第15章细胞分化与胚胎发育
胚胎发育中的细胞分化
基因印记
PGCs进入生殖嵴后的细胞分裂
小 鼠 的 PGCs 在 10.5dpc 进 入 生 殖 嵴 ， 而后其细胞周期在雌雄之间出现很大差 异 。 在 卵 巢 原 基 中 ， PGCs 继 续 进 行 有 丝分裂，并且在13.5dpc进入减数分裂I （ 此 时 PGCs 实 际 上 已 经 分 化 为 初 级 卵 母细胞），经历细、偶和粗线期，进入 双线期。胚胎出生后，初级卵母细胞进 入终变期，直到性成熟后，才依次完成 减数分裂I，进入减数分裂II，并停留在 中期。这时卵子从卵巢排出，受精后减 数分裂II完成，排出极体，成为受精卵。
细胞之间 细胞的位置 环境因素
信号分子及 其浓度梯度
细胞分化
细胞的“记忆”与决定
细胞分化的共性之二： 胚胎细胞，尤其是后口动物胚胎细胞的分化过程
中，尽管细胞分化的最终命运大相径庭，但对分化， 尤其是早期分化起主要调控作用的都是少数几种相同 的信号途径，它们按照极其相似的方式调控发育过程。
胚胎发育过程中决定细胞分化的主要信号分子： FGF、TGF-β（BMP）、Wnt、RA、Shh
的表达，促使细胞进入减数分裂。生精小管外周的肌样细胞在此时表达Cyp26基因，降解外 界的RA信号，保证生殖细胞的分化不受其他体细胞的影响。
PGCs本身在生殖细胞分化中的作用
虽然PGCs的减数分裂依赖于周围的体细胞，但有功能的生殖细胞 的最终形成，也依赖于细胞本身。
将XY的PGCs移入XX小鼠的生殖嵴或反过来进行移植，生殖细胞的 减数分裂虽然依照性腺体细胞来进行，但细胞在进入粗线期之前就凋 亡殆尽了，无法形成有功能的性细胞；
细胞分化：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称为细胞分化 （cell differentiation）。
胚胎发育与细胞分化张文举
通过甲基化酶的作用在 CG上选择性的加上甲 基；
随DNA的复制而遗传 一般来说，甲基化会引
起基因的失活；
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DNA重排
根据DNA片段在基因 组中的结构变化
酵母交配型的控制
酿酒酵母发生交配时，两个 不同交配型的单倍体细胞α 和a融合成二倍体细胞；
外：神经、表皮等 中：肌肉、骨骼等 内：消化道及肺的上皮等
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细胞命运如何决定？
细胞质对细胞分化的诱导 细胞的相互作用对细胞分化的诱导
局部介质
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细胞质对细胞分化的诱导
卵裂后，遗传物质平均分配；而细胞质各子 细胞的组分并不同（细胞质决定子）；
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原肠胚的形成
囊胚细胞经过一系列运动，导致空间相互关系的改变，最终形成 原肠胚；
细胞通过胚孔移入囊胚的内层，形成外胚层、中胚层、内胚 层； 每个胚层发育成机体的不同组织器官；
在原肠胚中形成了新的细胞关系，激发了细胞-细胞的相互作用、一
系列变化，最终形成组织和器官。
信号激发了顶体反应
信号激发精卵膜的融合，水解
形成顶体突
精细胞中的未聚合肌动蛋白装配形成
膜融合，精细胞核进入
顶体表面bindin蛋白识别透明带的特异受体
哺乳动物精子的“获能”
精子在雌性生殖道中被修饰，增强其代谢和运动能力
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皮层反应
保证只有一个精子进入卵细胞的机制
大鼠的α原肌球蛋白
胚胎发育和细胞分化的机制
胚胎发育和细胞分化的机制胚胎发育是指受精卵经过一系列的发育过程，逐渐成为一个具有完整器官、组织、细胞类型结构的个体。
胚胎发育过程中的一个重要的生理现象就是细胞分化。
一、细胞分化细胞分化是指一种过程，在该过程中，一些多能性细胞，在一定程度上失去了其自我复制能力和自我更新能力。
在发育过程中，多能性细胞逐渐分化为成熟细胞，不同的细胞根据其细胞形态和生理特征，逐渐形成了不同器官、组织和细胞类型。
（很重要的一个过程）二、胚胎发育过程胚胎发育过程可分为两个主要的阶段：分裂期和分化期。
在受精卵形成的同时，就开始了分裂期。
受精卵在分裂时，细胞体积会逐渐缩小，逐渐形成一个周长。
同时，形成了一个回形针型构造，稳定又含有大量原初的胚胎干细胞，具有高度的多能性。
分裂期的第一次细胞分裂发生在受精后的36小时之内，之后每隔约24小时就会有一次细胞分裂。
随着胚胎的生长，分化期开始了。
在这个时期，干细胞逐渐分化并发展成为各种细胞，逐渐形成了不同器官和组织。
分化分为两种:定向分化和交错分化。
定向分化是指由一个细胞分裂出来的细胞，在特定条件下逐渐发展成为一种细胞类型。
交错分化是指细胞状态的改变，在这种状态下，一个细胞可以分化为不同种类的细胞。
例如，在胚胎发育过程中，胰岛细胞是由多个不同的单能细胞通过分化而来的。
三、细胞分化的机制细胞分化的机制主要有：1.基因表达差异在胚胎发育过程中，不同阶段的细胞，在结构和功能上存在差异。
差异的根本原因就是细胞一些基因的表达不同，在分化过程中，开始表达不同的基因，导致细胞在外观和功能上有很大差别。
2.生物化学反应的差异不同类型的细胞，在代谢谷道上有巨大的差异。
例如，神经细胞和心肌细胞在产生和利用能量的代谢谷道中有显著的异同。
3.表观遗传学的调控表观遗传学是指细胞DNA的生物化学修饰和调控的过程。
表观遗传学可以调整基因的表达模式，从而影响细胞分化过程。
四、结论细胞分化是胚胎发育的重要过程，胚胎发育和细胞分化有很多的机制和细节需要我们去学习和探索。
早期胚胎发育与细胞分化
Developmental Biology
（二）早期胚胎发育的调控
• 1、母源因子对早期胚胎的调控 例如：卵细胞内大量的RNA和蛋白质可抑制
胚胎发育，需及时降解（泛素蛋白酶系统 和自噬）
Developmental Biology
2、卵裂球表达因子的作用
• （1）Cdx2（8细胞期外围细胞分泌，滋养 层细胞分泌）；敲除则滋养层发育不良
多利和代养母亲
Developmental Biology
2. 细胞融合实验也证明了分化中遗传物质改变的可逆性
A：人肝细胞与大鼠肌细胞的融合实验
人肝细胞
大鼠肌细胞
细胞融合
人肌细胞基因表达活化，鼠和人的肌 细胞蛋白产生
Developmental Biology
3. 细胞分化状态是可以改变的（转分化）
靶基因是否含有其调控区； 其本身是否处于活化状态(e.g., 是否磷酸化)； 其本身是否结合了其它调控因子。 调控区是否结合了其它的调控因子
Developmental Biology
维持细胞基因活性状态依赖调控因子的连续存在
基因A的蛋白产物进入核并结合到基因A的调控区，以正反馈的方式控制基因A，同时抑制 基因B，活化基因C
Developmental Biology
基因活性状态与染色质的结构有关
蛋白栓关闭了其所在X染色体上的XIST自 杀基因，维持了这条染色体的活性，另一
父系的X
个XIST自杀基因使其所在X染色体失活
母系的X
哺乳动物失活的X染色 体在生殖细胞形成时才 重新恢复活性状态。
随机失活
染色体凝结的模式直接遗传
Developmental Biology
异常卵裂与胚胎发育
细胞生物学[第十五章 细胞社会的联系：细胞连接、细胞黏着和.
第十五章细胞社会的联系:细胞连接、细胞黏着和细胞外基质一、细胞连接细胞连接是多细胞有机体中相邻细胞之间通过细胞质膜相互联系, 协同作用的重要组织方式。
共分三类:(1封闭连接 (occluding junctions :紧密连接 (tight junction 是典型的代表。
它将相邻细胞的质膜密切连接在一起阻止溶液中的分子沿细胞间隙渗入体内。
(2锚定连接 (anchoring junctions :通过细胞骨架系统将细胞与相邻细胞或细胞与基质之间连接起来。
分为两类:①与中间纤维相关的锚定连接, 包括桥粒(desmosome、半桥粒 (hemidesmosome;②与肌动蛋白纤维相关的锚定连接, 包括黏合带 (adhesion belt、黏合斑 (focal adhesion。
(3通讯连接 (communicating junctions :主要包括间隙连接 (gap junction 、神经细胞间的化学突触 (chemical synapse和植物细胞中的胞间连丝(plasmodesmata。
(一封闭连接紧密连接是封闭连接的主要形式, 一般存在于上皮细胞之间, 在光镜下小肠上皮细胞之间的闭锁堤区域便是紧密连接存在的部位。
功能:阻止可溶性物质从上皮细胞层一侧扩散到另一侧, 因此起重要的封闭作用, 同时还将上皮细胞的游离端与基底细胞膜上的膜蛋白相互隔离。
还具有隔离与支持功能。
焊接线:也称为嵴线,一般认为它由成串排列的特殊跨膜蛋白组成,相邻细胞的嵴线相互交联封闭了细胞之问的空隙。
目前已从嵴线中分离出两类蛋白: (1封闭蛋白 (occludin,为一个相对分子量为 60×103的 4次跨膜蛋白。
(2另一类也称 claudin , 也是跨膜 4次的蛋白家族 (现已发现有 15种以上。
(二锚定连接锚定连接在机体内分布很广, 在上皮组织、心肌和子宫颈等组织中量尤为丰富。
功能:通过锚定连接将相邻细胞的骨架系统或将细胞与基质相连形成一个坚挺、有序的细胞群体。
细胞分化与胚胎发育
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称为细胞分化，细胞分化是多细胞生物发育的基础与核心，细胞分化关键在于特异性蛋白质合成，合成特异性蛋白质实质在于组织特异性基因在时间和空间上的差异性表达，差异性表达的机制是由于基因表达的组合调控。
细胞分化是基因选择性表达的结果，不同类型的细胞在发育过程中表达一套特异的基因，其产物不仅决定细胞的形态结构，而且执行各自的生理功能。
细胞分化中有一些基因是所有细胞都会表达的，称为管家基因，其产物是对维持细胞基本生命活动所必需的基因，不同的细胞类型进行特异性表达的基因，其产物赋予各种类型细胞特异的形态结构特征与特异的功能的称为组织特异性基因，或称奢侈基因，调节基因则指其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。
每种类型的细胞分化是由多种调控蛋白共同调节完成的，这种调控机制称为组合调控借助于组合调控，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。
基因的选择性表达还与分化启动机制有关：靠一种关键性调节蛋白通过对其他调节蛋白的级联启动。
细胞分化不仅仅存在于多细胞生物，单细胞生物也存在细胞分化现象，不同之处在于单细胞生物是为了适应不同的生活环境，而多细胞生物则通过细胞分化构建执行不同功能的组织与器官，多细胞有机体在其分化程序与调节机制方面显得更为复杂。
细胞分化过程中有一种现象，一种类型分化的细胞转变成另一种类型的分化细胞，称为转分化，转分化经历去分化（dedifferentiation）和再分化的过程：植物细胞形成愈伤组织；动物细胞要经历重编程。
生物界普遍存在再生现象（regeneration），再生是指生物体缺失部分后重建过程，广义的再生可包括分子水平、细胞水平、组织与器官水平及整体水平的再生，不同的细胞有机体，其再生能力有明显的差异，而再生过程往往需要干细胞的参与并涉及细胞凋亡。
八年级生物第15章知识点
八年级生物第15章知识点第15章生殖与发育生殖是维持生命传承的基本体系，也是生物进化的基础。
本章主要介绍生物的生殖和发育的基本概念和过程。
一、有性生殖和无性生殖生殖方式分为有性生殖和无性生殖两种。
有性生殖是指通过授精或体细胞融合产生的新个体，具有与父母杂交、染色体重组等特征，能够产生基因的变异，增加基因多样性。
无性生殖是指单个体分裂或产生孢子的方式产生新个体，与原个体基本相同，没有基因重组，基因稳定性高。
二、雌雄生殖器官与配子的形成1.雌性生殖器官：卵巢、输卵管、子宫和阴道。
2.雄性生殖器官：睾丸、输精管、前列腺、尿道和阴茎。
当配子成熟后，雌性生殖系统中排出卵子，雄性生殖系统中排出精子。
三、人体的生殖和发育人体生殖可以分为两个阶段：1.初次生殖周期：女孩在12岁左右开始初次生殖周期，周期约为28天左右，排出一个卵子。
2.成熟生殖周期：女孩大约在18岁到45岁之间，生殖周期逐渐规律化，女孩每个月会排出一个卵子。
一旦卵子与精子结合，就会开始怀孕并进行妊娠。
在怀孕期间，胎儿会经历器官发育、孕期营养、出生等过程。
四、植物的生殖和发育植物的生殖和发育过程主要是通过花和果实实现的。
花的主要组成部分包括花瓣、花萼、雄蕊和雌蕊。
植物的有性生殖主要包括授粉、受精和胚胎发育。
受精后，胚珠会发育成果实，其中包含种子和种皮。
同时，植物还可以进行无性生殖，包括萌芽、分株和扦插等方式。
五、动物的生殖和发育动物的生殖和发育过程也有很大的差异。
有些动物采用内受精，如鸟类、哺乳类等；有些动物采用外受精，如鱼类和两栖动物等。
在形态结构上，动物的胚胎会经历融合、分裂、分化和器官发育等多个阶段。
总之，生殖和发育是生命体系中不可或缺的基本环节，对于维持个体和种群的稳定和进化具有非常重要的意义。
细胞分化与胚胎发育
细胞分化与胚胎发育胚胎发育是生命的起点，而细胞分化则是胚胎发育过程中的关键环节。
细胞分化是指胚胎中的原始细胞根据其在胚胎中的位置和功能需求，逐渐发展成为不同类型的细胞。
这个过程是高度精确和有序的，涉及到一系列复杂的信号传导和基因调控网络。
本文将探讨细胞分化与胚胎发育之间的关系，并介绍一些相关的研究进展。
1. 细胞分化的基本原理细胞分化是多种细胞类型从同一原始细胞中产生的过程。
这个过程中，一部分细胞会选择特定的细胞命运，而另一部分细胞则会选择其他细胞命运。
这种细胞命运选择是通过基因表达的差异来实现的。
在胚胎发育的早期阶段，胚胎中的细胞具有相似的基因表达模式，称为全能细胞。
随着发育的进行，这些全能细胞会逐渐分化成为不同的细胞类型，如神经细胞、肌肉细胞等。
2. 信号传导和基因调控网络细胞分化的过程涉及到一系列复杂的信号传导和基因调控网络。
这些网络通过调控特定的基因表达模式来控制细胞的分化。
一个经典的例子是胚胎发育中的Wnt 信号通路。
Wnt信号通路在胚胎发育的不同阶段发挥着不同的作用。
在早期阶段，Wnt信号通路可以抑制细胞分化，保持细胞的全能性。
而在后期阶段，Wnt信号通路则促进细胞分化，使细胞选择特定的细胞命运。
3. 胚胎发育中的细胞分化胚胎发育中的细胞分化过程是高度有序和精确的。
在胚胎的早期阶段，胚胎中的细胞会通过细胞分裂不断增加数量。
随着发育的进行，细胞会逐渐分化为不同的细胞类型，并形成不同的组织和器官。
这个过程中，细胞会根据其在胚胎中的位置和周围环境的信号来选择适合的细胞命运。
例如，在胚胎的前后轴上，细胞会分化成为不同的层次，形成胚胎的前、中、后三层。
每一层都会进一步分化为特定的细胞类型。
4. 细胞分化与疾病细胞分化的异常与许多疾病的发生和发展密切相关。
例如，癌症就是由于细胞分化失控而引起的。
在正常情况下，细胞会按照一定的规律分化和增殖，维持组织和器官的正常功能。
而在癌症中，细胞的分化和增殖失去了控制，导致肿瘤的形成。
第十五章体细胞胚胎发生和人工种子
5）源于原生质体的胚状体，如玉米、黄瓜。
体细胞胚胎发生的同步控制
在培养中体细胞胚胎的发生一般是不同步的。控制胚状体的同步发育是人工种子的重要条件。
现在常用以下几种方法对体细胞胚的发生进行同步控制。
1）同步脱分化促进细胞的同步分裂 细胞培养初期加入DNA合成抑制剂（如五氨基脲嘧啶），使细胞DNA合成暂时停止。一旦除去DNA抑制剂，细胞开始进入同步分裂。
凝胶囊中直接加入大量元素、碳水化合物及防病用抗生素。
2）微型包裹法
首先将碳水化合物和大量元素包裹在微型胶囊内，然后再把微型胶囊和种胚一起包裹在褐藻酸钙（人工种子）中。目的是使人工胚乳的营养成分在人工种子内缓慢地释放，提高种子的存活时间。
2、人工种子的研究现状
人工种子具备了组培试管苗的全部优点，具有巨大的应用潜力：
1、愈伤组织的诱导
愈伤组织的形成大致要经过起动期、分裂期和形成期三个阶段。
1）起动期 当外植体已分化的活细胞在外源植物生长物质的作用下，通过脱分化起动而进入分裂时期，进而形成愈伤组织。此期的细胞大小无明显变化，胞内RNA含量迅速明显增加，细胞核变大。
2）分裂期 是指细胞通过一分为二的方式不断增生子细胞的过程。外植体的细胞一旦经过诱导，其外层细胞开始细胞分裂，使细胞脱分化。此期细胞分裂快、结构疏松、缺少组织结构。
图15.3 人工种子的结构
1 、人工种子的制备
A、体细胞胚的制备
体细胞胚的发生方式
体细胞胚胎（胚状体）可由表皮细胞、愈伤组织、悬浮细胞、花粉、原生质体等发生：
1） 来源于外植体的表皮细胞，如石龙芮、刺五加、芹菜等；
2） 来源于愈伤组织细胞，如玉米、西洋参桃等；
细胞分化与胚胎发育《细胞生物学》知识点总结
细胞分化与胚胎发育《细胞生物学》知识点总结●第一节细胞分化●一.细胞分化的基本概念●（一）定义及实质●1.细胞分化(cell differentiation)：在个体发育中，由一种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，产生不同细胞类群的过程。
●2.细胞分化的实质：组织特异性基因在时间与空间上的差异表达(differentialexpress)。
●这种差异表达不仅涉及到基因转录水平和转录后加工水平上的精确调控，而且还涉及染色体和DNA水平（如DNA与组蛋白修饰），蛋白质翻译和翻译后加工与修饰水平上的复杂而严格的调控过程。
细胞分化的关键在于特异性蛋白质的合成，其实质在于基因选择性表达。
●（二）细胞分化是基因选择性表达的结果●1.实验证据（分子杂交）●●2.实验结果●不同类型的细胞各自表达一套特异的基因，其产物不仅决定细胞的形态结构，而且执行特定的生理功能。
●3.实验方法●（1）基因表达谱——RNA测序(RNA sequence,RNAseq); ATACseq。
●（2）蛋白表达谱——Mass spectrometry●（三）管家基因与组织特异性基因●1.管家基因(house-keeping genes)●是指几乎所有细胞中均表达的一类基因，其产物是维持细胞基本生命活动所必需的；如微管蛋白基因、糖酵解酶系基因与核糖体蛋白基因等。
持续失活的基因甲基化程度一般较高，持续表达的管家基因甲基化程度一般较低。
●2.组织特异性基因(tissue-specific genes)，或称奢侈基因(luxury genes)●是指不同细胞类型中进行特异性表达的基因，其产物赋予各种类型细胞特异的形态结构特征与特定的功能；如卵清蛋白基因、上皮细胞的角质蛋白基因和胰岛素基因等。
●（四）组合调控引发组织特异性基因的表达●1.组合调控 (combinational control)●有限的少量调控蛋白启动为数众多的特异细胞类型基因表达。
第15章+细胞分化
5. 环境对性别决定的影响
外界环境对性别决定具有重要影响。
如蜥蜴类的A. agama，在较低温度 (24℃)
下全部发育为雌性，而温度提高 (32℃) 则全部发育为雄性。龟类的 T. graetta 情 况与此刚好相反，即在较低温度条件下 全部发育为雄性，而温度提高则全部发 育为雌性。
29
6. 染色质变化与基因重排对细胞分化的影响
8
4. 单细胞有机体的细胞分化
• 单细胞生物甚至原核 生物为适应外界生活 环境的改变也存在细 胞分化 粘菌繁殖过程示意图
5. 转分化与再生
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 (transdifferentiation)。
转 分 化 经 历 去 分 化 (dedifferentiation) 和再分化的过程。去分化实际上是细胞 全能性的恢复，去分化和再分化中涉及 DNA和组蛋白修改的改变。
2
一、细胞分化的基本概念 二、细胞的全能性与多能干细胞 三、影响细胞分化的因素
3
一、细胞分化的基本概念
1. 细胞分化是基因选择性表达的结果
分子杂交技术表明不同分化细胞中基因转录不同
细胞总DNA
细胞总RNA
输卵管细胞 成红细胞 胰岛细胞 输卵管细胞 成红细胞 胰岛细胞
卵清蛋 白基因
＋
＋
＋
＋
－
－
-珠蛋 白基因
卵母细胞的细胞质中除储存有营养物质和多种蛋 白质外，还含有多种mRNA，其中多数mRNA与蛋白 质结合处于非活性状态，成为隐蔽mRNA，不能被核 糖体识别；同时它们在细胞质中呈不均匀分布。受精 后卵细胞质重新定位，早期卵裂过程中细胞质的分布 并不十分均匀，有的物质在细胞质中有一定的区域分 布。这种不均匀性，对胚胎的早期发育产生很大影响， 在一定程度上决定了细胞的早期分化，这些特殊物质 称为决定子 (determinant)。
胚胎发育与细胞分化
胚胎发育与细胞分化1. 引言胚胎发育是一个复杂而神奇的过程，它包括一系列的细胞分裂和分化事件，最终形成多细胞体的成型胚胎。
细胞分化则是指胚胎中的细胞根据其位置和功能需求，不断发育为不同的细胞类型。
本文将探讨胚胎发育与细胞分化的关系以及其在生物学和医学领域的重要意义。
2. 胚胎发育的阶段胚胎发育从受精开始，经过一系列阶段，形成完全成熟的胚胎。
一般将胚胎发育分为受精、受精卵、囊胚、胚胎和胎儿等阶段。
在每个阶段，胚胎的细胞数量和类型都会发生变化，为细胞分化打下基础。
3. 胚胎发育与细胞分化的关系胚胎发育与细胞分化密切相关，胚胎中的细胞在发育过程中会根据细胞外信号和内在调控，逐渐形成不同的细胞类型。
这种细胞分化过程涉及到基因表达调控、信号通路传导和细胞命运决定等多种机制。
3.1 基因表达调控胚胎发育过程中，细胞会通过不同的基因表达模式，产生不同的细胞特征。
在胚胎的早期阶段，细胞处于未分化状态，基因表达相对均匀。
随着胚胎发育的进行，特定基因的表达被激活，细胞开始分化为不同的细胞类型。
3.2 信号通路传导细胞分化还受到一系列细胞外信号的调控，这些信号可以通过细胞内信号通路传导，影响细胞的分化命运。
典型的信号通路包括Wnt、Hedgehog和Notch等，它们在胚胎发育中起着重要的调控作用。
3.3 细胞命运决定胚胎发育过程中，细胞命运的决定是细胞分化的关键。
细胞的命运决定可以通过对特定基因的表达和活性调控来实现。
这些基因调控细胞特定的发育路径，使细胞分化成不同的细胞类型。
4. 胚胎发育与细胞分化的意义胚胎发育与细胞分化的研究对于理解生物学和医学领域的许多重要问题具有重要意义。
4.1 理解发育缺陷与遗传疾病通过研究胚胎发育和细胞分化的过程，可以揭示发育缺陷和遗传疾病的机制。
对胚胎发育过程中的异常细胞分化进行研究，有助于发现导致人类疾病的基因变异和突变。
4.2 促进再生医学发展胚胎发育与细胞分化的相关研究为再生医学的发展提供了基础。
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• 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。
• 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)
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)
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，iPS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 。
《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；
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Leabharlann 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
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。
（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。
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。
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）
Thank you!
Copyright © 高等教育出版社 2011
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
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
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
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