干细胞特性以及培养技术交流

干细胞

1. 干细胞(stem cell)：

干细胞是一类具有自我更新和分化潜能的细胞。

2.干细胞分类

(1)胚胎干细胞：指胚胎早期的干细胞。这类干细胞分化潜能宽，具有分化为机体任何组织细胞的能力。如囊胚期内细胞团的细胞。

(2)成体干细胞：指成体各组织器官中的干细胞，成体干细胞具有自我更新能力，但分化潜能窄，只能分化为相应(或相邻)组织器官组成的细胞。如神经干细胞，表皮干细胞。

第一节干细胞生物学

1. 组织自体稳定性：

特定组织通过使自身细胞死亡和增生的方式保持组织细胞数量动态平衡的特征称组织自稳定性。

2. 干细胞是个体发育和组织再生的基础。

一、干细胞的形态和生化特征

1．干细胞的形态特征

①干细胞形态共性：细胞呈圆形或卵圆形，体积小，核质比大，增殖力强。

②干细胞的固定组织位置：有的干细胞有固定存在部位与方式。如表皮干细胞与其周围的子细胞形成增殖结构单元。但许多组织的干细胞没有这种分布特点。

2．干细胞的生化特性

①端粒酶活性高：如造血干细胞具癌细胞的端粒酶活性，增殖能力强。随着增殖与分化，端粒酶活性下降。

②蛋白标志分子：不同干细胞有各异的蛋白质标志分子，可作为确定干细胞位置、分离提纯干细胞的标志。如：巢素蛋白—神经干细胞；角蛋白15—表皮干细胞。

二、干细胞的增殖特征

（一）增殖缓慢性

1．干细胞增殖速度慢：细胞动力学研究表明，干细胞的增殖速度较慢，组织中快速分裂的细胞是过渡放大细胞。

如小肠干细胞的分裂速度(Tc=11小时)比过渡放大细胞(Tc≥24小时)慢一倍。

2．过渡放大细胞：

过渡放大细胞是介于干细胞和分化细胞之间的过渡细胞，过渡放大细胞经若干次分裂产生分化细胞。

通过这种方式，机体可用较少干细胞获得较多分化细胞。

3．干细胞增殖缓慢的意义：

(1)利于干细胞对外界信号作出反应，以决定细胞的发展方向—增殖或分化。

(2)减少基因突变的危险。增殖缓慢使干细胞有时间发现并纠正处于增殖周期过程中的错误。（二）干细胞的自稳定性

1．自稳定性：

自稳定性是干细胞的基本特征之一。指干细胞可在个体生命过程中自我更新并维持其自身数目恒定。

干细胞的自稳定性是区别肿瘤细胞的本质特征。

干细胞通过其特有的分裂方式维持自稳定性。

2．干细胞的分裂方式

①干细胞有对称与不对称两种分裂方式。

不对称分裂的结果使两个子细胞一个成为功能专一的分化细胞；另一个保持干细胞的特征。

3. 不对称分裂发生原因：

①系列基因调控。

②细胞质物质不均等分配。

4．无脊椎动物通过不对称分裂维持自稳定性。

如：果蝇的Insc基因是感官前体细胞的不对称分裂的调控基因之一，通过三个途径进行调控：

不对称分配质膜上的细胞定向决定因子。

不对称分配细胞内的mRNA。

决定细胞分裂时纺锤体的取向。

5．哺乳动物的种群不对称分裂。

(1)种群不对称分裂：

哺乳动物有几种不同的干细胞群，分裂后产生不同细胞。

(2)哺乳动物种群不对称分裂的意义：

①使机体对干细胞的调控更灵活，以适应机体的生理变化。

②要求机体对干细胞分裂的调控更精确，以保持干细胞数目恒定。

如：正常肠腺有250个细胞组成，如果额外多一个干细胞，则可能多产生64~128个子代细胞。

(3)哺乳动物种群不对称分裂的调控。

哺乳动物通过多层次多角度调控，保持自稳定性。

正调控：促进与细胞增殖、生存有关的基因表达。

负调控：促进与细胞凋亡有关的基因表达。

如转基因小鼠长期造血干细胞高表达Bcl-2后，使长期造血干细胞的数目显著增加。说明细胞凋亡也是干细胞的调控方式。

三、干细胞的分化特征

（一）干细胞的分化潜能

根据其分化潜能大小，干细胞可分为三类。

1．全能性干细胞(胚胎干细胞)：

具有形成完整个体的分化潜能。

如胚胎干细胞(ES)具有很强的分化能力，可无限增殖并分化为全身200多种细胞类型，及机体的各种组织、器官。

(图全能干细胞)

2．多能性干细胞：

多能干细胞具有分化出多种细胞组织的潜能，但失去了发育成完整个体的能力。

如骨髓多能造血干细胞，它可分化出至少十二种血细胞，但不能分化出造血系统以外的其它细胞。(图多能干细胞)

3．专能性干细胞(成体干细胞)：

专能干细胞(也称单能、偏能干细胞)，这类干细胞只能向一种类型或密切相关的两种类型的细胞分化。

如上皮组织基底层的干细胞、肌肉中的成肌细胞(卫星细胞)。(图，表皮干细胞)

(二)干细胞的转分化和去分化

1．干细胞的转分化：

一种组织类型的干细胞在适当条件下分化为另一种组织类型的细胞的过程称干细胞的转分化。

实验：C57BL/6J♂成年小鼠造血干细胞WBB6F/J-KitW/KitW-V♀鼠(亚致死剂量同位素照射) 在♀鼠的神经胶质细胞中检测到Y染色体.

即♂鼠的造血干细胞移植到♀鼠中分化为脑星形胶质细胞。

2．干细胞去分化：

一种干细胞向其前体细胞的逆向转化称干细胞去分化。

实验：

成体鼠造血干细胞鼠卵泡的内细胞团表达胎鼠的珠蛋白基因→参与胚胎造血系统的发育。

3. 干细胞的可塑性

(1)干细胞的横向分化：

在干细胞移植时，供体干细胞在受体中通常分化为与其组织来源一致的细胞。但有时供体干细胞会分化出与其组织来源不一致的其它细胞，这种现象称干细胞横向分化(trans-differentiation)。

干细胞横向分化表明成体干细胞被移植入受体中具有很强的可塑性。为干细胞治疗提供了可能。

(2)实验：

小鼠肌肉干细胞→体外培养5天＋少量骨髓间质细胞接受致死量辐射的小鼠中各种血细胞系。

(3)横向分化的调控机制：

与干细胞的微环境有关。

干细胞进入新的微环境后，对分化信号的反应受到周围正在进行分化细胞的影响，从而对新的微环境中的调节信号做出反应。

四、干细胞增殖与分化的微环境

干细胞巢(stem cell nich)：干细胞在组织中的居所。

干细胞生存的微环境：

指干细胞巢中控制干细胞增殖与分化的外部信号。