过细胞迁移率和细胞位置的变化，推算出小肠隐窝内细胞迁移的起源在第4个位置（从底部起），干细胞底部是潘氏细胞，上部是定向祖细胞，为小肠干细胞瞄着点。

形态学上在隐窝纵向切片时以最底部的细胞为“1”依次向上计数，肠道干细胞大约位于第4层细胞的位置，但可以在第2到7层之间波动。

（二）肠道干细胞的数量
目前一般认为隐窝有多个干细胞。

Potten等认为每个小肠隐窝有4-6个干细胞，但相互之间存在竞争，其中仅有1个能分化为全部隐窝细胞。

（三）肠道干细胞的周期
小鼠小肠干细胞周期大约为24h，大肠干细胞的周期也较长，为33小时，人小肠干细胞的具体增值时间尚不清楚，估计是鼠小肠干细胞的2—8倍，大概5天。

隐窝上部的细胞分化程度更高，平均周期为12—13小时，即每个隐窝每天产生200个左右的细胞。

（四）小肠干细胞的分裂方式
小肠干细胞的增值分化可以以非对称分裂和对称分裂两种方式进行。

非对称分裂指干细胞分裂成一个干细胞和一个分化的子代细胞。

对称分裂是一个干细胞分裂成两个子代干细胞。

具体采用何种方式取决于干细胞生存的微环境和干细胞本身的状况共同作用。

所谓微环境包括干细胞与周围细胞，干细胞与细胞外基质以及干细胞与其中可溶性因子的相互作用；而干细胞本身的因素包括调节细胞周期的各种周期素和周期素依赖激酶等。

三、肠干细胞的鉴定
（1）肠道上皮MSI-1蛋白及基因表达部位与干细胞的部位具有非常良好地一致性，可以认为是肠道干细胞特异性分子标记。

（2）转录抑制物Hes-1在肠道隐窝选择性表达，但其表达部位较MSI-1弥散。

四、小肠干细胞凋亡的调控
（一）小肠干细胞凋亡
正常小肠上皮细胞存在着自发的凋亡（0.2%）;但在干细胞区，即距隐窝底部4—5个细胞的位置自发凋亡率在1.3%左右（占整个隐窝凋亡细胞数的22%），这表明在成熟组织中，凋亡可能是一种决定干细胞数目的重要调节机制。

（二）调节小肠干细胞凋亡的因素
1.p53
p53被认为是一个“看家基因”，在监视细胞损伤中起着重要作用。

2、Bcl-2
Bcl-2基因的表达对调节凋亡是双向的，既可以抑制凋亡，又可以诱发凋亡。

3、粘附因子
细胞表达粘附分子与胞浆蛋白相互作用影响细胞功能。

如：E钙粘连蛋白的过分表达降低了细胞的增生及迁移。

4、其他细胞因子
如TGF-也具有诱导凋亡的作用，它对肿瘤细胞的生长有着重要影响。

五、小肠干细胞分化的调控
（一）小肠干细胞的增值分化
正常情况下，每个隐窝的小肠干细胞数目是基本不变的。

小肠干细胞数量的增加，被认为是通过诱导隐窝分裂而完成。

特别在小肠新生期，损伤后修复及化疗期，隐窝分裂是干细胞增生的主要机制。

多数情况下，隐窝分裂是从底部以垂直分裂方式产生两个均等的隐窝；而有些情况，如肿瘤，隐窝则以不均匀方式产生多个“蕾”围绕在大的隐窝周围。

据此，许多学者将测量隐窝大小作为评价小肠干细胞增殖分化的一个指标。

（二）影响小肠干细胞增殖分化的因素
肠干细胞增殖分化行为是受细胞基因及干细胞所处的微环境所影响
1、基质细胞的调节、
用Northern杂交、逆转录聚合酶链反应技术，证明许多生长因子受体及mRNA合成与基质细胞有关。

如肝脏细胞生长因子、角化细胞生长因子、转化生长因子均在小肠基质细胞表达。

体外培养证实基质细胞还可以调节小肠上皮细胞增生，提示机体内小肠纤维细胞具有调节干细胞功能。

此外，基质还包含一些其他分子如肌腱蛋白、层粘连蛋白、网纤维素等影响着小肠隐窝内干细胞及其子代细胞的粘连、迁移与分化。

2、细胞因子的调节
小肠干细胞通过自分泌和旁分泌产生多种因子，它们对小肠组织的发育、修复和再生起着重要的作用。

（1）生长因子
A、EGF 目前知道EGF是对隐窝上皮细胞增生最有效地细胞因子。

EGF在正常的小肠上皮的稳态调节中并无太大作用，但可促进组织修复时的细胞增生和迁移。

B、HGF 体外实验均证明肝细胞生长因子（HGF）对肠道干细胞有明显的促增殖作用。

C、FGF 成纤维细胞因子（FGF）能够调节细胞的分化。

D、KGF KGF不仅对小肠干细胞有促分裂作用，还能启动隐窝分裂增殖，刺激干细胞DNA的合成，提高肠道干细胞的数量等功能。

E、TGF 通过调节纤维细胞进而发挥其促有丝分裂作用。

F、IGF 可调节隐窝细胞增生。

（2）白细胞介素
IL-2、IL-6、IL-11可以刺激T细胞产生KGF，KGF除可以刺激DNA合成外，还可以增加隐窝长度，以及通过增加干细胞数目而导致隐窝分裂增生。

（3）肿瘤坏死因子
可促进正常情况下和放射损伤后小鼠干细胞的分裂，增加短暂分裂的细胞数量。

3、粘附分子的调节
细胞外基质（ECM）包含多种分子，如E-cadherin、tenascin等。

其中钙粘附分子在小肠干细胞调节中可能扮演了重要的角色。

（三）肠道干细胞的分子调控
1、多种信号通路
2、基因调控
（1）p53 基因
p53是人类肿瘤发生、细胞增殖与分化关系最为密切的基因之一。

它既明显影响干细胞的增殖分化，又与干细胞受损后的自身凋亡密切相关。

（2）Bcl-2家族
Bcl-2家族成员是细胞凋亡过程中的调节因子，该基因家族包含两类功能相反地基因：一类为抑制细胞凋亡的基因如Bcl-2，另一类为包含Bax等基因在内的促进细胞凋亡的基因。

（3）p38基因
p38蛋白参与了肠道干细胞生长、发育、增值、分化等多种生理过程。