细胞生物学课程第17章

五、肠干细胞
• 肠干细胞位于隐窝底层。 当已分化的上层隐窝细胞 死亡后，位于下层的肠干 细胞可一步分化补充。 • 肠干细胞可分化为吸收细 胞、杯细胞、嗜酸细胞和 肠内分泌细胞。 • 隐窝干细胞表达Tcf14、 中间纤维和上皮角蛋白K8、 K18和K19.
六、肝干细胞
• 肝索细胞是个体发育过程中的肝干细胞， 在不同的微环境中可向肝管方向分化为胆 管细胞和向中央静脉方向分化为肝细胞
• 胚胎干细胞是个体发育的起始细胞，ห้องสมุดไป่ตู้的 基本生物学特性就是能够分化而成为三个 胚层组织的前提细胞。目前对其生物学特 性的认识主要来源于体外培养的胚胎干细 胞的间接分析
（一）ES细胞的形态与生化特征
形态特征：ES细胞具有与早期胚胎细胞相似的形态结构， 细胞小，细胞核大，有一个或几个核仁，胞核中多为常染 色质，胞质胞浆少，结构简单。体外培养时，细胞排列紧 密，呈集落状（克隆样）生长。细胞克隆和周围存在明显 界限，形成的克隆细胞彼此界限不清，细胞表面有折光较 强的脂状小滴。细胞克隆形态多样，多数呈岛状或巢状。 小鼠ES细胞的直径7μ m～18μ m，猪、牛、羊ES细胞的颜 色较深，直径12μ m～18μ m。 生化特征：表达胚胎阶段特异性抗原、碱性磷酸酶和端粒 酶。用碱性磷酸酶染色，ES细胞呈棕红色，而周围的成纤 维细胞呈淡黄色。 ES细胞发育全能性的标志是ES细胞表面表达阶段特异 性胚胎抗原（Stage specific embryonicant，SSEA）， 而且可以检查到OTC4基因的表达，这两种蛋白是发育全能 性的标志。ES细胞中AKP及端粒酶活性较高，可用于ES细 胞分化与否的鉴定。
二、间充质干细胞
1.间充质干细胞的体外分化
间充质干细胞在体外不同培养条件下可分化为不 同的组织细胞，如软骨细胞、脂肪细胞或成骨细 胞。
三、神经干细胞
1.神经干细胞的分化
单个CD133+细胞克隆增 殖，如图： a.神经干细胞克隆增殖; b.克隆细胞的分化能力： 神经元（微管蛋白III, 绿色）和星形胶质细胞 （GFAP,红色）;
2.两种类型的不对称分裂
四、干细胞的分化特征
（一）干细胞分化的多潜能性
干细胞具有分化产生特定功能的细 胞的能力——干细胞的另一个本质 特征。 处于不同发育阶段的干细胞，分化 潜能不同。（如胚胎干细胞和神经 干细胞的分化潜能）
（二）干细胞分化的可塑性
干细胞在适当条件下，可发生转分 化和去分化。 转分化：一种组织类型中的干细胞，在 特定条件下转化为另一种组织类型 细胞的现象。 去分化：干细胞向其前体细胞逆向分化 的现象。
分离出小鼠的肌肉干细胞，体外 培养5天后，与少量的骨髓间质 细胞一起移植入接受致死量辐射 的小鼠中，结果发现肌肉干细胞 会分化为各种血细胞系。这种现 象被称为干细胞的横向分化或转 分化
五、干细胞生理活动的微环境
干细胞的增殖与分化存在一个严密的调 控机制，而这个调控机制可能就与它所在 组织中的微环境有关，这种微环境称为 “干细胞巢”。
1.分泌因子是干细胞增殖分化的调控因子
• 间质细胞能够分泌许多因子，维持干细胞的增殖， 分化和存活.有两类因子在不同组织甚至不同种属 中都发挥重要作用，它们是TGFβ 家族和Wnt信号 通路。
2.细胞间直接相互作用也是干细胞增殖分化 的一种调控因素
• 有些信号是通过细胞-细胞的直接接触起作用的。
（一）干细胞巢的基本特征
• 干细胞巢的基本特征：在结构上是一个由干细胞及 其外围细胞、以及参与其增殖分化调控的相关因子 所组成的，并具有动态平衡特性的局部环境。
（二）干细胞巢中参与调控的相关因素
1.分泌因子是干细胞增殖分化的调控因子 2.细胞间直接相互作用也是干细胞增殖分化的一种调控因素 3.整联蛋白和胞外基质参与干细胞巢的结构体系的形成
三、胚胎干细胞的体外分化
• 胚胎干细胞在体外培养的条件下可被诱导 分化为各种类型的成熟体细胞。 • 实际研究中，目前的一般思路是先诱导胚 胎干细胞形成类胚体，然后再从类胚体中 分离所需要的目标细胞，进而扩大培养和 利用。
第三节 成体干细胞
• 成年动物的许多组织和器官，比如表皮和造血系 统，具有修复和再生的能力。成体干细胞在其中 起着关键的作用。 • 普遍认为，成体干细胞是在成体组织内具有自我 更新能力及能分化产生一种或一种以上子代组织 细胞的未成熟细胞。在特定条件下，成体干细胞 或者产生新的干细胞，或者按一定的程序分化， 形成新的功能细胞，从而使组织和器官保持生长 和衰退的动态平衡。
1.培养的ES细胞图像
2.特异性标志的表达图
（二）分化潜能
• ES细胞是具有多向分化能力的干细胞，在 个体发育中，ES细胞具有发育成内、中、 外三个胚层细胞的能力，即可发育个体组 织中任何类型细胞的能力 。
1.体外实验——类胚体实验
• 若将ES细胞培养在无饲养层细胞，不添加LIF（白血病抑 制因子，分化抑制剂）或悬滴培养时，ES细胞会自发聚集 形成类胚体，可在其中检测到三个胚层各种分化细胞的存 在。说明ES细胞具有多能性干细胞的特性。
1.全能干细胞
• 指那些具有发育全能性的早期胚胎细胞， 如处于8细胞期之前的每个胚胎细胞（包括 受精卵），这种状态的任何一个细胞植入 子宫后，都可以发育为一个完整的个体。
2.多能干细胞
• 指那些具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的早期胚胎干细胞， 也习惯称为胚胎干细胞。如当受精卵分裂发育 成囊胚时，内层细胞团的细胞即为胚胎干细胞。 可以形成各种细胞，但是不能分化出胎盘组织 及一些发育必需的胎外组织。内细胞群的细胞 被认为具有全能性。
• β -Catenin就是一种介导细胞粘附连接的结构成 分。穿膜蛋白Notch及其配体Delta或Jagged也对 干细胞分化有重要影响.
3.整联蛋白和胞外基质参与干细胞巢的结构 体系的形成
–整合素家族是介导干细胞与细胞外基质粘附的 最主要的分子。整合素与其配体的相互作用为 干细胞的非分化增殖提供了适当的微环境。 –β 1整合素
5.几类干细胞分化潜能图示
二、干细胞的形态和生化特征
（一）干细胞的形态特征： 所有干细胞在形态学上都具有原始细胞的一些基本特征 呈圆形或椭圆形 体积较小 核质比较大 细胞质中各中细胞器不发达 （二）干细胞的生化特性 干细胞都就有较高的端粒酶活性 不同干细胞可能具有各异的生化指标，如nestin为神经干 细胞的标志分子 干细胞的生化特征常被用作鉴定干细胞在组织中存在和评 价其分化程度的标志
1.肝干细胞的位置
• 在成体肝脏中，肝干细胞可能存在于 Hering管位置：即终末胆管向细胞间胆管 过度的区域，或者组成Hering管的肝管细 胞就是肝干细胞。
2.肝干细胞不同环境下分化细胞的形态
分化诱导后的小鼠肝干细胞（LCPCs）具有 成熟肝细胞的形态学特征(图A); 培养在Matrigel基质胶中的LEPCs具有胆管 细胞的形态特征（图B)。
成体干细胞示意图
一、造血干细胞
• 造血干细胞是体内各种血细胞的唯一来源，它主 要存在于骨髓、外周血、脐带血中。 • 在20世纪五十年代，临床上就开始应用骨髓移植 （BMT）方法来治疗血液系统疾病。 • 人类造血干细胞首先出现于胚龄第2～3周的卵黄 囊，在胚胎早期（第2～3月）迁至肝、脾，第5个 月又从肝、脾迁至骨髓。在胚胎末期一直到出生 后，骨髓成为造血干细胞的主要来源。
• 精原细胞经过数次有丝分裂后（A 型→ B型精原细胞），一部分 （ B型）分化成长为初级精母细 胞，另一部分仍作为干细胞。初 级精母细胞第一次减数分裂，形 成两个次级精母细胞，进行第二 次减数分裂，形成精子细胞。 • 上述细胞分裂的同时，精子细胞 已逐渐移动接近曲细精管管腔。 这时精子细胞仍在继续发育，只 是不再进行分裂，但在形态上发 生了复杂的变化而成为有头、有 尾的精子，并进入管腔内
2.体内实验
畸胎瘤实验：将ES细胞 给同源动物或重症免疫 缺陷小鼠皮下注射，可 形成复杂的混合组织瘤 （畸胎瘤），瘤组织中 可观察到多种组织细胞 的存在。提示ES细胞具 有形成内中外三个胚层 的潜能。
3.金标准——嵌合体实验
• 若将小鼠等哺乳动物的ES细胞注射到胚胎的囊胚 腔，ES细胞则与正常胚胎嵌合形成嵌合体，并可 参与形成包括生殖系在内的各种组织器官，且能 产生嵌合的功能性配子。
第十七章 干细胞
学习目的与要求
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.掌握成体干细胞和肿瘤干细胞的概念 4.了解干细胞的应用
第一节 干细胞概述
一、干细胞的存在与类型 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
三、干细胞的增殖特征
• 干细胞的增殖具有速率缓慢和自稳 定性两个特征
（一）干细胞的增殖速度缓慢
干细胞增殖时，首先要经过一个短暂的增殖期，产生 过渡细胞。 缓慢增殖的生理意义： 有利于干细胞对特定外界信号作出反应，以决定其 细胞是进入增殖状态还是进入特定的分化程序。 可以减少发生基因突变的危险，使干细胞有更多的 时间发现和校正复制错误。
2.神经干细胞表达的一种中间纤维nestin作 为神经干细胞的特征性生物学标记
四、皮肤干细胞
• 表皮干细胞：可以不断分裂的基底细胞，此层细胞能周期 性的进入分化程序，外推至皮肤表面以取代脱落的角质细 胞。 • 除了在表皮的基底细胞中存在干细胞外，毛囊部位也有干 细胞的存在。 • 角化细胞的一个最具特征性的生化指标是K5和K14分子。
第四节 特殊类型的干细胞
• 精原干细胞 • 癌干细胞
一、精原干细胞
• 是指位于雄性动物睾丸曲细精管基膜上，既能自 我更新又能定向分化产生精母细胞直至精子的一 类原始精原细胞 。 • 精原干细胞是精子发生的细胞基础，对维持睾丸 曲细精管结构和功能的稳定与平衡具有重要作用。
1.精原干细胞是精子发生的细胞基础
（二）干细胞增殖系统具有很强的自稳定性
• 自稳定性：指干细胞可以在生物个体生命期间中 自我更新，并维持自身数量恒定，这是干细胞的 基本特征之一。自稳定性的维持，是通过干细胞 的不同分裂方式实现的。
1.对称分裂与不对称分裂图示
不对称分裂产生 一个分化细胞和 一个干细胞； 对称分裂产生两 个分化细胞或两 个干细胞；
存在部位：人体或动物个体发育各个阶段的组织器官，是各种分化细胞或特 化细胞的初始来源。 功能：个体的生长发育，组织器官的结构和功能的动态平衡，以及其损伤后 的再生修复等生命现象发生的细胞学基础
（一）干细胞分化成多种功能细胞
（二）干细胞的类型
按照不同的分化潜能，干细胞可 分为： 全能干细胞 多能干细胞（胚胎干细胞） 单能干细胞 成体干细胞
一、干细胞的存在与类型
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 下可以分化成多种功能细胞。
• 高度的增殖潜能（自我更新能力或自我维持能力），产生与亲本完全相同 的子代细胞，以保持干细胞数量的恒定；
• 高度的分化潜能（可分化为多种组织），在一定条件下可以进入分化程序 ，通过不对称分裂产生分化的子代细胞，最终形成功能特异的组织类型；
3.专能干细胞
• 又称组织特异性干细胞或专能性干细胞， 指那些存在于胚胎个组织器官原基中的干 细胞，具有自我更新能力，通常只分化为 可参与相应组织器官组成的细胞。如肝脏 原基中的肝干细胞，只具有分化为干细胞 和肝管细胞的潜能。
4.成体干细胞
• 又称专能性成体干细胞，是指存在于人或 动物的出生后已分化个体组织的未分化细 胞。它们只能分化为其所在组织中的各种 （或几种）成熟细胞，通过有序的增殖与 分化，实现所在组织中细胞的更新，并维 持组织器官结构和功能的动态平衡。如： 神经干细胞、骨髓间质干细胞、造血干细 胞、胰腺干细胞等。
第二节 胚胎干细胞
一、胚胎干细胞存在的位置
• 胚胎干细胞（ES）是指当受精卵分裂发育成囊胚 时内细胞团（Inner Cell Mass）的细胞，它具有 体外培养无限增殖、自我更新和多向分化的特性。 无论在体外还是体内环境，ES细胞都能被诱导分 化为机体几乎所有的细胞类型。
二、胚胎干细胞的生物学特性