干細(xì)胞和組織再生醫(yī)學(xué)細(xì)胞生物學(xué)

1、干細(xì)胞和組織再生醫(yī)學(xué)細(xì)胞生物學(xué)n再生再生(regeneration)指生物體受損后的組織指生物體受損后的組織或器官的重新形成已失去部分的過(guò)程?；蚱鞴俚闹匦滦纬梢咽ゲ糠值倪^(guò)程。 組織修復(fù)組織修復(fù)/ /組織再生組織再生自然界中生物的再生現(xiàn)象自然界中生物的再生現(xiàn)象n將水螅切斷后，斷面能夠識(shí)別頭部或者尾部的位置，如果將水螅切斷后，斷面能夠識(shí)別頭部或者尾部的位置，如果切掉的是頭，頭部將在該位置再生；如果切掉的是尾，尾切掉的是頭，頭部將在該位置再生；如果切掉的是尾，尾巴將在該位置再生。巴將在該位置再生。n蠑螈的四肢、壁虎的尾巴都具有自然再生的能力蠑螈的四肢、壁虎的尾巴都具有自然再生的能力n人體組織也有再

2、生現(xiàn)象。人體組織也有再生現(xiàn)象。 細(xì)胞的再生細(xì)胞的再生n物種的再生能力與組織和器官的分化程度相反。物種的再生能力與組織和器官的分化程度相反。n肌體的再生和細(xì)胞的修復(fù)均由肌體的再生和細(xì)胞的修復(fù)均由干細(xì)胞干細(xì)胞來(lái)補(bǔ)充。來(lái)補(bǔ)充。 組織干細(xì)胞保持著自我更新和分化的潛能，維持組織器官的穩(wěn)態(tài)平衡。組織干細(xì)胞保持著自我更新和分化的潛能，維持組織器官的穩(wěn)態(tài)平衡。干細(xì)胞干細(xì)胞 stem celln干細(xì)胞是一類具有自我更新和分化潛能的細(xì)胞，能夠干細(xì)胞是一類具有自我更新和分化潛能的細(xì)胞，能夠產(chǎn)生至少一種類型的、高度分化的子代細(xì)胞。產(chǎn)生至少一種類型的、高度分化的子代細(xì)胞。n個(gè)體發(fā)育的不同階段不同組織中均存在。個(gè)體發(fā)育的

3、不同階段不同組織中均存在。n隨發(fā)育的進(jìn)程其數(shù)量和分化潛能逐漸降低。隨發(fā)育的進(jìn)程其數(shù)量和分化潛能逐漸降低。n它的主要功能是控制和維持細(xì)胞的再生。它的主要功能是控制和維持細(xì)胞的再生。按分化潛能可將干細(xì)胞分為按分化潛能可將干細(xì)胞分為n全能干細(xì)胞全能干細(xì)胞(totipotent stem cell) ：任何一個(gè)細(xì)胞都可以發(fā)任何一個(gè)細(xì)胞都可以發(fā)育成一個(gè)完整個(gè)體，如受精卵桑葚胚育成一個(gè)完整個(gè)體，如受精卵桑葚胚n多能多能 干細(xì)胞干細(xì)胞(pluripotent stem cell) ：可以分化為來(lái)自內(nèi)、可以分化為來(lái)自內(nèi)、中、外三個(gè)胚層的各種細(xì)胞，如內(nèi)細(xì)胞團(tuán)中、外三個(gè)胚層的各種細(xì)胞，如內(nèi)細(xì)胞團(tuán)n專能干細(xì)胞專能干

4、細(xì)胞(multipotent stem cell )：如上皮組織基底層的如上皮組織基底層的干細(xì)胞、干細(xì)胞、造血干細(xì)胞造血干細(xì)胞n單能干細(xì)胞單能干細(xì)胞（unipotent stem cell ：如表皮干細(xì)胞如表皮干細(xì)胞按發(fā)生學(xué)來(lái)源可將干細(xì)胞分為按發(fā)生學(xué)來(lái)源可將干細(xì)胞分為n胚胎干細(xì)胞胚胎干細(xì)胞(embryonic stem cell，ESC) 、生殖干細(xì)胞生殖干細(xì)胞(germline stem cell )和成體肝細(xì)和成體肝細(xì)胞胞（adult stem cell ） 組織干細(xì)胞組織干細(xì)胞tissue specific stem cell人類胚胎干細(xì)胞人類胚胎干細(xì)胞n成體干細(xì)胞成體干細(xì)胞(adult

5、 stem cell )：出現(xiàn)在已特化的組織中：出現(xiàn)在已特化的組織中的未分化的細(xì)胞，能夠自我更新，并且能分化產(chǎn)生的未分化的細(xì)胞，能夠自我更新，并且能分化產(chǎn)生該組織的各種特化類型的組織細(xì)胞。該組織的各種特化類型的組織細(xì)胞。An adult stem cell collected from human bone marrow干細(xì)胞的生物學(xué)特征干細(xì)胞的生物學(xué)特征n干細(xì)胞具有未分化或低分化特性，多向分干細(xì)胞具有未分化或低分化特性，多向分化潛能?；瘽撃?。n干細(xì)胞具有干細(xì)胞具有“無(wú)限無(wú)限”的自我更新能力。的自我更新能力。 n 可連續(xù)分裂幾代，也可在較長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)處于可連續(xù)分裂幾代，也可在較長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)處于靜止?fàn)顟B(tài)

6、。靜止?fàn)顟B(tài)。干細(xì)胞的形態(tài)及生化特征干細(xì)胞的形態(tài)及生化特征形態(tài)：體積小、核大、細(xì)胞器不發(fā)達(dá)形態(tài)：體積小、核大、細(xì)胞器不發(fā)達(dá)生化：干細(xì)胞的共同標(biāo)志，如端粒酶活性生化：干細(xì)胞的共同標(biāo)志，如端粒酶活性 不同干細(xì)胞的特有標(biāo)志，如人造血干細(xì)胞表現(xiàn)為不同干細(xì)胞的特有標(biāo)志，如人造血干細(xì)胞表現(xiàn)為CD34CD34和和 CD133CD133 ；上皮干細(xì)胞有高表達(dá)的；上皮干細(xì)胞有高表達(dá)的11整合素，可介導(dǎo)干細(xì)胞與細(xì)胞外基質(zhì)整合素，可介導(dǎo)干細(xì)胞與細(xì)胞外基質(zhì)粘附從而抑制其分化的發(fā)生粘附從而抑制其分化的發(fā)生；神經(jīng)干細(xì)胞神經(jīng)干細(xì)胞 NestinNestin、CD133CD133和和CD24CD24等等n本質(zhì)特征：具有增殖和自

7、我更新能力以及本質(zhì)特征：具有增殖和自我更新能力以及在適當(dāng)條件下表現(xiàn)出一定的分化潛能。在適當(dāng)條件下表現(xiàn)出一定的分化潛能。獨(dú)特的增殖特性獨(dú)特的增殖特性n分裂的周期性慢，絕大多數(shù)干細(xì)胞處于分裂的周期性慢，絕大多數(shù)干細(xì)胞處于G0期。進(jìn)入分化程序時(shí)先經(jīng)過(guò)一個(gè)短暫的增期。進(jìn)入分化程序時(shí)先經(jīng)過(guò)一個(gè)短暫的增殖期，形成過(guò)渡放大細(xì)胞（殖期，形成過(guò)渡放大細(xì)胞（transit amplifying cell）n意義：緩慢增殖有利于對(duì)外界信號(hào)做出反應(yīng)，減少發(fā)意義：緩慢增殖有利于對(duì)外界信號(hào)做出反應(yīng)，減少發(fā)生基因突變的危險(xiǎn)，而快速分裂的過(guò)渡放大細(xì)胞使干生基因突變的危險(xiǎn)，而快速分裂的過(guò)渡放大細(xì)胞使干細(xì)胞僅進(jìn)行較少次數(shù)的分裂即

8、可產(chǎn)生較多數(shù)量的分化細(xì)胞僅進(jìn)行較少次數(shù)的分裂即可產(chǎn)生較多數(shù)量的分化細(xì)胞。細(xì)胞。 增殖有自穩(wěn)定性增殖有自穩(wěn)定性n通過(guò)自我更新（通過(guò)自我更新（self-renewing）和維持自身數(shù)量實(shí)）和維持自身數(shù)量實(shí)現(xiàn)自穩(wěn)定性（現(xiàn)自穩(wěn)定性（self-maintenance）。）。n在自我更新中，分裂的形式分為對(duì)稱分裂和不對(duì)稱分裂。在自我更新中，分裂的形式分為對(duì)稱分裂和不對(duì)稱分裂。n對(duì)稱分裂對(duì)稱分裂symmetry division：干細(xì)胞分裂產(chǎn)生同類：干細(xì)胞分裂產(chǎn)生同類型細(xì)胞，如兩個(gè)子細(xì)胞都是干細(xì)胞或都是分化細(xì)胞型細(xì)胞，如兩個(gè)子細(xì)胞都是干細(xì)胞或都是分化細(xì)胞n不對(duì)稱分裂不對(duì)稱分裂a(bǔ)symmetry divisi

9、on：干細(xì)胞分裂產(chǎn)生不同：干細(xì)胞分裂產(chǎn)生不同類型細(xì)胞，如兩個(gè)子細(xì)胞中一個(gè)是干細(xì)胞另一個(gè)是分化類型細(xì)胞，如兩個(gè)子細(xì)胞中一個(gè)是干細(xì)胞另一個(gè)是分化細(xì)胞細(xì)胞干細(xì)胞有干細(xì)胞有可塑性可塑性n在適當(dāng)條件下，可實(shí)現(xiàn)細(xì)胞的轉(zhuǎn)分化在適當(dāng)條件下，可實(shí)現(xiàn)細(xì)胞的轉(zhuǎn)分化和去和去分化。分化。n轉(zhuǎn)分化轉(zhuǎn)分化（transdifferentiation） ：一種組織類型的干細(xì)：一種組織類型的干細(xì)胞，在適當(dāng)條件下分化成另一組織類型的細(xì)胞。胞，在適當(dāng)條件下分化成另一組織類型的細(xì)胞。n去分化去分化（dedifferentiation）：干細(xì)胞向其前體細(xì)胞的：干細(xì)胞向其前體細(xì)胞的逆向轉(zhuǎn)化。逆向轉(zhuǎn)化。n1999年年Goodell分離出小鼠

10、的肌肉干細(xì)胞，分離出小鼠的肌肉干細(xì)胞，體外培養(yǎng)體外培養(yǎng)5天后，與少量的骨髓間質(zhì)細(xì)胞天后，與少量的骨髓間質(zhì)細(xì)胞一起移植入接受致死量輻射的小鼠中，結(jié)一起移植入接受致死量輻射的小鼠中，結(jié)果發(fā)現(xiàn)肌肉干細(xì)胞會(huì)分化為各種血細(xì)胞系。果發(fā)現(xiàn)肌肉干細(xì)胞會(huì)分化為各種血細(xì)胞系。n該現(xiàn)象的調(diào)控機(jī)制目前還不清楚。大多數(shù)觀點(diǎn)該現(xiàn)象的調(diào)控機(jī)制目前還不清楚。大多數(shù)觀點(diǎn)認(rèn)為干細(xì)胞的分化與微環(huán)境密切相關(guān)?？赡艿恼J(rèn)為干細(xì)胞的分化與微環(huán)境密切相關(guān)。可能的機(jī)制是，干細(xì)胞進(jìn)入新的微環(huán)境后，對(duì)分化信機(jī)制是，干細(xì)胞進(jìn)入新的微環(huán)境后，對(duì)分化信號(hào)的反應(yīng)受到周圍正在進(jìn)行分化的細(xì)胞的影響，號(hào)的反應(yīng)受到周圍正在進(jìn)行分化的細(xì)胞的影響，從而對(duì)新的微環(huán)境中

11、的調(diào)節(jié)信號(hào)做出反應(yīng)。從而對(duì)新的微環(huán)境中的調(diào)節(jié)信號(hào)做出反應(yīng)。 干細(xì)胞微環(huán)境干細(xì)胞微環(huán)境n一系列的干細(xì)胞與細(xì)胞外所有物質(zhì)共同構(gòu)成的細(xì)胞生長(zhǎng)一系列的干細(xì)胞與細(xì)胞外所有物質(zhì)共同構(gòu)成的細(xì)胞生長(zhǎng)的微環(huán)境的微環(huán)境，又稱為干細(xì)胞巢（，又稱為干細(xì)胞巢（stem cell niche）。）。n是干細(xì)胞維持自我更新和分化潛能的重要場(chǎng)所。是干細(xì)胞維持自我更新和分化潛能的重要場(chǎng)所。干細(xì)胞微環(huán)境包括多種組成成分干細(xì)胞微環(huán)境包括多種組成成分n信號(hào)分子信號(hào)分子: :以自分泌或旁分泌的形式影響干細(xì)胞的增以自分泌或旁分泌的形式影響干細(xì)胞的增殖與分化。殖與分化。n細(xì)胞黏附分子細(xì)胞黏附分子: :確保干細(xì)胞定居于微環(huán)境中，并接受信確保

12、干細(xì)胞定居于微環(huán)境中，并接受信號(hào)分子的調(diào)節(jié)。號(hào)分子的調(diào)節(jié)。n細(xì)胞外基質(zhì)細(xì)胞外基質(zhì): :對(duì)干細(xì)胞正常功能的維持提供了重要信號(hào)，對(duì)干細(xì)胞正常功能的維持提供了重要信號(hào)，并且可以直接調(diào)節(jié)干細(xì)胞的分化方向。并且可以直接調(diào)節(jié)干細(xì)胞的分化方向。n空間效應(yīng)空間效應(yīng): :空間結(jié)構(gòu)對(duì)保持適宜的干細(xì)胞數(shù)目和干細(xì)空間結(jié)構(gòu)對(duì)保持適宜的干細(xì)胞數(shù)目和干細(xì)胞的定向分化發(fā)揮了重要作用。胞的定向分化發(fā)揮了重要作用。 果蠅卵巢干細(xì)胞微環(huán)境果蠅卵巢干細(xì)胞微環(huán)境 生殖干細(xì)胞生殖干細(xì)胞GSC位于卵巢原卵區(qū)的頂部，并被三種不同的基質(zhì)細(xì)胞位于卵巢原卵區(qū)的頂部，并被三種不同的基質(zhì)細(xì)胞群所包繞：端絲、帽細(xì)胞以及內(nèi)鞘細(xì)胞。這三種基質(zhì)細(xì)胞以及基膜群

13、所包繞：端絲、帽細(xì)胞以及內(nèi)鞘細(xì)胞。這三種基質(zhì)細(xì)胞以及基膜共同構(gòu)成微環(huán)境，其中帽細(xì)胞通過(guò)緊密連接固定共同構(gòu)成微環(huán)境，其中帽細(xì)胞通過(guò)緊密連接固定GSC，與其他基質(zhì)細(xì)，與其他基質(zhì)細(xì)胞產(chǎn)生的細(xì)胞信號(hào)分子共同調(diào)控胞產(chǎn)生的細(xì)胞信號(hào)分子共同調(diào)控GSC的生長(zhǎng)和分化。的生長(zhǎng)和分化。干細(xì)胞需要特殊的微環(huán)境才能執(zhí)行正常的生理功能干細(xì)胞需要特殊的微環(huán)境才能執(zhí)行正常的生理功能n如果將造血干細(xì)胞從其正常生存的微環(huán)境中分離，它們?nèi)绻麑⒃煅杉?xì)胞從其正常生存的微環(huán)境中分離，它們即喪失了自我更新的能力。即喪失了自我更新的能力。n微環(huán)境還能調(diào)控干細(xì)胞的分化發(fā)育方向，在不同信號(hào)途微環(huán)境還能調(diào)控干細(xì)胞的分化發(fā)育方向，在不同信號(hào)途徑構(gòu)

14、成的微環(huán)境中，干細(xì)胞能向不同的譜系細(xì)胞分化。徑構(gòu)成的微環(huán)境中，干細(xì)胞能向不同的譜系細(xì)胞分化。 黃禹錫造假事件黃禹錫造假事件胚胎干細(xì)胞胚胎干細(xì)胞(embryonic stem cell，ESC)n在人胚胎發(fā)育早期在人胚胎發(fā)育早期囊胚中含有未分化的細(xì)胞。囊胚中含有未分化的細(xì)胞。n囊胚含有約囊胚含有約140個(gè)細(xì)胞，外表是一層扁平細(xì)胞，稱滋養(yǎng)個(gè)細(xì)胞，外表是一層扁平細(xì)胞，稱滋養(yǎng)層，可發(fā)育成胚胎的支持組織如胎盤等。中心的腔稱囊層，可發(fā)育成胚胎的支持組織如胎盤等。中心的腔稱囊胚腔，腔內(nèi)一側(cè)的細(xì)胞群，稱內(nèi)細(xì)胞群（胚腔，腔內(nèi)一側(cè)的細(xì)胞群，稱內(nèi)細(xì)胞群（inner cell mass, ICM） 。n內(nèi)細(xì)胞群在形成

15、內(nèi)、中、外三個(gè)胚層時(shí)開(kāi)內(nèi)細(xì)胞群在形成內(nèi)、中、外三個(gè)胚層時(shí)開(kāi)始分化。每個(gè)胚層將分別分化形成人體的始分化。每個(gè)胚層將分別分化形成人體的各種組織和器官。各種組織和器官。n當(dāng)內(nèi)細(xì)胞群在培養(yǎng)皿中培養(yǎng)時(shí)，我們稱之當(dāng)內(nèi)細(xì)胞群在培養(yǎng)皿中培養(yǎng)時(shí)，我們稱之為胚胎干細(xì)胞。為胚胎干細(xì)胞。ESC特點(diǎn)特點(diǎn)n可在體外無(wú)限培養(yǎng)可在體外無(wú)限培養(yǎng)增殖增殖n長(zhǎng)期保持原始未分長(zhǎng)期保持原始未分化狀態(tài)化狀態(tài)n可分化出衍生于可分化出衍生于3胚胚層的各類組織細(xì)胞層的各類組織細(xì)胞胚胎干細(xì)胞可以誘導(dǎo)分化為任何一種組織細(xì)胞胚胎干細(xì)胞可以誘導(dǎo)分化為任何一種組織細(xì)胞ESCESC的獲得的獲得nThomson的工作的工作: :從人類胚胎的囊胚期內(nèi)細(xì)胞群中

16、從人類胚胎的囊胚期內(nèi)細(xì)胞群中直接分離多能干細(xì)胞。學(xué)者們從體外受精臨床實(shí)直接分離多能干細(xì)胞。學(xué)者們從體外受精臨床實(shí)驗(yàn)室得到胚胎，這些胚胎是不育癥臨床治療后不驗(yàn)室得到胚胎，這些胚胎是不育癥臨床治療后不需要的，用于繁殖，而非研究目的。從捐獻(xiàn)者夫需要的，用于繁殖，而非研究目的。從捐獻(xiàn)者夫婦處獲得知情同意書后，婦處獲得知情同意書后，Dr.Thomson分離了內(nèi)細(xì)分離了內(nèi)細(xì)胞群胞群,將這些細(xì)胞進(jìn)行培養(yǎng)，產(chǎn)生一個(gè)多能性干細(xì)胞將這些細(xì)胞進(jìn)行培養(yǎng)，產(chǎn)生一個(gè)多能性干細(xì)胞系。系。 nGearhart的工作：從終止妊娠的胎兒組織中分離出的工作：從終止妊娠的胎兒組織中分離出多能性干細(xì)胞。捐獻(xiàn)者自行決定了終止妊娠，從他多

17、能性干細(xì)胞。捐獻(xiàn)者自行決定了終止妊娠，從他們那兒獲得了知情同意書后，們那兒獲得了知情同意書后，Dr. Gearheart從胎兒從胎兒原本要發(fā)育成生殖腺的部位取得細(xì)胞。原本要發(fā)育成生殖腺的部位取得細(xì)胞。n盡管盡管Dr. Thomson 實(shí)驗(yàn)室和實(shí)驗(yàn)室和Dr. Gearheart實(shí)驗(yàn)室使實(shí)驗(yàn)室使用的細(xì)胞系來(lái)源不同，但發(fā)育成熟的細(xì)胞看起來(lái)非常相用的細(xì)胞系來(lái)源不同，但發(fā)育成熟的細(xì)胞看起來(lái)非常相似。似。 胚胎生殖細(xì)胞胚胎生殖細(xì)胞(embryonic germ cell, EG cell ) ：來(lái)自于早期胚胎：來(lái)自于早期胚胎（5-10周）胎兒生殖嵴的原生殖細(xì)胞，也屬于多能干細(xì)胞。周）胎兒生殖嵴的原生殖細(xì)胞

18、，也屬于多能干細(xì)胞。體細(xì)胞核轉(zhuǎn)移體細(xì)胞核轉(zhuǎn)移n將一個(gè)正常的動(dòng)物卵細(xì)胞去除細(xì)胞核（含染色體的細(xì)胞將一個(gè)正常的動(dòng)物卵細(xì)胞去除細(xì)胞核（含染色體的細(xì)胞結(jié)構(gòu)）。存留在卵細(xì)胞內(nèi)的物質(zhì)含營(yíng)養(yǎng)成分和對(duì)胚胎發(fā)結(jié)構(gòu)）。存留在卵細(xì)胞內(nèi)的物質(zhì)含營(yíng)養(yǎng)成分和對(duì)胚胎發(fā)育非常重要的能量物質(zhì)。而后，在非常精細(xì)調(diào)控的實(shí)驗(yàn)育非常重要的能量物質(zhì)。而后，在非常精細(xì)調(diào)控的實(shí)驗(yàn)室條件下，將單個(gè)體細(xì)胞室條件下，將單個(gè)體細(xì)胞除卵細(xì)胞或精子細(xì)胞之外的除卵細(xì)胞或精子細(xì)胞之外的任一種細(xì)胞任一種細(xì)胞與除去核卵細(xì)胞放在一起，使兩者相融合。與除去核卵細(xì)胞放在一起，使兩者相融合。融合細(xì)胞以及其子細(xì)胞具有發(fā)育成一個(gè)完整個(gè)體的潛能，融合細(xì)胞以及其子細(xì)胞具有發(fā)育

19、成一個(gè)完整個(gè)體的潛能，因此是全能性的。因此是全能性的。 胚胎干細(xì)胞的主要特征胚胎干細(xì)胞的主要特征形態(tài)：體積小、核大、緊密堆積，無(wú)明顯細(xì)胞形態(tài)：體積小、核大、緊密堆積，無(wú)明顯細(xì)胞界限界限生化：胚胎階段特異性抗原（生化：胚胎階段特異性抗原（stage-specific embryonic antigen，SSEA） 端粒酶端粒酶活性高活性高分化能力強(qiáng)，可在體外長(zhǎng)期培養(yǎng)分化能力強(qiáng)，可在體外長(zhǎng)期培養(yǎng)為什么進(jìn)行胚胎干細(xì)胞研究為什么進(jìn)行胚胎干細(xì)胞研究干細(xì)胞技術(shù)的市場(chǎng)前景干細(xì)胞技術(shù)的市場(chǎng)前景n研究干細(xì)胞增殖和分化機(jī)制的最終目的是應(yīng)用干細(xì)胞治療疾病。研究干細(xì)胞增殖和分化機(jī)制的最終目的是應(yīng)用干細(xì)胞治療疾病。理論

20、上講，干細(xì)胞可以用于各種疾病的治療，但其最適合的疾病理論上講，干細(xì)胞可以用于各種疾病的治療，但其最適合的疾病主要是組織壞死性疾病如缺血引起的心肌壞死，退行性病變?nèi)缗林饕墙M織壞死性疾病如缺血引起的心肌壞死，退行性病變?nèi)缗两鹕C合征，自體免疫性疾病如胰島素依賴型糖尿病等。金森綜合征，自體免疫性疾病如胰島素依賴型糖尿病等。優(yōu)點(diǎn)明顯優(yōu)點(diǎn)明顯n應(yīng)用干細(xì)胞治療疾病較傳統(tǒng)方法具有很多優(yōu)點(diǎn)：應(yīng)用干細(xì)胞治療疾病較傳統(tǒng)方法具有很多優(yōu)點(diǎn)：n低毒性（或無(wú)毒性），一次給藥有效；低毒性（或無(wú)毒性），一次給藥有效； n不需要完全了解疾病發(fā)病的確切機(jī)理；不需要完全了解疾病發(fā)病的確切機(jī)理； n還可能應(yīng)用自身干細(xì)胞移植，避免產(chǎn)

21、生免疫排斥反應(yīng)。還可能應(yīng)用自身干細(xì)胞移植，避免產(chǎn)生免疫排斥反應(yīng)。n將將ESC注射到裸鼠皮下，小鼠可產(chǎn)生畸胎瘤。分化的胚注射到裸鼠皮下，小鼠可產(chǎn)生畸胎瘤。分化的胚胎組織包括胃上皮組織胎組織包括胃上皮組織(內(nèi)胚層內(nèi)胚層),骨和軟骨組織、平滑骨和軟骨組織、平滑肌和橫紋肌肌和橫紋肌(中胚層中胚層)，神經(jīng)表皮、神經(jīng)節(jié)和復(fù)層鱗，神經(jīng)表皮、神經(jīng)節(jié)和復(fù)層鱗狀上皮狀上皮(外胚層外胚層)等。等。n動(dòng)物模型：嵌合體小鼠動(dòng)物模型：嵌合體小鼠存在的問(wèn)題存在的問(wèn)題nESC的分離培養(yǎng)首先需要解決的問(wèn)題是阻止引起分化的分離培養(yǎng)首先需要解決的問(wèn)題是阻止引起分化的基因的激活與表達(dá)，以實(shí)現(xiàn)分化抑制，保證細(xì)胞的的基因的激活與表達(dá)，以

22、實(shí)現(xiàn)分化抑制，保證細(xì)胞的全能性。全能性。ESC在體外需在飼養(yǎng)層在體外需在飼養(yǎng)層(feeder layer)細(xì)胞細(xì)胞上培養(yǎng)才能維持其未分化狀態(tài)，一旦脫離飼養(yǎng)層就上培養(yǎng)才能維持其未分化狀態(tài)，一旦脫離飼養(yǎng)層就自發(fā)地進(jìn)行分化。自發(fā)地進(jìn)行分化。 選擇合適培養(yǎng)基，添加選擇合適培養(yǎng)基，添加LIF（小鼠（小鼠ES細(xì)胞細(xì)胞 ） LIF是目前唯一明確的保持小鼠干細(xì)胞特性的重要細(xì)胞因子，維持其增是目前唯一明確的保持小鼠干細(xì)胞特性的重要細(xì)胞因子，維持其增殖狀態(tài)。殖狀態(tài)。 LIF-STAT信號(hào)通路圖信號(hào)通路圖 n如何定向誘導(dǎo)干細(xì)胞分化？如何定向誘導(dǎo)干細(xì)胞分化？- 細(xì)胞分化是多種細(xì)胞因子相互作用細(xì)胞分化是多種細(xì)胞因子相互

23、作用引起細(xì)胞一系列復(fù)雜的生理生化反應(yīng)的過(guò)程，因而要誘導(dǎo)產(chǎn)生某種特異類型的引起細(xì)胞一系列復(fù)雜的生理生化反應(yīng)的過(guò)程，因而要誘導(dǎo)產(chǎn)生某種特異類型的組織，需要了解各種因子在何時(shí)何地開(kāi)始作用，以及何時(shí)何地停止作用組織，需要了解各種因子在何時(shí)何地開(kāi)始作用，以及何時(shí)何地停止作用。n由胚胎干細(xì)胞在體外發(fā)育成一完整的器官尤其是像由胚胎干細(xì)胞在體外發(fā)育成一完整的器官尤其是像心、肝、腎、肺等大型精細(xì)復(fù)雜的器官這如何克服心、肝、腎、肺等大型精細(xì)復(fù)雜的器官這如何克服移植排斥反應(yīng)移植排斥反應(yīng)n對(duì)胚胎干細(xì)胞及其衍生細(xì)胞的移植的安全性尚需做對(duì)胚胎干細(xì)胞及其衍生細(xì)胞的移植的安全性尚需做全面、客觀、深入的評(píng)價(jià)。全面、客觀、深入的

24、評(píng)價(jià)。n人胚胎干細(xì)胞的來(lái)源是否合乎法律及道德，應(yīng)用過(guò)程中人胚胎干細(xì)胞的來(lái)源是否合乎法律及道德，應(yīng)用過(guò)程中所產(chǎn)生的倫理及法律問(wèn)題如何處理。所產(chǎn)生的倫理及法律問(wèn)題如何處理。 n研究表明人體脂肪、胎盤等組織中的干細(xì)胞，具有驚人研究表明人體脂肪、胎盤等組織中的干細(xì)胞，具有驚人的可塑性，和胚胎干細(xì)胞一樣，可以分化成各種各樣的的可塑性，和胚胎干細(xì)胞一樣，可以分化成各種各樣的組織細(xì)胞，可以通過(guò)誘導(dǎo)使成體干細(xì)胞進(jìn)行特化發(fā)育，組織細(xì)胞，可以通過(guò)誘導(dǎo)使成體干細(xì)胞進(jìn)行特化發(fā)育，然后將其移植回病人體內(nèi)，這樣既可以避免發(fā)生排斥現(xiàn)然后將其移植回病人體內(nèi)，這樣既可以避免發(fā)生排斥現(xiàn)象，也可以避免使用來(lái)源于人體胚胎或人體胎兒的

25、干細(xì)象，也可以避免使用來(lái)源于人體胚胎或人體胎兒的干細(xì)胞。胞。成體干細(xì)胞的不足之處：成體干細(xì)胞的不足之處：n人們尚未從人體的全部組織中分離出成體干細(xì)胞，例如人們尚未人們尚未從人體的全部組織中分離出成體干細(xì)胞，例如人們尚未發(fā)現(xiàn)人類的成體心臟干細(xì)胞。發(fā)現(xiàn)人類的成體心臟干細(xì)胞。n成體干細(xì)胞含量極微，很難分離和純化，且數(shù)量隨年齡增長(zhǎng)而成體干細(xì)胞含量極微，很難分離和純化，且數(shù)量隨年齡增長(zhǎng)而降低。降低。n在一些遺傳缺陷疾病中，遺傳錯(cuò)誤很可能也會(huì)出現(xiàn)于病人的干在一些遺傳缺陷疾病中，遺傳錯(cuò)誤很可能也會(huì)出現(xiàn)于病人的干細(xì)胞中，這樣的干細(xì)胞不適于移植。細(xì)胞中，這樣的干細(xì)胞不適于移植。n成人身上獲得的干細(xì)胞可能沒(méi)有年輕

26、人的干細(xì)胞那樣的增殖能力。成人身上獲得的干細(xì)胞可能沒(méi)有年輕人的干細(xì)胞那樣的增殖能力。n由于日常生活中人是暴露在各種環(huán)境之下的，日光和毒素等都有由于日常生活中人是暴露在各種環(huán)境之下的，日光和毒素等都有可能造成基因突變，成體干細(xì)胞可能包含更多的可能造成基因突變，成體干細(xì)胞可能包含更多的DNA異常等等。異常等等。 iPS細(xì)胞（細(xì)胞（induced pluripotent stem cells）n2006年年Yamanaka發(fā)現(xiàn)，胚胎干細(xì)胞中存在一系列特發(fā)現(xiàn)，胚胎干細(xì)胞中存在一系列特異性表達(dá)的蛋白質(zhì)，而當(dāng)胚胎干細(xì)胞分化時(shí)，這些蛋白異性表達(dá)的蛋白質(zhì)，而當(dāng)胚胎干細(xì)胞分化時(shí)，這些蛋白表達(dá)減少。提出如果在小鼠

27、體細(xì)胞內(nèi)表達(dá)這些蛋白，或表達(dá)減少。提出如果在小鼠體細(xì)胞內(nèi)表達(dá)這些蛋白，或許能使體細(xì)胞轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂懈杉?xì)胞全能性質(zhì)的細(xì)胞。許能使體細(xì)胞轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂懈杉?xì)胞全能性質(zhì)的細(xì)胞。n經(jīng)過(guò)研究發(fā)現(xiàn)可使用病毒載體將經(jīng)過(guò)研究發(fā)現(xiàn)可使用病毒載體將Oct4，Sox2，c-Myc和和Klf4等轉(zhuǎn)錄因子導(dǎo)入到小等轉(zhuǎn)錄因子導(dǎo)入到小鼠皮膚成纖維細(xì)胞，形成具有干細(xì)胞形態(tài)鼠皮膚成纖維細(xì)胞，形成具有干細(xì)胞形態(tài)的細(xì)胞群落。這些細(xì)胞群落具有的細(xì)胞群落。這些細(xì)胞群落具有SSEA，也，也通過(guò)畸胎瘤形成等其他干細(xì)胞指標(biāo)檢測(cè)，通過(guò)畸胎瘤形成等其他干細(xì)胞指標(biāo)檢測(cè)，充分證明了它們具有多能性。充分證明了它們具有多能性。nOct4，Sox2被證明是維持干細(xì)

28、胞狀態(tài)所必被證明是維持干細(xì)胞狀態(tài)所必需的因子，而另外兩個(gè)因子更多起到的是需的因子，而另外兩個(gè)因子更多起到的是促進(jìn)轉(zhuǎn)化和抑制凋亡的作用。促進(jìn)轉(zhuǎn)化和抑制凋亡的作用。nOct4, Sox2, c-Myc 、 Klf4或或Oct4, Sox2, Nanog 、Lin28 Oct4 、Klf4或或c-Myc（神經(jīng)細(xì)胞）（神經(jīng)細(xì)胞） Oct4（鼠神經(jīng)干細(xì)胞）（鼠神經(jīng)干細(xì)胞）？n這一發(fā)現(xiàn)分別被這一發(fā)現(xiàn)分別被自然自然和和科學(xué)科學(xué)雜志評(píng)為雜志評(píng)為2007年年第一和第二大科學(xué)進(jìn)展。第一和第二大科學(xué)進(jìn)展。n2008.4，美國(guó)科學(xué)家將實(shí)驗(yàn)鼠皮膚細(xì)胞改造成，美國(guó)科學(xué)家將實(shí)驗(yàn)鼠皮膚細(xì)胞改造成iPS細(xì)胞，細(xì)胞，然后成功使其

29、分化成心肌細(xì)胞、血管平滑肌細(xì)胞及造血然后成功使其分化成心肌細(xì)胞、血管平滑肌細(xì)胞及造血細(xì)胞。細(xì)胞。n2009.2，日本科學(xué)家宣布成功利用人類皮膚細(xì)胞制成的，日本科學(xué)家宣布成功利用人類皮膚細(xì)胞制成的iPS細(xì)胞培育出血小板，而且聲稱從技術(shù)上說(shuō)用細(xì)胞培育出血小板，而且聲稱從技術(shù)上說(shuō)用iPS細(xì)胞細(xì)胞培育人類紅細(xì)胞和白細(xì)胞都是可能的。培育人類紅細(xì)胞和白細(xì)胞都是可能的。n2010.6，美、日的三個(gè)研究小組分別實(shí)現(xiàn)了將人體血，美、日的三個(gè)研究小組分別實(shí)現(xiàn)了將人體血細(xì)胞轉(zhuǎn)化為細(xì)胞轉(zhuǎn)化為iPS細(xì)胞。細(xì)胞。iPS細(xì)胞與胚胎干細(xì)胞相比有很多優(yōu)點(diǎn)：細(xì)胞與胚胎干細(xì)胞相比有很多優(yōu)點(diǎn)：niPS細(xì)胞則由體細(xì)胞誘導(dǎo)產(chǎn)生，不存在來(lái)

30、源的問(wèn)題。細(xì)胞則由體細(xì)胞誘導(dǎo)產(chǎn)生，不存在來(lái)源的問(wèn)題。niPS細(xì)胞取自病人組織，產(chǎn)生的是病人特異的干細(xì)胞，避免了免細(xì)胞取自病人組織，產(chǎn)生的是病人特異的干細(xì)胞，避免了免疫排斥反應(yīng)。疫排斥反應(yīng)。iPS細(xì)胞缺點(diǎn)：細(xì)胞缺點(diǎn)：nc-myc是原癌基因，此基因的失控會(huì)導(dǎo)致癌癥的發(fā)生。是原癌基因，此基因的失控會(huì)導(dǎo)致癌癥的發(fā)生。niPS小鼠存在明顯的健康問(wèn)題，死亡率很高。小鼠存在明顯的健康問(wèn)題，死亡率很高。n慢病毒載體的使用也會(huì)導(dǎo)致基因組的整合，誘發(fā)致癌危險(xiǎn)。慢病毒載體的使用也會(huì)導(dǎo)致基因組的整合，誘發(fā)致癌危險(xiǎn)。iPS在研究和應(yīng)用上都面臨著很多的挑戰(zhàn)，解決這些問(wèn)題將促進(jìn)在研究和應(yīng)用上都面臨著很多的挑戰(zhàn)，解決這些問(wèn)題將促進(jìn)iPS細(xì)細(xì)胞在臨床治療中的研究及應(yīng)用。胞在臨床治療中的研究及應(yīng)用。細(xì)胞衰老細(xì)胞衰老Cell senescence細(xì)胞衰老（細(xì)胞衰老（cell aging， cell senescence）n細(xì)胞衰老隨時(shí)間推移，細(xì)胞增殖能力和生理功能下細(xì)胞衰老隨時(shí)間推移，細(xì)胞增殖能力和生理功能下降的變化過(guò)程。降的變化過(guò)程。n形態(tài)明顯變化，膜通透性脆性增加，細(xì)胞器功能下降，形態(tài)明顯變化，膜通透性脆性增加，細(xì)胞器功能下降，遺傳物質(zhì)損傷增加等。遺傳物質(zhì)損傷增加等。n個(gè)體衰老建立在