干细胞分化调控机制
干细胞分化调控机制
摘要：干细胞的发展引起了当今世界各界的强烈关注。我们将有可能利用干细胞所有的潜力去治疗遗传性或目前无法治疗的疾病,但在干细胞被用于治疗之前,必须认识和掌握调节干细胞保持为干细胞或引导其特殊分化途径的调控机制,本文对干细胞的微环境及分化调控机制作一综述。
关键词：干细胞；分化调控；应用前景
由于干细胞在白血病、老年性痴呆症、糖尿病等多种疾病的治疗以及动物克隆等方面显示出巨大的应用前景,干细胞研究已经成为当今生命科学领域的热点。干细胞能够用于某些疾病的治疗,是因为干细胞具有多种分化潜能,它定向分化产生的后代细胞能够取代病变组织的细胞。因此,阐明干细胞如何在保持自我更新的同时又能产生新的组织及其调控机制是理解多细胞生物体发育的关键,也是利用干细胞治疗人类疾病的基础。
1干细胞的概念
干细胞(Stem Cell)是一种具有自我复制功能和多分化潜能的早期未分化细胞。在特定条件下,它可以分化成不同的功能细胞,形成多种细胞和器官。干细胞是个体发育和组织再生的基础。
2干细胞的分类
干细胞按生存阶段顺序分为胚胎干细胞和成体干细胞。
2.1胚胎干细胞(Embryonic stem cells,ES细胞)
胚胎干细胞具有全能性,可以自我更新并有分化为体内所有组织的能力。受精卵分裂形成一个称为囊胚(blastocyte)后,囊胚内部一端的一个”内细胞群”(innercellmass)是一群具有全能分化能力的细胞,它们在胚胎发育过程中,进一步
分化为内胚层、中胚层和外胚层,并最终分化为不同的组织、器官,成为一个完整的人体。将这种内细胞群分离取出,在体外进行培养,就成为”胚胎干细胞”。因此胚胎干细胞是受精后胚胎内细胞团的衍生物。
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。在体外培养扩增时，经遗传操作、选择和冻存，均不失其全能性，在不同生长条件下具有不同的功能状态。
2.2成体干细胞(Adultstemcells)
成年动物的许多组织和器官,始终保留着一部分未被分化的干细胞,即成体干细胞,如造血干细胞、表皮细胞等。过去认为成体干细胞具有组织特异性,只能分化成特定的细胞或组织,是一些定向细胞。1999年以后,这一观点受到了挑
战,Bjornson等人的研究发现成熟组织中分离的干细胞在特定微环境下具有向其他组织类型细胞分化的潜力,如造血干细胞具有向骨、肌肉、肝细胞、神经细胞转变的潜力,而神经干细胞也可以转变为血细胞。研究提示:不同胚层起源的成体干细胞在一定的条件下可相互转化,它们是在特定微环境中存在的适度分化的细胞,并能在不同环境中显示更多的潜在基因型,具有向其它组织类型的细胞分化的潜力,即不同的干细胞可以发生分化“命运”的转变(横向分化能力)。
3 胚胎干细胞分化调控机制研究
ES细胞分化实质是胚胎发育过程中特异蛋白质的合成。而任何特异蛋白质都是由它相对应的特异基因所决定,细胞分化可归结为基因组中特定基因按一定顺序相继活化和表达。ES细胞能够在机体外保持未分化状态是因为有分化抑制因子的存在,如LIF、DIA等。在缺乏分化抑制因子的条件下,ES细胞分化为各种细胞。
ES细胞定向诱导分化的途径可概括为三种:细胞/生长因子诱导法、转基因诱导法及细胞共培养法。
3.1 细胞/生长因子诱导法
细胞/生长因子诱导ES细胞分化法主要的因子包括维甲酸(RA)、骨形态发生蛋白(BMPs)、成纤维细胞生长因子(FGFs)等。RA是一种强烈的神经分化诱导剂,它主要通过细胞表面受体RA受体起作用。RA受体有两类:RARs和RXRs,但具
体通过那种受体起作用尚不清楚。Wilson等证实,FGF信号可以通过抑制BMPs 表达,从而促进胚胎发育产生神经细胞,Xu等研究证明BMP-4可以诱导人ES细胞分化。越来越多的研究证明多种细胞因子共同作用促进ES细胞定向诱导分化的效率更高,只要在应用这些因子组合时确保它们的诱导分化方向一致。
3.2 转基因诱导法
转基因诱导ES细胞分化法利用某种合适的病毒作为载体将需要的细胞/生长因子的基因导入ES细胞中,在细胞内诱导产生因子,从而诱导该细胞分化,诱导产生的细胞较单纯用该因子诱导产量高,纯度好。也可将某些信号转导因子的基因转入ES细胞中,可以有效的诱导ES细胞特异分化TsudaH等利用腺病毒-5载体(Adv-F/RGD将人骨形成蛋白-2(BMP2)基因导入人骨髓间充质干细胞(hMSC)中,结果发现导入该基因后增加了hMSC在体外的成骨活性,并且在异位模型中,导入BMP2的hMSC在1周后诱导生成的新骨较其它组多。
3.3 细胞共培养法
Kauf-man等[5]证明人ES细胞与鼠骨髓细胞系S17或卵黄囊内皮系C166共培养,可促进人ES细胞向造血前体细胞分化。Mummery等[6]将人的ES细胞与鼠血管内胚层样细胞(END-2)共培养,诱导出心肌细胞。
4干细胞的可塑性
越来越多的证据表明,当成体干细胞被移植入受体中,它们表现出很强的可塑性。从一种组织分离出的干细胞可以分化为各种不相关的细胞类型。例如,目前的动物实验表明,神经干细胞可分化成为造血细胞系。与之相似,源于骨髓的干细胞可分化为某些非造血细胞类型,如包括骨骼肌、大脑的小神经胶质细胞和星形神经胶质细胞和肝细胞。这些结果增加了采用骨髓移植治疗各种疾病如肌营养不良、帕金森病、卒中和肝衰竭的可能性。干细胞可塑性最为显著的证据为来自于动物的克隆实验。1997年英国的研究人员,通过将乳腺细胞核导入到卵母细胞,克隆出Dolly羊。随后采用类似的技术克隆出小鼠、牛和猴。这些实验表明,终止分化的细胞核可重新按程序形成全能细胞。如先从治疗病人身上获取少量分化的细胞,在体外生成特殊类型的治疗干细胞再移植入病人体内,这样就可避免细胞的免疫排斥反应。
5 干细胞分化调控机制的启发
今后,干细胞治疗研究的方向是,从不同的终分化器官中识别、分离出干细胞,并诱导出产生治疗所需的细胞,就有可能以干细胞替代受到损害的心肌细胞和神经元;开发细胞核转导技术,以体细胞核生成的干细胞分化以替代损害的组织已丧失的细胞;开发与基因治疗相结合的方法,如对于由于基因突变导致的功能障碍器官,通过采用适合的干细胞、表达正常的基因及将它们返回到机体中以再生出完整的器官。
总之,成熟干细胞和已分化的细胞的可塑性的意外发现和人胚胎干细胞的分离,已展示出以细胞为基础、临床治疗的潜力。然而,干细胞治疗,像基因治疗一样,还处于婴儿期。如何分离和培养人干细胞;如何在体内和体外激活干细胞的潜能;如何控制干细胞的分化(反分化);如何诱导干细胞的定向分化等问题还需要逐步进行研究。不过,使用自体干细胞治疗获得性疾病和先天性涉及组织变性和细胞功能障碍的疾病有着巨大的前景。
6 细胞混合培养启发
混合细胞培养又称协同培养(coculture)，系指两种或多种细胞在同一个培养容器内，同样的培养条件(如培养液、培养温度等)下进行混合培养。根据实验不同的要求，可采用不同种类的敏感细胞，以细胞合适的比例进行混合培养。
细胞混合培养在组织工程、细胞工程、基因工程等方面，研究不同细胞混合培养都具有很重要的意思，尤其是在制造组织工程材料、检测细胞间相容性、研究细胞间相互刺激作用、建立体外生物模型、基因表达变化和相应的细胞表型表达等方面有很大的作用。
参考文献
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Hedgehog信号对骨髓间充质干细胞成软骨细胞分化的调控
Hedgehog信号对骨髓间充质干细胞成软骨细胞分化的调控 软骨内成骨是骨髓间充质干细胞主要成骨方式，其主要通过软骨的形成与退化、骨组织逐渐替代软骨组织等方式成骨。而Hh信号转导通路的异常激活与多种骨关节软骨慢性退行性疾病相关。骨髓间充质干细胞成软骨分化虽然各信号通路都可以单独起作用，但是其是一个复杂的过程，共同发挥调控作用更为重要，本文主要对Hh信号对骨髓间充质干细胞成软骨细胞分化的调控进行了分析。 Hedgehog（Hh）基因编码的蛋白质前体金疯子内裂解、脂质化等形成含有N末端和C末端的多聚体，包括Sonic hedgehog、Indian hedgehog、Desert hedgehog 三种同源基因，其中N末端具有传递信号的功能。在细胞膜上，Hh信号转导通路的手提为Smoothened和Patched，其中前者是信号通路激活所必需的受体之一，为特殊的7次跨膜蛋白；后者对信号通路起负性调节作用，为12次跨膜蛋白。Hh配体形成后可作用于相应细胞膜受体。如果没有配体存在，前者转录激活因子Gli蛋白，通过结合后者来抑制其活性，并与微管结合蛋白形成复合体并附着在微管上无法进入细胞核，最终Gli被蛋白酶分解，逐渐被蛋白激酶A磷酸化。分解的产物可抑制细胞核中Hh靶基因的转录，是一种转录抑制因子。当存在编码Hh配体，Hh解除其对Smo的抑制，配体会与Ptc受体结合，释放的Smo与Cos2、Fu结合形成复合物，从而抑制Gli的分解，抑制PKA活性，能够激活相应的Hh靶基因，使完整的Gli进入细胞核。 一、Hedgehog信号与骨髓间充质干细胞成软骨组织分化和发育 1.Indian hedgehog（Ihh）调控软骨细胞分化 根据相关研究发现，软骨细胞肥大化是软骨内骨化过程中的关键步骤，Ihh 在BMSC增殖和成软骨分化过程中，具有调控作用，通过甲状旁腺激素相关蛋白途径，能够调节软骨细胞分化，通过与PTHrP形成负反馈轴来影响软骨分化，PTHrP再作用于效应细胞膜受体甲状旁腺激素受体，从而使其保持增殖状态，抑制局部区域内软骨细胞持续肥大。并且，为了使BMSC向成软骨细胞分化，通过PKA途径负向调控Ihh表达，抑制其肥大老化。软骨细胞在PTHrP合成降到一定水平时，会停止增生并肥大化。缺乏Ihh时，会进一步促进软骨细胞肥大老化。根据相关研究发现，Ihh还进一步参与了滑膜关节软骨的形成及维持。但是在含PTHrP-/-个体的软骨组织中，当Hh特异性抑制剂环靶明存在时，可以延迟软骨细胞肥大。由此可见，Ihh其具体调控机制尚未阐明，可能不依赖PTHrP途径来促进软骨细胞肥大。在软骨内成骨不同时期中，Ihh通过不同途径来维持骨稳定生长，调控软骨细胞的分化发育。 2.Sonic hedgehog（Shh）调控软骨细胞分化 在调节软骨细胞分化过程中，Shh能够促进胚胎时期肌体和脊髓中的BMSC 向软骨细胞分化，发挥着与Ihh不同的作用。根据相关研究发现，通过骨形态，前体节中胚层Shh发生蛋白信号转导通路，能够调控软骨细胞分化与增值，使
胚胎干细胞的体外诱导分化模型
胚胎干细胞的体外诱导分化模型马宗源 李祺福(厦门大学生命科学学院福建厦门361005) 胚胎干细胞是具有全能性及无限制的自我更新与分化能力的一类特殊的细胞群体,它能通过祖细胞为中介,分化为各种类型的体细胞,可重演体内干细胞的分化过程。自80年代从小鼠囊胚的内细胞团分离到胚胎干细胞并建系到现在已建立了神经细胞、肌肉细胞、上皮细胞、造血细胞等体外分化体系。将胚胎干细胞体外分化成为可利用的分化模型,无论从组织结构、细胞及分子水平都体现了体内分化过程的体外重演,再加上胚胎干细胞系具有体系简单,影响因子少,可控制,便于研究等特点,因此可用于研究早期胚胎发育和细胞分化调控;可成为器官移植和修复器官的细胞来源;还可用于新型药物筛选。 1 胚胎干细胞的生物学特性 胚胎干细胞具有与早期胚胎相似的结构特征,具有较高的核质比和整倍体核型。体外培养的细胞紧密堆积,呈克隆状生长,具有发育分化的多潜能性和无限制的自我更新能力,碱性磷酸酶染色呈阳性,具有高的端粒酶活性,早期胚胎细胞均表达胚胎阶段特异性抗原SSEA-1、SSEA-3、SSEA-4、T RA-1-81、T R A-1-60等;表达种系转录因子OCT-4,并且可将O CT-4基因作为细胞多能性的一个标志;白介素6型细胞因子家族参与维持调节胚胎干细胞未分化状态。 胚胎干细胞建系的过程中要解决的问题在于体外不断增殖的过程中保持未分化的状态,但是细胞如何维持其未分化状态的机理并不清楚。研究发现主要是通过膜上的特异受体蛋白gp130来发挥作用,细胞因子受体蛋白g p130可激活JA N U S、酪氨酸激酶,JA K-ST A T、M EK/M A P K等信号途径,而JAK/ST A T3和M EK/ ERK信号途径则处于相对平衡的状态。另外,一些未知的膜结合分子也参与胚胎干细胞的增殖与分化。分离纯化及鉴定调节细胞的自我更新及分化的未知分子已成为研究的热点。 2 胚胎干细胞为基础的分化模型 胚胎干细胞要维持其未分化的状态,需要在胚胎饲养层中加入分化抑制因子。一旦改变了维持胚胎干细胞未分化状态的条件,胚胎干细胞首先形成胚胎小体,胚胎小体有外中内三胚层,继续分化可形成多种类型的细胞。在体外分化培养时,可自发形成有节律性跳动的心肌细胞,同时还形成骨骼肌、神经细胞、上皮细胞等。由于体外胚胎细胞可重演体内胚胎细胞的发育过程,并且基因的表达时相与体内的胚胎发育过程是相似的,在这一过程中加入外源的诱导分化因子并与相关的调控基因结合,可使胚胎干细胞分化为各种类型的细胞。现在已初步建立了神经细胞、肌肉细胞、上皮细胞和造血细胞等体外分化模型。 2.1 神经细胞 体外培养胚胎干细胞可模拟从未定型细胞向功能性神经元转化的过程,并且其基因的表达时相与体内的胚胎发育过程相似。在分化的早期表达N FL、N F M基因,后期则表达N eur ocan基因。维甲酸及神经生长因子可诱导胚胎干细胞定向分化为神经细胞,是常用的诱导分化物,它能上调神经元特异基因的表达,同时下调中胚层基因的表达。将神经元特异的SOX2基因转进胚胎干细胞,再经维甲酸诱导,可表达90%以上的具有神经元标志的神经细胞。可能是外源基因和维甲酸同时拮抗分化抑制因子的作用,阻碍细胞向其他的方向分化,迫使其向神经元的方向分化。维甲酸能诱导胚胎干细胞分化为C-氨基丁酸能和多巴胺能神经元,而维甲酸分别结合无血清培养基和含胎牛血清的培养基培养胚胎干细胞后发现,采用无血清培养时,几乎检测不到分化的多巴胺能神经元的存在;但在有血清培养时,却能检测到大量的多巴胺神经元。这暗示血清中的某些未知的因子和维甲酸共同起到定向诱导分化 化为特定组织细胞,将这些细胞回输体内,从而达到长期治疗的目的。干细胞的医学应用还包括体外克隆人体器官,然而这比体内移植干细胞要复杂的多。相信随着研究的不断深入,来自人体干细胞的器官应用于临床治疗已为期不远。干细胞研究与应用不仅在疾病治疗方面有着极其诱人的前景,而且将对克隆动物,转基因动物生产,发育生物学,新药物的开发与药效、毒性评估等领域产生极其重要的影响。 参考文献 1 Th omson J A,Itsk ovitz-Eldor J os eph,Shapiro S S,et al. Em bryonic s tem cell lin es d erived from human b las tocysts.S cience,1998,282:1145—1147. 2 Sh amb lott M J,Axelman J,W ang S,et al.Derivation of Plurip otent stem cells from cultured human primordial germ cell.Proc Natl Acad S ci U SA,1998,95:13726—13731. 3 Jack son K A,M i T,Goodell M A.Hematopoietic potential of s tem cells isolated from murie s keletal mus cle.Proc Natl Acad Sci USA,1999,96:14482— 14486. 4 裴雪涛.干细胞研究现状与展望.高技术通讯,2001, (6):93—95. (BH)
干细胞分化调控机制研究的新进展
干细胞分化调控机制研究的新进展 柳翠华 药营11302班 摘要：干细胞具有自我更新和多向分化潜能，使之成为再生医学、组织工程和创伤修复等研究领域的热点。明确干细胞分化调控机制是干细胞应用的重要前提和理论基础，现对近期干细胞分化调控研究进展作一综述，包括胚胎干细胞分化调控机制研究，成体干细胞分化调控机制的研究领域的新进展。 关键词：干细胞调控转录细胞分化 干细胞分类 干细胞理论上具有无限分裂能力，在特定条件下，可分化成特定组织。 如下图所示： 全能性干细胞多能性 干细胞 造血干 细胞 特定功能性 干细胞 红细胞，白细胞，血小板 神经干细胞，皮肤干细胞，胰脏， 心脏等器官或组织之干细胞 淋巴细胞和淋巴杀伤细胞（LK）
干细胞按其分化潜能的大小，可分为３型：全能干细胞，具有分化为几乎所有组织和器官的能力；多能干细胞，具有分化出多种组织和器官的潜能；专能干细胞。 根据干细胞分化阶段的不同，大致分为胚胎干细胞（ｅｍｂｒｙｏｎｉ
ｃｓｔｅｍｃｅｌｌ，ＥＳＣ）和成体干细胞（ａｄｕｌｔｓｔｅｍｃｅｌｌ，ＡＳＣ）。胚胎干细胞主要包括受精卵分裂发育成囊胚时内层细胞团，以及从早期胎儿生殖嵴分离得到的胚胎生殖嵴细胞，这两种细胞均具有全能性，可分化为各种类型的体细胞，甚至可独立地产生完整的机体。成体干细胞存在于成人的各种组织中，参与组织更新、创伤修复等过程。它能进行“横向分化”（或称其为“可塑性”），即由一种组织的成体干细胞分化成其它组织细胞。目前研究较多的成体干细胞有：神经干细胞（ＮＳＣ）、造血干细胞（ＨＳＣ）、间充质干细胞（ＭＳＣ）、表皮干细胞、肝干细胞、胰腺干细胞、心肌干细胞、视网膜干细胞、角膜干细胞等。 一.胚胎干细胞分化调控机制研究 1.胚胎干细胞（ＥＳ细胞）诱导分化的研究 ＥＳ细胞分化的实质是胚胎发育过程中特异蛋白质的合成。而任何特异蛋白质都是由它相对应的特异基因所决定，细胞分化可归结为基因组中的特定基因按一定顺序相继活化和表达［１］。ＥＳ细胞能够在机体外保持未分化状态是因为有分化抑制因子的存在，如ＬＩＦ、ＤＩＡ等。在缺乏分化抑制因子的条件下，ＥＳ细胞分化为各种细胞。 ＥＳ细胞定向诱导分化的途径可概括为三种：细胞／生长因子诱导法、转基因诱导法及细胞共培养法。 细胞／生长因子诱导ＥＳ细胞分化法主要的因子包括：维甲酸（ＲＡ）、骨形态发生蛋白（ＢＭＰｓ）、成纤维细胞生长因子（ＦＧＦｓ）等。ＲＡ是一种强烈的神经分化诱导剂，它主要通过细胞表面受体ＲＡ受体起作用。ＲＡ受体有两类：ＲＡＲｓ和ＲＸＲｓ，但具体通过那种受体起作用尚不清楚。Ｗｉｌｓｏｎ等［２］证实，ＦＧＦ信号可以通过抑制ＢＭＰｓ表达，从而促进胚胎发育产生神经细胞，Ｘｕ等［３］研究证明ＢＭＰ－４可以诱导人ＥＳ细胞分化。越来越多的研究证明多种细胞因子共同作用促进ＥＳ细胞定向诱导分化的效率更高，只要在应用这些因子组合时确保它们的诱导分化方向一致。 转基因诱导ＥＳ细胞分化法：利用某种合适的病毒作为载体将需要的细
胚胎干细胞的归类
胚胎干细胞的归类 干细胞按分化潜能可分为全能干细胞、多能干细胞和专能干细胞三类，对于胚胎干细胞和造血干细胞各属于哪一类，不同的教材和资料说法不同。新课标人教版必修1教师教学用书P31“胚胎干细胞分裂速度快，并且有产生多种分化细胞类型的潜力，因此，它们也被称为多能干细胞。”选修3教师教学用书P73“全能干细胞是可以发育成一个完整个体的未分化细胞，如受精卵。多能干细胞是指能分化成除胎盘之外所有其它组织细胞的未分化细胞，如ES细胞（胚胎干细胞），他的分化能力仅次于受精卵。专能干细胞是指与特定器官和特定功能相关的一类干细胞，如神经干细胞、造血干细胞等。”从中不难看出，胚胎干细胞和造血干细胞分别属于多能干细胞和专能干细胞。 而苏教版教材上是这样解释的：“专能干细胞只能分化成一种类型或功能密切相关的两种类型的细胞，如上皮组织基底层的干细胞、肌肉中的成肌干细胞；多能干细胞具有分化成多种细胞或组织的潜能，但失去了发育成完整个体的能力，如造血干细胞等；全能干细胞可以分化为全身200多种细胞，如神经细胞，并进一步形成机体的所有组织、器官，如胚胎干细胞。” 再看中图版教材上的描述：“全能干细胞具有形成机体的任何组织或器官，直至形成完整个体的潜能。受精卵便是一个最初的全能干细胞，它可以分化出许多全能干细胞，如胚胎干细胞。提取这些细胞中的任意一个置于子宫内，就可以发育出一个完整的个体。多能干细胞具有分化出多种组织的潜能，但不能发育成完整的个体，如骨髓造血干细胞可以分化出至少12种血细胞。专能干细胞只能分化成某一类型的，如神经干细胞只可分化出各类神经细胞。” 从苏教版和中图版教材的内容中可以看出，胚胎干细胞是全能干细胞，造血干细胞是多能干细胞，这和人教版教师教学用书上的叙述相矛盾，和人
干细胞诱导分化具体步骤及注意事项
干细胞诱导分化具体步骤及注意事项 一、技术简介 干细胞诱导分化是诱导干细胞定向分化，使之成为成熟的功能细胞，是目前干细胞研究的关键环节。干细胞是一种未充分分化，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，具有再生各种组织器官和人体的潜在功能，医学界称为“万用细胞”。如：骨髓间充质干细胞是位于骨髓基质中的一类中胚层来源的未分化细胞，在体内外均发现有极强的增殖能力，具有很强的自我更新和多向分化潜能。在一定诱导条件下，可以分化为成骨细胞、成软骨细胞和成肌细胞等，还可以分化为巨噬细胞、脂肪细胞、内皮细胞和成纤维细胞等骨髓基质细胞，具有发育为骨、软骨、脂肪、肌肉、真皮及骨髓基质等中胚层组织的潜能。 在体胚胎分化过程中，组织发生和身体构造的形成具有时空顺序性和相互诱导性。在个体发育过程中，细胞分化是程序控制的有序有规律过程，程序的运行结果表现为不同发育阶段、不同组织部位的细胞表现出不同的形态、不同的生长方式和不同的生理功能。从分子水平上来看，这一结果取决于细胞在基因表达上的时空差异，这种基因表达差异除由细胞内在发育程序决定外，还受细胞外环境影响和调控，且有时这种外部控制条件或环境对形成特定细胞有着决定性作用。干细胞体外定向诱导分化的原理，就是选择适当的诱导剂和诱导模式，通过诱导物与细胞表面受体结合或使细胞发生轻度可逆性损伤等，使被诱导细胞按预定的细胞类型方向分化，然后将这些定向分化的细胞进行分离和培养传代，从而得到人们所需要的细胞类型。 二、实验流程 1. 干细胞的分离、原代和传代培养。 2. 定向诱导干细胞分化。 3. 成长曲线测定。 4. 诱导分化后细胞鉴定。 5. 结果统计分析。
胚胎干细胞体外诱导分化综述
胚胎干细胞体外诱导分化综述 摘要：由于胚胎干细胞具有自我更新、高度增值和多向分化的潜能，因此，自20世纪90年代开始，对胚胎干细胞的研究成为生物学领域和医药工程领域研究的一个焦点。本文从胚胎干细胞的分离、体外诱导胚胎干细胞的原理和定向分化的机制、胚胎干细胞体外诱导的方法、定向分化的细胞、应用前景和研究存在的问题对胚胎干细胞进行综述。 关键词：胚胎干细胞；体外培养；诱导分化；应用 干细胞是一种具有多分化潜能和自我更新功能的早期未分化细胞。在特定条件下，它可以 分化成不同的功能细胞，形成多种组织和器官，它包括胚胎干细胞和成体干细胞。前者指早期胚胎的多能干细胞，后者是存在于胎儿和成体不同的组织内的多潜能干细胞这些细胞具有自我复制能力，并产生不同种类的具有特定表型和功能的成熟细胞的能力，能够维持机体功能的稳定，发挥生理性的细胞更新和修复组织损伤作用[4,9,10]。 胚胎干细胞（embryonic stem cell,ESC)是从着床前胚胎内内细胞团(inner cell mass,ICM)或原始生殖细胞经体外分化抑制培养分离的一种全能性细胞[1]。它能在体外长期不断自我更新,并保持多向分化潜能,可以分化为内、中、外三个胚层的几乎所有类型细胞。自1981年Evans和Kauffman[2,8]用不同的方法首次成功分离得到小鼠胚胎干细胞以来,小鼠胚胎干细胞成为近20年来人们用来研究发育分化、基因表达调控、基因治疗等最理想的模型，并且有大量研究表明小鼠胚胎干细胞可以在体外被诱导分化为绝大多数类型的成体细胞.1998年Thomson等首次成功分离并建立人胚胎干细胞系。自此，人胚胎干细胞不但提供了一个研究人类自身发育分化的良好机会,而且如果人胚胎干细胞能像小鼠胚胎干细胞一样可以在体外诱导形成各种成体细胞,那么利用这些诱导分化形成的成熟细胞将有可能进行细胞和组织替代治疗, 包括糖尿病、帕金森病、早老性痴呆、心血管疾病和肿瘤等多种目前临床上难以治愈的疾病。 1 胚胎干细胞的分离 自Thomson成功分离并建立人胚胎干细胞系后，多年以来，人们研究出很多胚胎干细胞的 分离方法，在这里主要介绍三种： 1.1 分离自胚胎内细胞团 内细胞团又称胚细胞（embryoblast）,是一团于哺乳动物初期胚胎中的一个细胞团块。从早期胚胎内细胞团（inner cell mass,ICM）分离是获得胚胎干细胞的主要途径。由于不同动物的胚胎发育存在差异，因此应注意取材时间。可通过免疫外科手术法、机械剥离法、组织培 养法等方法除去胚胎滋养层细胞获得囊胚内细胞团（ICM）细胞进行体外分化抑制培养。 1.2分离自原始生殖细胞
造血干细胞分化图
造血干/祖细胞增殖与分化谱系 多能干细胞（HPSC）G0——G0期HPSC G1 淋巴干细胞高增殖潜能细胞（Blast CFCs） 前前B前T 多向性祖细胞（CFU—GEMM） ———————————————————————前B 粒-巨噬细胞爆式集落BFU-E BFU-MK （CFU—GM）未成熟B CFU-E CFU-MK CFU-G CFU-M 成熟B成熟T 原始红细胞原始巨核细胞原始粒细胞原始单核细胞原始浆细胞 早幼红细胞幼稚巨核细胞早幼粒细胞幼稚单核细胞幼稚浆细胞 中幼红细胞成熟巨核细胞 单核细胞浆细胞 中性中幼嗜酸性中嗜碱性中晚幼红细胞 粒细胞幼粒细胞幼粒细胞 成熟红细胞 中性晚幼嗜酸性晚嗜碱性晚 粒细胞幼粒细胞幼粒细胞 中性成熟嗜酸性成嗜碱性成 粒细胞熟粒细胞熟粒细胞
缺铁性贫血巨幼红细胞性贫血 再生障碍性贫血 珠蛋白生成障碍性贫血异常血红蛋白病 遗传性球形红细胞增多症遗传性椭圆形红细胞增多症遗传性口形红细胞增多症 葡萄糖-6-磷酸脱氢酶缺乏症丙酮酸激酶缺乏症 阵发性睡眠性血红蛋白尿症自身免疫性溶血性贫血冷凝集素综合征 高铁血红蛋白症硫化血红蛋白症 真性红细胞增多症 白细胞减少症中性粒细胞减少症和粒细胞缺乏症传染性单核细胞增多症 急性微分化性白血病（M0）急性粒细胞白血病未分化性（M1） 急性粒细胞白血病部分分化性（M2a）M2b
（M2b）急性颗粒增多的早幼粒细胞白血病（M3a） M3b 急性粒-单核细胞白血病（M4a M4b M4c M4EO） 急性单核细胞白血病（M5a）M5b 红白血病（M6）急性巨核细胞白血病(M7)
急性淋巴细胞白血病(ALL) T-细胞型：（Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ型） B-细胞型：前前B 、前B 、Common 型、B-ALL 急性混合细胞白血病(HAL) 浆细胞白血病 嗜酸粒细胞白血病 嗜碱粒细胞白血病 多毛细胞白血病(HCL) 慢性淋巴细胞白血病 (CLL)
小鼠胚胎干细胞培养实验步骤
细胞的原代培养 点击次数：540 作者：佚名发表于：2009-03-06 16:26转载请注明来自丁香园 一、原代细胞培养原理 原代细胞培养是将机体内的某组织取出，分散成单细胞，在人工条件下培养使其生存并不断生长、繁殖的方法。借助这种方法可以观察细胞的分裂繁殖、细胞的接触抑制以及细胞的衰老、死亡等生命现象。 ? 幼稚状态的组织和细胞，如：动物的胚胎、幼仔的脏器等更容易进行原代培养 ? 掌握无菌操作技术 ? 了解小鼠解剖操作技术 ? 了解原代细胞培养的一般方法与步骤 ?了解培养细胞的消化分散 ? 了解倒置显微镜的使用 二、实验材料 ? 实验动物：孕鼠或新生小鼠 ? 液体：细胞生长液（内含20%小牛血清） 0.25%胰蛋白酶 平衡盐溶液 70%乙醇 ?器材：灭菌镊子、剪刀若干把 灭菌培养皿、细胞培养瓶、小瓶、烧杯若干个 吸管若干支 酒精灯 原代细胞培养方法 三、胰酶消化法 （1）胰酶消化法操作步骤——取材 a. 用颈椎脱位法使孕鼠迅速死亡。
b. 把整个孕鼠浸入盛有75%乙醇的烧杯中数秒钟消毒，取出后放在大平皿中携入超净台。 c. 用无菌的镊子和剪子在前腿下作一腹部水平切口，用无菌镊子将皮肤扯向后腿。 d. 用另一无菌的剪刀和镊子切开腹部，取出含有胚胎的子宫，置于无菌的培养皿上。 e. 剔除胚胎周围的包膜（若胚胎较大，应剪去头、爪），将胚胎放于无菌的含有平衡盐溶液的培养皿中。 f. 漂洗胚胎，去掉平衡盐溶液。继续用平衡盐溶液漂洗胚胎直至清洗液清亮为止。 （2）胰酶消化法操作步骤——切割 a. 将部分胚胎转移至一个无菌小瓶中，用平衡盐溶液漂洗。 b. 然后用眼科手术剪刀小心地绞碎胚胎，直到成1mm3左右的小块，再用平衡盐溶液清洗，洗到组织块发白为止。 c. 静置，使组织块自然沉淀到管底，弃去上清。 （3）胰酶消化法操作步骤——消化、接种培养 a. 视组织块量加入5-6倍的0.25%胰酶液，37℃中消化20-40分钟，每隔5分钟振荡一次，或用吸管吹打一次，使细胞分离。 b. 加入3-5ml细胞生长液以终止胰酶消化作用（或加入胰酶抑制剂）。 c. 静置5-10分钟，使未分散的组织块下沉，取悬液加入到离心管中。 d. 1000rpm，离心10分钟，弃上清液。 e. 加入平衡盐溶液5ml，冲散细胞，再离心一次，弃上清液。 f. 加入细胞生长液l-2ml（视细胞量），血球计数板计数。 e. 将细胞调整到5×105/ml左右，转移至25ml细胞培养瓶中，37℃下培养。 （4）胰酶消化法操作步骤——消化、接种培养
细胞分化和细胞全能性教学案例
《细胞分化和细胞全能性》课例分析 一教学背景 克隆生物和干细胞治疗疾病，这些都是当今生物科学的热点，学生在媒体中经常看到相关的报道，但干细胞为什么能治疗疾病？克隆生物怎样制造出来的？等等，这些都是学生感到困惑的问题。依据新的课程理念，生物教学应注重与现实生活相联系，确定本节课的教学目标是“说明细胞的分化”和“举例说明细胞的全能性”，这都是“理解水平”的要求；为增强学生理论联系实际，关注生命科学的热点问题，培养学生资料搜集和分析能力，以及表达与交流的能力，也确定开展“搜集有关克隆技术的相关资料”为教学目标。 二教材分析 多细胞生物体的生长发育与细胞的分化密切相关，细胞的分化是个体发育中重要的生理过程和生理现象，细胞分化是一种持久的、稳定的变化。分化的细胞在一定条件下又具有全能性，动物细胞核全能性的具体应用——克隆技术又是当今生命科学的热点。本节内容既是对细胞结构、功能、分裂等知识的拓展和延伸，又为学习遗传、变异打下基础。同时，本节知识与当今许多科技新进展热点问题都有紧密地联系，因此能联系实际了解或解决一些实际问题就显得很重要，也会激发学生了解科学的积极性，也是激发学生社会责任感的良好契机。三学情分析 学生在初中对“细胞分化”的知识有初步的了解，在学完“细胞的增殖”后学习本节，使学生对生物的个体发育有一个系统的理解，对于本节涉及到克隆技术、植物组织培养等知识，学生既无直观印象，也少有相关的信息储备。因此，收集与处理信息的能力、联系实际的能力是学好本节的基础。 四教学思路 细胞分化是多细胞生物体发育的基础和核心，为提高学生的学习兴趣，联系校园网上“青浦青年造血干细胞捐献志愿者”活动的通知，引导学生思考，为什么要捐献骨髓干细胞？只要平时关注媒体报道的学生，大多数能说出“是因为骨髓中有造血干细胞，能治疗白血病。”就此引入细胞分化的学习。 细胞分化的概念，内涵较深刻，也是学生较难理解的，可通过提供充分的感性材料如：图像信息，多媒体课件演示动物个体发育过程，层层设问，帮助学生理解，并且将有丝分裂与细胞分化联系起来，构建合理的知识网络。 细胞的全能性是教学的难点，引导学生从细胞有丝分裂的结果来分析。对植物细胞的全能性，用试验过程介绍，让学生了解植物组织培养的过程。最后让学生交流搜集到的有关克隆技术的知识，并对克隆技术的应用就利弊两方面展开辩论，培养他们交流表达能力以及对生物理论知识的理解、应用能力。 五教学设计方案 教学目标 1.知识和技能 1)理解细胞分化的概念、特点和意义 2)理解细胞全能性的概念 2.过程能力和方法 1)通过介绍胡萝卜根韧皮部组织培养实验，使学生理解植物细胞的全能性。 2)详细介绍“多利”羊的诞生过程，使学生了解细胞生物学实验方法； 3)通过搜集资料，课堂讨论理解克隆技术的两面性。
干细胞分化调控机制
干细胞分化调控机制 摘要：干细胞的发展引起了当今世界各界的强烈关注。我们将有可能利用干细胞所有的潜力去治疗遗传性或目前无法治疗的疾病,但在干细胞被用于治疗之前,必须认识和掌握调节干细胞保持为干细胞或引导其特殊分化途径的调控机制,本文对干细胞的微环境及分化调控机制作一综述。 关键词：干细胞；分化调控；应用前景 由于干细胞在白血病、老年性痴呆症、糖尿病等多种疾病的治疗以及动物克隆等方面显示出巨大的应用前景,干细胞研究已经成为当今生命科学领域的热点。干细胞能够用于某些疾病的治疗,是因为干细胞具有多种分化潜能,它定向分化产生的后代细胞能够取代病变组织的细胞。因此,阐明干细胞如何在保持自我更新的同时又能产生新的组织及其调控机制是理解多细胞生物体发育的关键,也是利用干细胞治疗人类疾病的基础。 1干细胞的概念 干细胞(Stem Cell)是一种具有自我复制功能和多分化潜能的早期未分化细胞。在特定条件下,它可以分化成不同的功能细胞,形成多种细胞和器官。干细胞是个体发育和组织再生的基础。 2干细胞的分类 干细胞按生存阶段顺序分为胚胎干细胞和成体干细胞。 2.1胚胎干细胞(Embryonic stem cells,ES细胞) 胚胎干细胞具有全能性,可以自我更新并有分化为体内所有组织的能力。受精卵分裂形成一个称为囊胚(blastocyte)后,囊胚内部一端的一个”内细胞群”(innercellmass)是一群具有全能分化能力的细胞,它们在胚胎发育过程中,进一步
分化为内胚层、中胚层和外胚层,并最终分化为不同的组织、器官,成为一个完整的人体。将这种内细胞群分离取出,在体外进行培养,就成为”胚胎干细胞”。因此胚胎干细胞是受精后胚胎内细胞团的衍生物。 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。在体外培养扩增时，经遗传操作、选择和冻存，均不失其全能性，在不同生长条件下具有不同的功能状态。 2.2成体干细胞(Adultstemcells) 成年动物的许多组织和器官,始终保留着一部分未被分化的干细胞,即成体干细胞,如造血干细胞、表皮细胞等。过去认为成体干细胞具有组织特异性,只能分化成特定的细胞或组织,是一些定向细胞。1999年以后,这一观点受到了挑 战,Bjornson等人的研究发现成熟组织中分离的干细胞在特定微环境下具有向其他组织类型细胞分化的潜力,如造血干细胞具有向骨、肌肉、肝细胞、神经细胞转变的潜力,而神经干细胞也可以转变为血细胞。研究提示:不同胚层起源的成体干细胞在一定的条件下可相互转化,它们是在特定微环境中存在的适度分化的细胞,并能在不同环境中显示更多的潜在基因型,具有向其它组织类型的细胞分化的潜力,即不同的干细胞可以发生分化“命运”的转变(横向分化能力)。 3 胚胎干细胞分化调控机制研究 ES细胞分化实质是胚胎发育过程中特异蛋白质的合成。而任何特异蛋白质都是由它相对应的特异基因所决定,细胞分化可归结为基因组中特定基因按一定顺序相继活化和表达。ES细胞能够在机体外保持未分化状态是因为有分化抑制因子的存在,如LIF、DIA等。在缺乏分化抑制因子的条件下,ES细胞分化为各种细胞。 ES细胞定向诱导分化的途径可概括为三种:细胞/生长因子诱导法、转基因诱导法及细胞共培养法。 3.1 细胞/生长因子诱导法 细胞/生长因子诱导ES细胞分化法主要的因子包括维甲酸(RA)、骨形态发生蛋白(BMPs)、成纤维细胞生长因子(FGFs)等。RA是一种强烈的神经分化诱导剂,它主要通过细胞表面受体RA受体起作用。RA受体有两类:RARs和RXRs,但具
胚胎干细胞的定向诱导分化及应用前景
龙源期刊网 https://www.360docs.net/doc/9d3673198.html, 胚胎干细胞的定向诱导分化及应用前景 作者：王士珍李雪甫陈培 来源：《科技视界》2012年第23期 【摘要】胚胎干细胞（embryonic stem cell, ES细胞)主要来自于胚胎发育早期囊胚中内细胞群(inner cell mass, ICM), 具有无限增殖、自我更新和多向分化的特性。理论上可以诱导分化为机体中200多种细胞，可作为细胞移植、组织替代, 甚至器官克隆的细胞供体，为将来治疗人类诸多难治性疾病提供细胞来源。本文简述了胚胎干细胞的诱导分化方法、定向分化的一些细胞种类以及应用前景。 【关键词】胚胎干细胞；诱导；分化 ES细胞是由囊胚的内细胞群或胎儿的原始生殖细胞(Primordial germ cells，PGCs)经体外抑制分化培养而获得的一种具有多向分化潜能的细胞。英国剑桥大学的Evans等[1]于1981年首次建立了小鼠胚胎干细胞系。Thomson等[2]于1998年利用临床上体外受精的胚胎，采用免疫法分离出内细胞群，首次成功分离出人胚胎干细胞系。同年，Sham blott等[2]以STO作为饲养层首次建立了人胚胎生殖细胞(hEGC)系。一般情况下，可将胚胎干细胞和胚胎生殖细胞统称 为胚胎干细胞。饲养层或白血病抑制因子（LIF）是ES细胞体外培养过程中保持未分化状态的必要条件。当培养条件有轻微改变时，例如在培养液中添加某些诱导分化因子（维甲酸RA、DMSO等），ES细胞就会发生分化；另外，如果把脱离饲养层的ES细胞进行悬浮培养，会发育成大小不一的拟胚体（embryoid boby, EB）,然后可诱导EB向不同类型细胞分化。至今，已从ES细胞诱导分化出心肌细胞、骨细胞、软骨细胞、肝细胞、造血细胞、脂肪细胞、胰岛素细胞、神经细胞、内皮细胞等。这些诱导后的细胞有望为器官移植、损伤器官的修复提供原材料，具有十分广阔的临床应用前景。所以，近年来有关胚胎干细胞的定向分化研究已成为全世界研究的热点。 1诱导ES细胞定向分化的方法 目前，通常针对人们设想要得到的终末靶细胞，而采用不同的诱导分化方法，使ES细胞最终定向分化为目的细胞。最常用的诱导方法一般包括以下四种：化学试剂诱导法、细胞因子诱导法、共培养诱导法以及转基因诱导法等。 1.1化学试剂诱导法 维甲酸（retinoic acid，RA）是体内维生素A的代谢中间产物，主要影响骨的生长和促进上皮细胞增生、分化、角质溶解等代谢作用。Schuldiner等[3]用一定浓度的RA（10-6M）诱导人ES细胞向神经细胞分化。实验证实：产生的神经细胞比未用RA处理的对照组增加了22%。目前，RA诱导ES细胞分化为神经细胞的机制还没有完全弄清楚。一般认为RA进入细胞后，最先与细胞质中维甲酸结合蛋白 (cellular RA binding protein，CRABP)形成复合物，然
细胞分化与全能性
第17练细胞的分化及细胞的全能性 一、基础题 1．（2011安徽）干细胞移植现已成为治疗糖尿病的一种临床技术。自体骨髓干细胞植入胰腺组织后可分化为胰岛样细胞，以替代损伤的胰岛B细胞，达到治疗糖尿病的目的。下列叙述正确的是（） A .骨髓干细胞与胰岛样细胞的基因组成不同，基因表达产物不同 B.骨髓干细胞与胰岛样细胞的基因组成相同，基因表达产物不同 C.胰腺组织微环境造成骨髓干细胞基因丢失，分化成为胰岛样细胞 D.胰腺组织微环境对骨髓干细胞分化无影响，分化是由基因决定的 2．（2011山东）下列发生了细胞分化且能体现体细胞全能性的生物学过程是（） A．玉M种子萌发长成新植株 B．小鼠骨髓造干细胞形成各种血细胞 C．小麦花粉经离体培养发育志单倍体植株 D．胡萝卜根韧皮部细胞经组织培养发育成新植株 3．（2011上海）关于哺乳动物细胞体外培养的难易程度，下列表述正确的是（） A．乳腺癌细胞易于乳腺细胞，胚胎细胞易于脂肪细胞 B．乳腺细胞易于乳腺癌细胞，胚胎细胞易于脂肪细胞 C．乳腺细胞易于乳腺癌细胞，脂肪细胞易于胚胎细胞 D．乳腺癌细胞易于乳腺细胞，脂肪细胞易于胚胎细胞 4．（2011山东潍坊高考模拟）2010年，德国一家物技术公司申请了一项专利技术：从血管中萃取的成熟的白细胞可以转变为具有可编程特性的细胞，并进一步分化为不同功能的细胞。下列对该项技术的理解不合理的是（） A.“编程”的实质就是对遗传物质进行改造 B．该技术的操作过程类似与植物组织培养中的脱分化和再分化 C．该技术不能将人成熟的红细胞转变成可编程细胞 D．可编程细胞类似于干细胞 5.（2012天津）下列关于细胞的叙述，错误的是（） A.自体干细胞移植通常不会引起免疫排斥反应 B.胚胎干细胞在体外培养能增殖但不能被诱导分化 C.组织的细胞更新包括细胞凋亡和干细胞增殖分化等过程 D.造血干细胞具有分化出多种血细胞的能力，可用于治疗白血病 6．（2012江苏）下列事实能体现细胞全能性的是（） A．棉花根尖细胞经诱导形成幼苗 B．单细胞的DNA在体外大量扩增 C．动物杂交瘤细胞产生单克隆抗体 D．小鼠体细胞经诱导培育成小鼠 7.（原创）下列有关细胞分化的叙述中，错误的是（） A．神经元、胰岛A细胞和红细胞一般不具有分裂能力 B．细胞分化是生物界的一种普遍存在的生命现象 C．分化后的细胞只保留与其功能相关的一些遗传物质 D．细胞分化的实质是基因选择性表达
胚胎干细胞的定向诱导分化及应用前景
胚胎干细胞的定向诱导分化及应用前景 【摘要】胚胎干细胞（embryonic stem cell, ES细胞)主要来自于胚胎发育早期囊胚中内细胞群(inner cell mass, ICM), 具有无限增殖、自我更新和多向分化的特性。理论上可以诱导分化为机体中200多种细胞，可作为细胞移植、组织替代, 甚至器官克隆的细胞供体，为将来治疗人类诸多难治性疾病提供细胞来源。本文简述了胚胎干细胞的诱导分化方法、定向分化的一些细胞种类以及应用前景。 【关键词】胚胎干细胞；诱导；分化 ES细胞是由囊胚的内细胞群或胎儿的原始生殖细胞(Primordial germ cells，PGCs)经体外抑制分化培养而获得的一种具有多向分化潜能的细胞。英国剑桥大学的Evans等[1]于1981年首次建立了小鼠胚胎干细胞系。Thomson等[2]于1998年利用临床上体外受精的胚胎，采用免疫法分离出内细胞群，首次成功分离出人胚胎干细胞系。同年，Sham blott等[2]以STO作为饲养层首次建立了人胚胎生殖细胞(hEGC)系。一般情况下，可将胚胎干细胞和胚胎生殖细胞统称为胚胎干细胞。饲养层或白血病抑制因子（LIF）是ES细胞体外培养过程中保持未分化状态的必要条件。当培养条件有轻微改变时，例如在培养液中添加某些诱导分化因子（维甲酸RA、DMSO等），ES细胞就会发生分化；另外，如果把脱离饲养层的ES细胞进行悬浮培养，会发育成大小不一的拟胚体（embryoid boby, EB）,然后可诱导EB向不同类型细胞分化。至今，已从ES细胞诱导分化出心肌细胞、骨细胞、软骨细胞、肝细胞、造血细胞、脂肪细胞、胰岛素细胞、神经细胞、内皮细胞等。这些诱导后的细胞有望为器官移植、损伤器官的修复提供原材料，具有十分广阔的临床应用前景。所以，近年来有关胚胎干细胞的定向分化研究已成为全世界研究的热点。 1诱导ES细胞定向分化的方法 目前，通常针对人们设想要得到的终末靶细胞，而采用不同的诱导分化方法，使ES细胞最终定向分化为目的细胞。最常用的诱导方法一般包括以下四种：化学试剂诱导法、细胞因子诱导法、共培养诱导法以及转基因诱导法等。 1.1化学试剂诱导法 维甲酸（retinoic acid，RA）是体内维生素A的代谢中间产物，主要影响骨的生长和促进上皮细胞增生、分化、角质溶解等代谢作用。Schuldiner等[3]用一定浓度的RA（10-6M）诱导人ES细胞向神经细胞分化。实验证实：产生的神经细胞比未用RA处理的对照组增加了22%。目前，RA诱导ES细胞分化为神经细胞的机制还没有完全弄清楚。一般认为RA进入细胞后，最先与细胞质中维甲酸结合蛋白(cellular RA binding protein，CRABP)形成复合物，然后复合物进入细胞核内，与染色质上的受体结合，从而调控一系列基因的表达，使细胞的表型发生转变。二甲基亚砜（DMSO）是一种含硫的有机化合物，不仅能用于细胞的常规冻存，而且还是一种常用的细胞分化诱导剂，能够诱导ES细胞分化为骨骼肌细胞、心肌细胞等，其作用机制主要是影响c-myc基因表达，降低细胞的内源性聚腺苷二磷酸核苷表达水平。也有研究证明，DMSO能使细胞内储存的钙释放出来，而细胞内钙离子浓度升高在诱导细胞分化中可能起着重要作用。除了RA、DMSO外，还有β-磷酸甘油、维生素C(VC)、地塞米松、维生素K3(VK3)以及2，5-羟基维生素D3等化学试剂，也能诱导ES细胞定向分化为特定类型细
造血干细胞
造血干细胞 一定义 造血干细胞是骨髓中的干细胞，具有自我更新能力并能分化为各种血细胞前体细 胞，最终生成各种血细胞成分，包括红细胞、白细胞和血小板。也是存在于造血组 织中的一群原始多能干细胞。可分化成各种血细胞，也可转分化成神经元、少突胶 质细胞、星形细胞、骨骼肌细胞、心肌细胞和肝细胞等。 干细胞可以救助很多患有血液病的人们，最常见的就是白血病。虽其配型成功率相 对较低，且费用高昂，但其治疗效果好且捐献造血干细胞对捐献者的身体并无很大 伤害。 二特征 人体内所有的血细胞都来自造血干细胞（ｈｅｍａｔｏｐｏｉｅｔｉｃｓｔｅｍｃｅｌｌｓ，ＨＳＣ）的定向分化。ＨＳＣ又称多能干细胞，是存在于造血组织中的一群原始造血细胞，有两个重要特性： （１）高度的自我更新或自我复制能力； （２）可定向分化、增殖为不同的血细胞系，并进一步生成血细胞。造血干细胞采用不对称的分裂方式：由一个细胞分裂为两个细胞。其中一个细胞仍然保持干细胞的一切生物特性，从而保持身体内干细胞数量相对稳定，这就是干细胞自我更新。而另一个则进一步增殖分化为各类血细胞、前体细胞和成熟血细胞，释放到外周血中，执行各自任务，直至衰老死亡，这一过程是不停地进行着的。 三造血干细胞的造血原理 1 造血干细胞具有多潜能性，即具有自身复制和分化两种功能。在胚胎和迅速再生的骨髓中，ＨＳＣ多处于增殖周期之中；而在正常骨髓中，则多数处于静止期，当机体需要时，其中一部分分化为成熟血细胞，另一部分进行分裂增殖，以维持ＨＳＣ的数量相对稳定。人类ＨＳＣ首先出现于胚龄第２～３周的卵黄囊，在胚胎早期（第２～３个月）迁至肝、脾，第５个月又从肝、脾迁至骨髓。从胚胎末期一直到出生后，骨髓成为ＨＳＣ的主要来源。造血干细胞进一步分化发育成不同血细胞系的定向干细胞。定向干细胞多数处于增殖周期之中，并进一步分化为各系统的血细胞系，如红细胞系、粒细胞系、单核-吞噬细胞系、巨核细胞系以及淋巴细胞系。2由造血干细胞分化出来的淋巴细胞有两个发育途径，一个受胸腺的作用，在胸腺素的催化下分化成熟为胸腺依赖性淋巴细胞，即T细胞；另一个不受胸腺，而受腔上囊（鸟类）或类囊器官（哺乳动物）的影响，分化成熟为囊依赖性淋巴细胞或骨髓依赖性淋巴细胞，即B细胞。并分别由T、B细胞引起细胞免疫及体液免疫。如机体内造血干细胞缺陷，则可引起严重的免疫缺陷病。
造血干细胞分化图
多能干细胞（HPSC）G0—— G0期HPSC HPSC G1 淋巴干细胞 高增殖潜能细胞（Blast CFCs） 前前B前T 多向性祖细胞（CFU—GEMM） ———————————————————————前B 粒-巨噬细胞爆式集落 BFU-E BFU-MK （CFU—GM）未成熟B CFU-E CFU-MK CFU-G CFU-M 成熟B成熟T 原始红细胞原始巨核细胞原始粒细胞原始单核细胞原始浆细胞 早幼红细胞幼稚巨核细胞早幼粒细胞幼稚单核细胞幼稚浆细胞 中幼红细胞成熟巨核细胞 单核细胞浆细胞 中性中幼嗜酸性中嗜碱性中晚幼红细胞 粒细胞幼粒细胞幼粒细胞 成熟红细胞 中性晚幼嗜酸性晚嗜碱性晚 粒细胞幼粒细胞幼粒细胞 中性成熟嗜酸性成嗜碱性成 粒细胞熟粒细胞熟粒细胞
缺铁性贫血巨幼红细胞性贫血 再生障碍性贫血 珠蛋白生成障碍性贫血异常血红蛋白病 遗传性球形红细胞增多症遗传性椭圆形红细胞增多症遗传性口形红细胞增多症 葡萄糖-6-磷酸脱氢酶缺乏症丙酮酸激酶缺乏症 阵发性睡眠性血红蛋白尿症自身免疫性溶血性贫血冷凝集素综合征 高铁血红蛋白症硫化血红蛋白症 真性红细胞增多症 白细胞减少症中性粒细胞减少症和粒细胞缺乏症传染性单核细胞增多症 急性微分化性白血病（M 0）急性粒细胞白血病未分化性（M 1 ） 急性粒细胞白血病部分分化性（M 2a ） M 2b （M2b）急性颗粒增多的早幼粒细胞白血病（M3a） M3b 急性粒-单核细胞白血病（M4a M4b M4c M4EO）
急性单核细胞白血病（M5a） M5b 红白血病（M6）急性巨核细胞白血病(M7) 急性淋巴细胞白血病(ALL) T-细胞型：（Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ型） B-细胞型：前前B、前B、Common型、B-ALL 急性混合细胞白血病(HAL) 浆细胞白血病 嗜酸粒细胞白血病嗜碱粒细胞白血病 多毛细胞白血病(HCL) 慢性淋巴细胞白血病 (CLL)慢性粒细胞白血病(CML) 肥大细胞白血病 大颗粒淋巴细胞白血病幼淋细胞白血病 骨髓增生异常综合征（MDS：RA RAS RAEB RAEBT）
干细胞向生殖细胞诱导分化的调控机理及应用性研究
一、研究内容 本项目将以胚胎干细胞及诱导多能干细胞（iPS）为技术平台，研究哺乳动物干细胞向生殖细胞分化以及生殖细胞减数分裂的调控网络和机理，并建立研究生殖细胞分化所需的生物技术平台及多种细胞及小鼠模型，从而提高干细胞向生殖细胞诱导分化的效率，为大型经济动物优质培育奠定基础。 （1）利用蛋白质组学，BiFC组学, 信息学研究平台，建立以PGC关键调控元为中心的信号调控网络，筛选控制PGC基因表达的关键因子，并阐述端粒蛋白以及端粒酶在干细胞向PGC诱导分化过程中的作用机理。同时利用表观遗传学研究技术，分析PGC诱导过程中组蛋白修饰的动态过程和不同修饰与PGC发育之间的相互关系。探讨以上关键信号调控网络、关键因子在诱导牛干细胞向生殖细胞分化过程中的调控机理。 (2) 利用基因组学、蛋白质组学研究技术，系统地分析精原干细胞和胚胎干细胞的特异性差异。阐明雄性生殖细胞中诱导减数分裂的分子机制，建立干细胞体外诱导分化雄性生殖细胞的理论体系，并分析体外生成生殖细胞的生物学功能。 (3)以人及小鼠胚胎干细胞体外分化系统为模型，优化PGC特化的条件，并通过转基因及基因敲除的方法，探索关键转录因子及信号网络在PGC形成过程中的功能及调控机理。 (4)建立较为完善的牛ES细胞体外培养体系，探讨牛干细胞自我更新和分化途径。通过转基因技术、选择合适的生长因子、转录因子和培养体系诱导牛ES细胞分化为雄性生殖细胞，并建立相应的技术平台。
二、预期目标 总体目标 本项目以研究诱导分化技术、蛋白调控网络、减数分裂机理及农业经济动物培育为主线，紧密围绕以上3个拟解决的关键科学问题。在建立的多种技术平台的基础上，确立以PGC关键调控元为中心的信号调控网络，筛选控制PGC 基因表达的关键因子。系统地分析精原干细胞与胚胎干细胞之间特异性差异，阐明雄性生殖细胞中诱导减数分裂的分子机制。同时，建立体外诱导培养功能性生殖细胞的技术体系，以小鼠为主要研究对象，尝试应用干细胞诱导产生的生殖细胞来培育优化动物，最终确立我国在这一极富竞争性的前沿探索领域的领先地位。 五年预期目标 1，发展基于干细胞学和生殖细胞学研究的一整套方法和综合技术平台。 2，建立以PGC关键调控元为中心的较为完整的信号调控网络，筛选出控制PGC 基因表达的几个关键因子。 3，明确端粒蛋白以及端粒酶在干细胞向PGC诱导过程中的作用机理，并揭示组蛋白修饰的动态过程和不同修饰与PGC发育之间的相互关系。 4，明确精原干细胞和胚胎干细胞之间的基因表达差异，确定3-6个差异表达基因。5，阐明雄性生殖细胞中诱导减数分裂的分子机制。 6，建立一整套诱导PGC生成的培养体系。 7，建立1-3个体外培养生长状况良好、表达干细胞标记的牛ES细胞系，初步阐明牛干细胞自我更新和分化的可能途径。 8，力争建立牛ES细胞体外诱导分化形成功能性配子（精子、卵子）的技术体