干细胞与组织的维持和再生

cell，HSC）在成体内的存在。 受照射小 鼠脾内出 现结节状 造血灶
健康小鼠骨髓细胞悬液 + 受致死剂量射线照射的小鼠
小鼠脾集落形成实验
造血干细胞的分化
二、间充质干细胞
存在骨髓腔中，可分化为多种间充质组织：如骨、
关节、脂肪、肌腱、肌肉、骨髓基质等。
TGFβ3 ，无wk.baidu.com清培养
软骨细胞
MSC
二、干细胞的形态和生化特征
2.干细胞的生化特性
高端粒酶活性；生化标志，nestin为神经干细胞标志。
三、干细胞的增殖特征
1.干细胞的增殖速率具有缓慢性
有利于干细胞对特定的外界信号作出反应。
减少基因突变的危险，有更多时间校正复制错误。
干细胞
过渡细胞
分化细胞
Stem Cell and Tissue Regeneration
肿瘤的发生被认为起源于其组织中的组织特异性 干细胞的可能性较大。
肿瘤干细胞是存在于肿瘤组织中的一小部分具有
干细胞性质的细胞群体，具有自我更新能力、肿瘤形
成能力和分化为不同分化程度肿瘤细胞的能力，对肿
瘤的发生、转移、恶化和复发起决定性作用。
Stem Cell and Tissue Regeneration
Stem Cell and Tissue Regeneration
二、胚胎干细胞的生物学特征
1、生化特征
胚胎阶段特异性抗原(SEEA)、
碱性磷酸酶、端粒酶
2、分化潜能
多能干细胞，分化为内、中、外胚层
金标准——嵌合体试验：
二、胚胎干细胞的体外分化
Stem Cell and Tissue Regeneration
Stem Cell and Tissue Regeneration
Cell, Dec. 20, 2007
Science Dec. 21, 2007
克隆能给人类带来什么？ 克隆动物是未来的制药厂 克隆爱因斯坦会懂“相对 论”吗?
小
结
1. 掌握干细胞的概念及基本特征。 2. 掌握胚胎干细胞的特征和分化潜能。 3. 掌握组织干细胞的概念。
地塞米松、β-磷酸 甘油、Vc和含有10% FBS
脂肪细胞
1-甲基-3-异丁基黄嘌呤、 地塞米松、吲哚美辛
成骨细胞
三、神经干细胞
具有自我更新及分化产生成熟脑细胞的能力。
生物学标记：中间纤维nestin。 可从嗅球、海马、下脑室、脑干、大脑等部位获得
Stem Cell and Tissue Regeneration
五、精原干细胞
1. 精原干细胞存在于曲 细精管的基底膜。 是精子发生的细胞基础
五、精原干细胞
2. 精原干细胞的分化具有一
个复杂的调控机制 A1精原细胞是精子生成 过程中不可逆的调控点。
Stem Cell and Tissue Regeneration
第四节 干细胞与医学
一、干细胞与器官和个体衰老
4. 熟悉干细胞的可塑性。
5. 了解干细胞的医学应用。
三、干细胞与组织再生
机体修复组织器官损伤的现象叫做组织再生。
在成年个体中，机体根据组织损伤程度的高低，
启动不同分化等级的细胞的增殖与分化的程序，
来实现其修复的需求。
Stem Cell and Tissue Regeneration
四、干细胞在疾病治疗中的作用
细胞治疗是将正常的干细胞或由其分化产生的功
第十七章
干细胞
主要内容
第一节
第二节 第三节
干细胞概述
胚胎干细胞 组织干细胞
第四节
干细胞与医学
Stem Cell and Tissue Regeneration
第一节 干细胞概述
一、干细胞的存在
二、干细胞的形态和生化特征
三、干细胞的增殖特性 四、干细胞的分化特性
五、干细胞生理活动的微环境
Stem Cell and Tissue Regeneration
二、干细胞与肿瘤的发生和复发
三、干细胞与组织再生 四、干细胞在疾病治疗中的作用
Stem Cell and Tissue Regeneration
一、干细胞与器官和个体衰老
衰老是组织器官中细胞更替能力的降低。
随着年龄增长，组织干细胞的特性改变。
骨髓造血干细胞移植病人，供体年龄越大， 成功率就越低
二、干细胞与肿瘤的发生和复发
细胞重编程的主要策略
A．体细胞核转移（SCNT）；B. 细胞融合; C. iPS细胞；D. 谱系转化
五、干细胞生理活动的微环境
“干细胞巢”(stem cell niche)：由干细胞及其外围
细胞、参与其增殖分化调控相关因子组成，具有
动态平衡特性的局部环境。
成骨细胞mTORC1活化小鼠骨髓血管形成减少
stem cell, NSC)； cell)； stem cell)；
肝干细胞 (liver stem
皮肤干细胞 (epidermal 小肠干细胞 (intestinal 角膜的干细胞 (corneal 肾脏干细胞 (renal
stem cell)； stem cell )；
stem cell)；
肌肉干细胞 (myogenic
能细胞植入病变部位代偿病变细胞丧失的功能。 干细胞提供了可用于移植的细胞。
Regeneration of new tissues from our own cells will not be far behind Science, December 6, 2002: 1901
疾病的干细胞治疗策略
骨髓基质 基因传递 骨骼
心肌
脂肪
肌腱，韧带 软骨 生物制药
第三节 组织干细胞
一、造血干细胞
二．间充质干细胞
三、神经干细胞
四、肝干细胞 五、精原干细胞
目前已分离或鉴定的组织干细胞：
造血干细胞 (hematopoiesis
stem cell，HSC)；
stem cell, MSC)；
间充质干细胞 (mesenchymal 神经干细胞 (neural
一、干细胞的存在
(一)干细胞(stem cell)的存在
干细胞：是一类具有自我更新和多向分化潜能的细胞。
存在部位：个体发育全过程中的各种组织中。 功能：生长发育、组织器官的结构和功能的动态平衡， 损伤后的再生修复。
Stem Cell and Tissue Regeneration
胚胎发育和个体形成
stem cell)；
stem cell) ；
胰腺干细胞 (pancreatic 肺脏干细胞 (lung stem Stem Cell and Tissue Regeneration
cell)。
组织干细胞示意图
一、造血干细胞
1961年Till和McCulloch首次通过小鼠脾集落形 成实验证实了造血干细胞（hematopoiesis stem
Ctrl Tsc1KO
30
成骨细胞mTORC1抑制小鼠骨髓血管形成增加
Ctrl RaptorKO
31
成骨细胞mTORC1促进Cxcl9分泌抑制骨髓血管形成
Nat Commun, Accepted
32
第二节 胚胎干细胞
一、胚胎干细胞的生物学特性
二、胚胎干细胞的体外分化
一、胚胎干细胞的生物学特征
肝索细胞是个体发育中的肝干细胞(liver stem cell)
肝细胞
胆管细胞
肝干细胞
小鼠肝干细胞系LEPCs
Stem Cell and Tissue Regeneration
诱导后的小鼠肝干细胞 系（LEPCs）具有成熟
肝细胞的形态学特征
培养在Matrigel基质胶 中的LEPCs具有胆管细 胞的形态特征
三、干细胞的增殖特征
2.干细胞增殖系统具有很强的自稳定性
自稳定性
对称分裂
不对称分裂：
干细胞维持自身数目 恒定的基本方式
干细胞的不对称分裂
A．干细胞的简单不对称分裂 B. 干细胞的种群不对称分裂
四、干细胞的分化特征
1.干细胞分化的谱系限定性
四、干细胞的分化特征
2. 干细胞分化的可塑性
a. 去分化； b. 转决定； c. 转分化； d. 直接诱导分化
精子穿卵受精卵6周胚胎11周胚胎12周胚胎4月胚胎
Stem Cell and Tissue Regeneration
一、干细胞的存在
(二)干细胞的类型
1. 全能干细胞（totipotent stem cell）
8细胞期之前的胚胎细胞，可发育为完整个体
2. 多能干细胞（pluripotent stem cell）
专能
unipotency
Stem Cell and Tissue Regeneration
胚胎干细胞的来源与早期分化
Stem Cell and Tissue Regeneration
二、干细胞的形态和生化特征
1.干细胞的形态特征
原始细胞特征：呈
圆形或椭圆形；体
积小；核质比大；
细胞器不发达 。
Stem Cell and Tissue Regeneration
Nestin是神经干细胞的生物学标
人神经干细胞表达nestin (绿色).
中枢神经系统的成体干细胞分化成神经
元 (蓝色, 左上), 星形胶质细胞 (棕色)， 以及少突胶质细胞 (蓝色，左下).
成年哺乳动物SVZ部位NSC的微环境与神经发生过程
成年哺乳动物SGZ部位NSC的微环境与神经发生过程
四、肝干细胞
体干细胞(adult stem cell )。
功能： 参与发育，并持续存在于个体的整个生命
过程。实现所在组织中细胞的新旧更替，维持组织
器官结构和功能的动态平衡。
Stem Cell and Tissue Regeneration
受精卵
细胞团
囊胚
胎儿
成体
全能
totipotency
多能
pluripoteny
有分化为成熟个体中所有类型细胞的潜能，但不 能形成完整个体,也称胚胎干细胞（embryonic stem cell，ES细胞）内细胞团细胞。
Stem Cell and Tissue Regeneration
一、干细胞的存在
3.组织特异性干细胞（tissue specific stem cell） 概念：专能性干细胞 (multipotent stem cell)、成