细胞分化及干细胞的研究进展

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细胞分化及干细胞的研究进展

细胞分化及干细胞的研究进展摘要：

分化为多种类型的细胞, 但干细胞的增殖、分化行为高度依赖于其所处的生长小生态环境。

以及对脂肪干细胞是一类具有自我更新和多向分化潜能的特殊细胞。

在特定的条件下, 干细胞可以增殖并细胞的分化过程, 脂肪细胞分化的调节及其机理进行了综述, 以期对脂肪细胞分化及其调控进行全面总结[1]。

体细胞胚胎发生是体细胞在人工无菌培养条件下分化产生体细胞胚胎的过程, 体细胞胚胎发生途径是细胞全能性表达的一种方式, 重演了合子胚形态发生的过程。

关键词：

肿瘤干细胞;干细胞; 脂肪细胞; 分化; 调控细胞的分化是一个非常复杂的过程，也是当今生物学研究的热点之一[2]。

近来研究提出的肿瘤学新概念肿瘤干细胞成为当前肿瘤研究的热点。

肿瘤干细胞具有自我更新能力和[3]。

由一个受精卵发育而成的生物体的的各种细分化潜能, 是肿瘤生长、增殖和转移的根源胞在形态，结构和功能上会有明显的差异和细胞的分化有关。

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细胞的分化是指分裂后的细胞，在形态，结构和功能上向着不同方向变化的过程。

那些形态的相似，结构相同，具有一定功能的细胞群叫做组织。

正常情况下，细胞分化是稳定、不可逆的[2]。

胚胎细胞在显示特有的形态结构、生理功能和生化特征之前，需要经历一个称作决定的阶段。

在这一阶段中，细胞虽然还没有显示出特定的形态特征，但是内部已经发生了向这一方向分化的特[1]。

例如，在两栖类，把神经胚早期的体节从正常部位移植到同一胚胎的腹部还可定变化改变分化的方向，不形成肌肉而形成肾管及红细胞等。

但是到神经胚晚期移植体节，就不[3]。

目前已经证明脂肪细胞分化与糖及脂肪代谢、与机体能量平衡、能改变体节分化的方向与肥胖症、糖尿病、与脂肪肝和高脂血症及乳腺癌等有非常密切的关系。

在动物科学领域,研究动物脂肪细胞的分化与增殖机理, 可达到对脂肪沉积的调控[5]。

1 干细胞及细胞分化理论 1. 1 肿瘤干细胞学说及其发展1855 年科学家通过对肿瘤及胚胎的相似的组织学特点提出了肿瘤源自胚胎细胞的假说, 随后他人认为肿瘤源自残留的胚胎组织。

并提出肿瘤代表着干细胞的成熟停滞, 这些研究都局限于肿瘤细胞的体外扩增能力。

---------------------------------------------------------------最新资料推荐------------------------------------------------------ 最近几年的研究对肿瘤的发生有了突破性的认识, 成体组织干细胞诱导肿瘤发生得到进一步验证。

1997 年发现在急性髓性白血病患者体内, 仅有表面标记物为CD+34CD-38 的一部分肿瘤细胞移植到免疫缺陷的 NOD/SCID 小鼠体内后能够形成转移性白血病, 其它肿瘤细胞则不能。

说明这些细胞具有自我更新能生物技术通报 Biotechnology Bulletin2010 年第 5 期力, 可以分化成为肿瘤内其他谱系细胞。

这是首次获得肿瘤中存在肿瘤干细胞的直接证据。

2003 年, 发现脑肿瘤干细胞。

同年, 在实体瘤乳腺癌中分离出表达 CD+44、CD-/low24(占 2% )的乳腺癌干细胞。

随后, 在消化道肿瘤、黑色素瘤以及前列腺癌、肺癌、胰腺癌等实体瘤中证实了肿瘤干细胞的存在。

这些研究结果为肿瘤干细胞理论提供了有力的证据。

1. 2 细胞的分化细胞来源于胚胎干细胞, 细胞的分化起始于多能干细胞, 终止于成熟细胞, 干细胞是一类具有自我复制能力的多潜能细胞，在一定条件下，它可以分化成多种功能细胞。

根据干细胞所处的发育阶段分为胚胎干细胞和成体干细胞。

根据干细胞的发育潜能分为三类：

全能干细胞、多能干细胞和单能干细胞。

干细胞是一种未充分分化，尚不成熟的细胞，具有再生各种组

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织器官和人体的潜在功能，医学界称为万用细胞。

1. 3 肿瘤干细胞的生物学特征干细胞被定义为永存的细胞, 能自我更新和在特异组织中分化产生成熟细胞, 所以, 自我更新的机理是干细胞生物学的最重要的问题之一。

了解正常干细胞自我更新的调节机理也是理解癌细胞增殖的基础。

因为可把癌症视作未调节的自我更新引起的疾病。

CSCs 的生物学特征通常表现为无限的自我更新能力, 高致瘤性, 广阔的分化潜能, 及强耐药性。

CSCs与正常干细胞有很多相似点, 推测 CSCs 可能的来源: 一是由正常干细胞直接转化而来, 正常干细胞有被激活的自我更新机制, 干细胞存活时间较长, 可以积累较多突变, 所以有更多机会突变成为肿瘤干细胞。

二是由非干细胞转化而来, 某些已经分化的细胞, 在癌变之前重新获得自我更新能力, 突变成 CSCs。

但是这方面的理论支持需要进一步的实验研究证实。

CSCs还具有与正常干细胞类似的分子标志, 两者均表现出细胞表型相对幼稚化的特性, 并具有Notch、 Wnt、 Hh 等细胞信号传导通路, 这些通路与 CSCs 保持自我更新的能力密切相关[8]。

2 细胞内各物质对细胞分化及干细胞的影响 2. 1 基因间对细胞分化的影响细胞中的基因并不都与细胞分化有关，按照基因和细胞分化的关系，把基因分为两类。

---------------------------------------------------------------最新资料推荐------------------------------------------------------ 一类是奢侈基因，与各种分化细胞的特殊性状有直接关系；另一类是管家基因，是维护细胞最低限度功能所不可缺少的基因。

细胞分化主要是奢侈基因中某种或某些特定基因选择性表达的结果，导致产生一种类型的分化细胞。

动物胚胎发育过程中的细胞分化，是由于基因各自表达的结果。

每个受精卵都是全能的，即包含有整套的遗传信息。

基因表达是通过转录和转录后过程完成的。

细胞间相互作用依靠细胞间信息传递系统来实现，由于受细胞信号通路的复杂性和研究手段的限制，故具体机制尚不明确。

从一个受精卵发育为成体动物，受一系列基因调控的结果。

这些基因在发育过程中，按照时间、空间顺序启动或关闭，对胚胎细胞的生长与分化进行调节。

胚胎中一些发育事件在时间上受到精确的调控。

有些基因在细胞分化的时间体调控中起决定作用，这类基因叫时间基因。

受精卵经过卵裂形成胚盘，此后胚盘细胞便定向地向不同成体结构方向发展。

果蝇在胚胎发育中，到胚胎晚期发育出体节，发育成幼虫，幼虫的体节发育为成虫体节，在体节分化过程中，体现出基因在空间上的调控。

2. 2 基质对细胞分化的影响细胞外基质作为细胞生存的微环

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境，含有多种复杂的信号分子，在组织发育过程中间接调节细胞的增殖与分化。

细胞与基质间的相互作用。

干细胞与其相邻的非干细胞的直接物理连接对干细胞的定位及维持其特性有着关键的作用。

细胞外基质对脂肪细胞分化的影响在细胞的分化中, 细胞外基质作用关键。

细胞外基质成分与细胞表面受体相结合, 可启动细胞内信号传递的某些连锁反应从而最终影响基因的表达, 控制细胞的表型。

细胞外基质对脂肪细胞外形特征的形成起重大作用。

细胞外基质的成分之一的层粘连蛋白基质能加强猪前脂肪细胞间的粘附和铺展。

层粘连蛋白在脂肪细胞形成中对细胞外基质的增加有特定作用, 因而推断在胚胎脂肪形成的敏感期阻断该蛋白的产生可降低猪的脂肪沉积[6]。

2. 3 激素对细胞分化中的作用生长激素在成脂分化过程是必须的, 特别是在前脂细胞后期, 生长激素能促进 IGF-I 的表达, 而后者又是细胞分化过程中, 融合后期增殖的有效丝裂原和可代替胰岛素的成脂剂;生长激素可能通过蛋白激酶 C 途径来促进成脂。

因此生长激素在成脂分化过程, 特别是体外无血清培养(不含激素) 前体细胞的分化中是必要的。

糖皮质激素多年以来糖皮质激素也被用来诱导前脂肪细胞和原

---------------------------------------------------------------最新资料推荐------------------------------------------------------ 始脂肪细胞的分化。

最常用的是地塞米松(DEX) , 它通过激活糖皮质激素受体(GR) 而发挥作用。

DEX 可诱导产生 C/EBP , 并减少前脂肪细胞因子 1 的表达,从而诱导脂肪细胞的分化。

甾类激素视黄酸(RA) 对脂肪细胞分化的影响在许多年前就被证[7]。

实 3 肿瘤干细胞在肿瘤的治疗中的应用 3. 1 肿瘤细胞的耐药性临床上多次化疗后未被杀灭的肿瘤细胞, 通常称之为耐药细胞。

其耐药机制为细胞中的某些物质可以将进入细胞内的化疗药物选择性地向细胞外转运, 从而使细胞得以存活。

肿瘤干细胞常处于较为静止的状态也造成对放化疗不敏感; 而且, 肿瘤干细胞还具有较[8]。

强的 DNA 修复能力, 不易发生凋亡 3. 2 肿瘤干细胞对肿瘤治疗的影响当前肿瘤治疗方法主要是尽可能杀灭所有肿瘤细胞, 以达到根治目的。

然而, 即使只有很少一部分 CSCs 存活下来, 同样具有无限增殖能力, 能继续促进肿瘤生长。

也是肿瘤复发和转移的根源, 更是肿瘤治疗中的难题。

因此, 以 CSCs 为治疗靶点成为肿瘤治疗的新思路。

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4. 展望细胞分化及调控机制的深入研究有助于加深对自身免疫疾病的认识。

随着基因组计划的完成，人们在生命科学领域面临的最大的问题就是如何确定基因的功能和对其如何调控。

生物体生长发育和分化调控的研究为我们了解生物的正常成长及疾病的发生诊断提供了强有力的工具和全新的思维，也为转基因动物模型的建立、组织工程发展和新型基因治[5]。

随着研究的深入，人们对基因表达调控网络的认识必将疗的设计和应用提供广阔前景越来越全面和准确，对其作用机制的了解也将提高到新的水平，这将为生命科学研究和分子生物医学的发展开启新的时代。

干细胞研究是当前生命科学研究中最令人瞩目的领域之[1]。

肿瘤细胞中存在 CSCs 的证实, 给肿瘤治疗带来了希望的同时也带来的巨大的挑战。

一CSCs 是一些极少的具有不定的增殖潜能的可驱使肿瘤形成和生长的细胞。

可以将其作为肿[6]。

但是, 由于 CSCs 与正常干细胞的高度相似性, 怎样能瘤治疗的靶点, 特异性识别并杀死够在杀死 CSCs 的同时又不杀死或损伤正常干细胞成为治疗肿瘤的难题。

随着对 CSCs 尤其是其特异性信号传导通路深入研究, 更多靶向治疗肿瘤干细胞的药物将推向临床。

---------------------------------------------------------------最新资料推荐------------------------------------------------------ 联合应用传统肿瘤放化疗和肿瘤干细胞靶向治疗药物将可能从根本上治愈肿瘤。

CSCs 将成为人类[9]。

癌症治疗的新靶标展望未来, 我们相信, 细胞分化过程中基因调节和表达机制的揭示, 不仅对人遗传性疾病(如遗传性肥胖症等) 的诊断, 预防和治疗有重大意义。

而且可改良畜禽的生产性状, 通过调控动物脂肪沉积来生产高瘦肉率的动物产品, 前景非常乐观[5]。

5. 参考文献 [1]何英, 郑长青, 林艳, 等. Th17 细胞的生物学效应及研究进展[J]. 现代生物医学进展, 2009, 9(9) : 1769-1772. [2] 郑玉姝, 赵朴, 赵宏坤等. 鸟类、哺乳类及水生动物促炎性白细胞介素的比较[J]. 动物医学进展, 2006, 27(6) : 29-33. [3] 张唯, 蔡荣, 张红峰, 钱程. 肿瘤干细胞[J]. 生命的化学, 2006, (06) [4]戴新贵, 姚咏明, 艾宇航. 辅助性 T 细胞 17 的研究进展[J] . 生理科学进展, 2008, 39(4) : 307-31 [19] [5] 吴莉. Th17 细胞分化机制研究新进展[J]. 中国免疫学志, 2009, 25(4) : 277-381. 3. [6] 丛笑倩, 姚鑫. 小鼠胚胎干细胞(ES-8501) 建系过程的核型及特性分析[J]. 实验生物学报, 1987, 20(2) : 237-241. [7] 蔡桂萱, 韩嵘, 尚克刚, 等. C57BL/6J 小鼠胚胎干细胞系的建立及其特性分析[J]. 细胞生物学杂志, 1996, 18(3) : 121-12

6. [8]瞿素, 胡云章. 肿瘤

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干细胞研究进展[J]. 生命科学, 2003, (05) : 237-241. [9] 李媛, 崔慧斐. 成体干细胞与肿瘤发生的关系[J]. 生命的化学, 2005, (06)