干学7-细胞如何改变表型

实例二 肝细胞（包括在体内和体外） 肝细胞（包括在体内和体外）过表达已知为胰腺转 录因子Pdx1的超活化形式而被诱导转分化 Pdx1的超活化形式而被诱导转分化。 录因子Pdx1的超活化形式而被诱导转分化。 Pdx1不能单独完成肝脏到胰腺的诱导，需要活化结 Pdx1不能单独完成肝脏到胰腺的诱导，需要活化结 不能单独完成肝脏到胰腺的诱导 构域VP16的协助。 VP16的协助 构域VP16的协助。 VP16激活结构域与Pdx1融合 激活结构域与Pdx1融合， VP16只要与辅助 将VP16激活结构域与Pdx1融合，使VP16只要与辅助 激活因子和基本转录装置结合就能直接激活转录过 而不再需要其他组织特异性蛋白的参与。 程，而不再需要其他组织特异性蛋白的参与。结果 当用肝脏特异性启动子运甲状腺蛋白驱动Pdx1 Pdx1当用肝脏特异性启动子运甲状腺蛋白驱动Pdx1-VP16 在肝脏中过表达时，诱发生肝脏到胰腺的转分化。 在肝脏中过表达时，诱发生肝脏到胰腺的转分化。
Barett生化 生化 Barrtt化生是指临床上发现食道末端的复层扁平上 化生是指临床上发现食道末端的复层扁平上 皮变成柱细胞。 皮变成柱细胞。 迄今尚不清楚生化的柱状细胞和杯状细胞是否都来 自于基底层的干细胞， 自于基底层的干细胞，杯状细胞是否由柱状细胞转分 化而来；不了解为何有些返流患者不出现Barrtt化生。 化生。 化而来；不了解为何有些返流患者不出现 化生
转化方法 体内转化】 【体内转化】
大鼠投喂多氯联苯，蛙类暴露于多种致癌物质（ 大鼠投喂多氯联苯，蛙类暴露于多种致癌物质（如 多氯联苯 二乙基亚硝胺、黄曲霉、环丙烯脂肪酸等） 二乙基亚硝胺、黄曲霉、环丙烯脂肪酸等）可在肝 中诱发胰腺外分泌组织 且进一步导致肿瘤或损伤。 胰腺外分泌组织， 中诱发胰腺外分泌组织，且进一步导致肿瘤或损伤。 生化事件产生 在癌发生过程与人类一样，是由肝脏生化事件 在癌发生过程与人类一样，是由肝脏生化事件产生 了胰腺组织。 了胰腺组织。
AR42J细胞诱导 AR42J细胞诱导
最初具有外分泌细胞的表型（分泌较多的淀粉酶）， 最初具有外分泌细胞的表型（分泌较多的淀粉酶）， 糖皮质激素时双泌型特征更加明显 在暴露于糖皮质激素时双泌型特征更加明显。 在暴露于糖皮质激素时双泌型特征更加明显。 在培养液中添加肝细胞生长因子和activin A后， A后 在培养液中添加肝细胞生长因子和 肝细胞生长因子 转变为分泌胰岛素的β细胞。表明AR42J是内胚层祖 转变为分泌胰岛素的β细胞。表明AR42J是内胚层祖 胰岛素的 AR42J 细胞，具有转变为外分泌细胞 内分泌细胞的潜能 外分泌细胞和 的潜能。 细胞，具有转变为外分泌细胞和内分泌细胞的潜能。
体外转变 【体外模型】 体外模型】 胰腺细胞系AR42J（用重氮苏氨酸处理过的大鼠双 （ 胰腺细胞系 泌型细胞，具有外分泌和神经内分泌特征）； 泌型细胞，具有外分泌和神经内分泌特征）； 小鼠胚胎胰腺组织。 小鼠胚胎胰腺组织。 【方法】通过添加糖皮质激素诱导转分化。 方法】通过添加糖皮质激素诱导转分化。
2.转化的主开关基因 转化的主开关基因 地塞米松处理AR42J后 转录因子C/EBP 激活， C/EBPβ 地塞米松处理AR42J后，转录因子C/EBPβ激活，细 处理AR42J 胞出现淀粉酶表达消失和表达肝细胞基因（ 胞出现淀粉酶表达消失和表达肝细胞基因（葡萄糖 －6－磷酸酶）等变化。现已证实， C/EBPβ能使 磷酸酶）等变化。现已证实， C/EBPβ AR42J转分化为肝细胞 它是肝脏和胰腺的主开关基 转分化为肝细胞， AR42J转分化为肝细胞，它是肝脏和胰腺的主开关基 因。
由胰腺性质的AR42J赚分化成的肝细胞，表达正常肝 由胰腺性质的AR42J赚分化成的肝细胞， AR42J赚分化成的肝细胞 细胞的蛋白质（如白蛋白、 细胞的蛋白质（如白蛋白、转铁蛋白和运甲状腺素 蛋白等），并具有正常肝细胞的功能； ），并具有正常肝细胞的功能 蛋白等），并具有正常肝细胞的功能； 小鼠胚胎胰腺组织，在培养液中添加地塞米松后， 小鼠胚胎胰腺组织，在培养液中添加地塞米松后， 能够表达肝脏蛋白。 能够表达肝脏蛋白。 除此之外，肝样细胞还可能来自胰腺干细胞亚群。 除此之外，肝样细胞还可能来自胰腺干细胞亚群。
肝脏转变为胰腺 肝脏转变为胰腺 肝脏转变为胰腺 异位生长的胰腺通常为异位胰、副胰和迷走胰， 异位生长的胰腺通常为异位胰、副胰和迷走胰，发 生率为0.6%～5.6%。大部分出现在胃或小肠 生率为 ～ 。 ％），为胚胎发育异常所致 （70~90％），为胚胎发育异常所致。 ％），为胚胎发育异常所致。 胰腺在肝内异位仅有6例报告。 胰腺在肝内异位仅有 例报告。 例报告 异位胰腺可以有外分泌部或内分泌部，或兼之。 异位胰腺可以有外分泌部或内分泌部，或兼之。
如何通过实验手段改变细胞的表型
1.确定诱导转分化的潜在因素 确定诱导转分化的潜在因素 有若干种成功转分化的方法，包括使用细胞外因子、 有若干种成功转分化的方法，包括使用细胞外因子、单 一的转录因子，或者二者联合使用。了解作为实验对象 一的转录因子，或者二者联合使用。 的器官或细胞类型的发育过程将有助于确定可以直接用 必需的因子。 于转分化的分子。特别是发于早期必需的因子 于转分化的分子。特别是发于早期必需的因子。 2.选择转变的细胞类型 选择转变的细胞类型 大量研究证实，只有少数细胞能够特异性地转分化。最 大量研究证实，只有少数细胞能够特异性地转分化。 好使用与新表型密切相关的细胞类型， 好使用与新表型密切相关的细胞类型，入AR42J→肝脏 肝脏 的转分化。 的转分化。
细胞如何改变表型
关键词 主开关基因（ ）：指一种转录因子， 主开关基因（Master switch gene）：指一种转录因子， ）：指一种转录因子 诱导一种细胞类型转分化为另一种细胞类型，同时伴随某 诱导一种细胞类型转分化为另一种细胞类型， 转分化为另一种细胞类型 种分化特征的丢失（如胰腺特征） 种分化特征的丢失（如胰腺特征）和另一种表型特征的获 如肝脏特征）。 ）。在正常发育中通过激活下游多种靶标 得（如肝脏特征）。在正常发育中通过激活下游多种靶标 而参与某种特定细胞的分化。 而参与某种特定细胞的分化。 生化（Metaplasia）：指一种细胞类型到另一种细胞类型 ）：指一种细胞类型到另一种细胞类型 生化（ ）： 之间的变化，组织特异性干细胞之间可能具有这种变化 之间可能具有这种变化。 之间的变化，组织特异性干细胞之间可能具有这种变化。 转决定（ ）：一种再生的机体结构以 转决定（Transdetermination）：一种再生的机体结构以 ）： 全或无”的形式转变为另一种结构。 “全或无”的形式转变为另一种结构。 转分化（ ）：指细胞从一种 转分化（Transdifferentiation）：指细胞从一种分化细 ）：指细胞从一种分化细 类型转变为另一种类型的现象，是生化的一种亚类。 胞类型转变为另一种类型的现象，是生化的一种亚类。
转分化现象的例子
人体和动物体存在很多转分化现象。 人体和动物体存在很多转分化现象。ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
胰腺转变为肝脏 两个器官均来自内胚层的一个区域， 两个器官均来自内胚层的一个区域，并且均来自前肠内胚层的 双潜能细胞；共用多个转录因子，显示发育过程的相似。 双潜能细胞；共用多个转录因子，显示发育过程的相似。
体内转变 【方法】喂食大鼠添加了铜螯合剂 方法】喂食大鼠添加了铜螯合剂Trien的缺铜 膳食， 的缺铜 膳食， 使其胰岛细胞过渡表达角化生长因子；喂食大鼠缺乏 使其胰岛细胞过渡表达角化生长因子； 甲硫氨酸的膳食并暴露于致癌物质等。 甲硫氨酸的膳食并暴露于致癌物质等。 【机制】不清。 机制】不清。
有证据表明，尾型同源盒基因 有证据表明，尾型同源盒基因cdx1和cdx2可能在 和 可能在 barrtt生化中发挥作用。 生化中发挥作用。 生化中发挥作用 1.小肠（不是胃和食管）表达cdx1和cdx2； 小肠（不是胃和食管）表达 小肠 和 2.cdx2单倍体机能不全小鼠的结肠上皮转化为复 单倍体机能不全小鼠的结肠上皮转化为复 层上皮； 层上皮； 3.cdx2在胃的异位表达能够诱导肠生化； 在胃的异位表达能够诱导肠生化； 在胃的异位表达能够诱导肠生化 4.Barrtt化生的患者有 化生的患者有cdx2的早期表达。 的早期表达。 化生的患者有 的早期表达
作为转分化先决条件的去分化
不同情况下的转分化： 不同情况下的转分化： A.胰腺到干脏的转分化， A.胰腺到干脏的转分化， 胰腺到干脏的转分化 无细胞分裂或中间表型； 无细胞分裂或中间表型； B.色素上皮到晶状体的转 B.色素上皮到晶状体的转 分化，有中间状态； 分化，有中间状态； C.亚全能干细胞有能力转 C.亚全能干细胞有能力转 变为多个谱系的细胞。在 变为多个谱系的细胞。 此，干细胞直接转变为分 化细胞， 化细胞，无需先转变成另 外一种组织特异性干细胞。 外一种组织特异性干细胞。
【转化证实】 转化证实】
1. AR42J谱系的确定 谱系的确定 AR42J中胰弹性蛋白酶启动子－GFP持续表达。转化后表 中胰弹性蛋白酶启动子－ 持续表达。 持续表达 达肝蛋白质（如葡萄糖－ －磷酸酶）的现象， 达肝蛋白质（如葡萄糖－6－磷酸酶）的现象，提示新生肝 细胞内曾经有过弹性蛋白酶启动子的活性， 细胞内曾经有过弹性蛋白酶启动子的活性，说明它是已分化 外分泌细胞。 的外分泌细胞。
3.选择过度表达的方法 选择过度表达的方法 如果使用通用的启动子， 如果使用通用的启动子，会使选定的因子持续表达而产生 不需要的产物，因此不适合。最好的选择是组织特异性启动子， 不需要的产物，因此不适合。最好的选择是组织特异性启动子， 因为它可以防止选定的因子干扰新新细胞表型的适度分化。 因为它可以防止选定的因子干扰新新细胞表型的适度分化。 4.确定是否需要对因子进行修饰 确定是否需要对因子进行修饰 在施加了一定选定因子后并没有发生期待中的转分化。 在施加了一定选定因子后并没有发生期待中的转分化。 在否定该因子之前，可测试它的超活化形式 超活化形式。 在否定该因子之前，可测试它的超活化形式。最简单的方法是 使用经过特征描述的强力激活结构域如VP16 无论和N端和C VP16。 使用经过特征描述的强力激活结构域如VP16。无论和N端和C 端融合无关， 端融合无关，但需要将它与转录因子的整个开放阅读框融合而 不是单纯与DNA结合结合域融合。 DNA结合结合域融合 不是单纯与DNA结合结合域融合。
【体外转化】 体外转化】 改变细胞外环境或者内环境促进肝细胞转分化胰腺 细胞实例。 细胞实例。 实例一 分离培养（含有LIF 肝卵圆细胞，当撤走LIF LIF） LIF并添 分离培养（含有LIF）肝卵圆细胞，当撤走LIF并添 高浓度的葡萄糖， 加高浓度的葡萄糖，卵圆细胞即转化为可表达胰高 血糖素、胰岛素和胰多肽等多种形态的胰腺细胞。 血糖素、胰岛素和胰多肽等多种形态的胰腺细胞。 多种形态的胰腺细胞 其中，葡萄糖能够促进正常胰腺中的β 其中，葡萄糖能够促进正常胰腺中的β细胞生长和 分化。 分化。
引言 现已证实，已经分化的细胞或 现已证实，已经分化的细胞或组织特异性干细胞 分化的细胞 能够改变其原有表型 显现出其它组织细胞的功 原有表型， 能够改变其原有表型，显现出其它组织细胞的功 能特征。 能特征。
为什么研究转分化？ 为什么研究转分化？
1.揭示胚胎发育时组织间的相互转变；转分化通常在胚胎的 揭示胚胎发育时组织间的相互转变； 揭示胚胎发育时组织间的相互转变 相邻区域发生，两者间仅存个别转录因子差异。 相邻区域发生，两者间仅存个别转录因子差异。相关基因的 鉴定，就可能解释胚胎相邻区域何以存在发育差别的问题。 鉴定，就可能解释胚胎相邻区域何以存在发育差别的问题。 2.探明癌变机制。如鉴定Barrtt生化的关键信号分子，可探明 探明癌变机制。 鉴定 生化的关键信号分子， 探明癌变机制 生化的关键信号分子 肿瘤形成机制，以提供潜在的治疗靶标以及有效的诊断方法。 肿瘤形成机制，以提供潜在的治疗靶标以及有效的诊断方法。 3. 有助于鉴定主开关基因，以便能够为治疗目的而对干细胞 有助于鉴定主开关基因 主开关基因， 或分化细胞进行重编程。 或分化细胞进行重编程。 4.如果能够鉴定出诱导再生的信号分子，将促进那些不能再 如果能够鉴定出诱导再生的信号分子， 如果能够鉴定出诱导再生的信号分子 生的组织进行重建（如肢体重建）。 生的组织进行重建（如肢体重建）。