第15章细胞分化与胚胎发育

表达、表观遗传修饰状态、细胞倍增能力、类胚
体和畸形瘤生成能力、分化能力等都与胚胎干细
胞极为相似。
• 2007年末，Thompson实验室(美国Wisconsin大学)
和山中伸弥实验室几乎同时报道，利用iPS技术同样
可以诱导人皮肤纤维母细胞成为几乎与胚胎干细胞完 全一样的多能干细胞。
• 所不同的是日本实验室依然采用了用逆转录病毒引入
• 2009年，中国科学家于2008年11月利用iPS细胞培 育出小鼠——“小小”。
• 中国科学院动物研究所周琪研究员和上海交通大 学医学院曾凡一研究员领导的研究组合作完成的 工作表明，利用iPS细胞能够得到成活的具有繁殖 能力的小鼠，从而在世界上第一次证明了iPS细胞 与胚胎干细胞具有相似的多能性。 • 科学家表示，这一研究成果表明iPS干细胞或许同 胚胎干细胞一样可以作为治疗各种疾病的潜在来 源。
胞重新编程技术把采自10种不同遗传病患者病人
的皮肤细胞转变为iPS，这些细胞将会在建立疾病
模型、药物筛选等方面发挥重要作用。 • 美国科学家还发现，iPS可在适当诱导条件下定向 分化，如变成血细胞，再用于治疗疾病。 • 哈佛大学…….
• 这表明利用诱导重新编程技术可以直接获得某一
特定组织细胞，而不必先经过诱导多能干细胞这 一步。
诱导多能干细胞（ iPS ）建系过程的示意图
诱导多能干细胞（iPS）
通过基因转染技术(gene transfection)将某些转录 因子导入动物或人的体细胞, 使体细胞直接重构成 为胚胎干细胞（embryonic stem cell, ESC）细胞
样的多潜能细胞。
iPS细胞不仅在细胞形态、 生长特性、 干细胞标 志物表达等方面与ES细胞非常相似, 而且在DNA甲 基化方式、 基因表达谱、 染色质状态、 形成嵌合
• 优点：有潜力在体内发育成任何细胞类型。
• 缺点：
• • • • • (l)供体卵母细胞的来源困难, ES细胞建系效率
低；
(2)免疫排斥反应； (3)ES细胞具有成瘤性； (4)体外保持ES细胞全能性的条件非常复杂； (5)伦理学争论。
诱导多能干细胞iPS (induced pluripotent stem cells)
神经元前体细胞通过侧向抑制而特化
脊髓背腹分化中的信号网络
果蝇体节形成中的基因调控
翟中和 王喜忠 丁明孝 主编
细胞生物学（第4版）
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体动物等方面也与ES细胞几乎完全相同。
iPS优点
• 与经典的胚胎干细胞技术和体细胞核移植技术不
同，iቤተ መጻሕፍቲ ባይዱS技术不使用胚胎细胞或卵细胞，因此没有
伦理学的问题。 • 利用iPS技术可以用病人自己的体细胞制备专用的 干细胞，所以不会有免疫排斥的问题。
iPS缺点
• 比如，添加4个“重新编程”基因或取代疾病细胞 中有缺陷基因的方法都可能有导致癌症的副作用 。
干细胞
全能干细胞
分化潜能 多能干细胞 单能干细胞 胚胎干细胞 来源 成体干细胞
受精卵、卵裂早期细胞（16c）
胚胎干细胞、生殖嵴干细胞、造血干细胞 神经干细胞
多能干细胞
造血干细胞逐级分化为各种 类型的血细胞
胚胎干细胞
人类治疗性克隆与再生医学的设想
人的胚胎干细胞诱导分化成胰岛β细胞
人体胚胎干细胞(hES)
Oct3/4、Sox2、c-Myc和Klf4 4种因子组合，而
Thompson实验室则采用了以慢病毒载体引入OCT4
、SOX2加NANOG和LIN28这种因子组合。 • 这些研究成果被美国《科学》杂志列为2007年十大科 技突破中的第2位。
• 2008年，哈佛大学George Daley实验室利用诱导细
《时代周刊》2009年十大医学突破
2012年诺贝尔生理学或医学奖
京都大学物质-细胞统合系统据点iPS细胞研究中心主任长山
中伸弥和英国发育生物学家约翰-戈登因在细胞核重新编程研究
领域的杰出贡献而获奖。
三、影响细胞分化的因素
受精卵细胞质的不均一性；
胞外信号分子；
胞间相互作用与位置效应；
细胞记忆与决定；
翟中和 王喜忠 丁明孝 主编
细胞生物学（第4版）
第15章 细胞分化与胚胎发育
本章主要内容
• 第一节 细胞分化 • 第二节 胚胎发育中的细胞分化
细胞分化
• 细胞分化的基本概念 • 细胞的全能性与多能干细胞 • 影响细胞分化的因素
一、细胞分化的基本概念
细胞分化是指在个
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、 产生不同的细胞类 群的过程。
（一）细胞分化是基因选择性表达的结果
（二）管家基因/组织特异性基因
（三）组合调控引发组织特异性基因的表达
（四）单细胞有机体的细胞分化 黏菌繁殖过程示意图
（五）转分化与再生
（五）转分化与再生
二、细胞的全能性与多能干细胞
• 细胞的全能性是指细胞 经分裂和分化后仍具有 形成完整有机体的潜能 或特性。
iPS发展历程
• 2006年日本京都大学山中伸弥Shinya Yamanaka
领导的实验室在世界著名学术杂志《细胞》上率
先报道了iPS的研究。 • 他们把Oct3/4、Sox2、c-Myc和Klf4这4种转录因 子引入小鼠胚胎或皮肤纤维母细胞，发现可诱导 其发生转化，产生的iPS细胞在形态、基因和蛋白
环境；
染色质变化与基因重组。
第二节 胚胎发育中的细胞分化
一、生殖细胞的分化
二、早期胚胎发育过程中的细胞分化
三、果蝇胚胎早期发育中的细胞分化
原生殖细胞（PGC）的迁移
性腺细胞分化中的信号途径
PGC进入生殖嵴后的细胞分裂
生殖嵴对生殖细胞减数 分裂的调控
神经管的形成
调控脊髓神经细胞增殖的信号系统