干細胞研究進展課件

1、干細胞研究進展干細胞研究進展武漢大學(xué)根底醫(yī)學(xué)院病理生理教研室魏蕾 教授臨床病理生理學(xué)干細胞研究進展武漢大學(xué)根底醫(yī)學(xué)院病理生理教研室臨床病理生理學(xué)主要內(nèi)容概念、特點、分類干細胞分類概述干細胞治療研究及臨床應(yīng)用干細胞研究展望主要內(nèi)容概念、特點、分類美國?SCIENCE?1999年度，2000年度年度世界十大進展之榜首干細胞研究的起源與進展美國?SCIENCE?1999年度，2000年度干細胞研究的干細胞概念： 來自胚胎、胎兒或成人的具有持久或終身自我更新能力的細胞，它能產(chǎn)生特異的細胞類型，形成人體組織和器官形態(tài)學(xué)特征 圓形、橢圓形，體積小、核大，具有較高的端粒酶活性Stem cells, SCs干

2、細胞概念：Stem cells, SCs干細胞生物學(xué)特點屬非終末分化細胞它們是未分化的，終生保持具有分化成各種特定細胞的能力在機體的數(shù)目、位置相對恒定能自我更新： 成體干細胞制造自己本身能夠無限的分裂、增殖：可無限地分裂產(chǎn)生大量后裔根本特點：多向分化潛能和自我更新干細胞生物學(xué)特點屬非終末分化細胞根本特點：多向分化潛能和自我干細胞生物學(xué)特點多向分化 分化Differentiation指非特化細胞 (如干細胞)成為組成身體的諸多的細胞中的一種特定細胞的過程 分裂的慢周期性：絕大多數(shù)的干細胞處于Go期通過兩種方式生長其子細胞有兩種命運，保持為干細胞或分化為特定細胞干細胞生物學(xué)特點多向分化干細胞和前體

3、細胞的分化干細胞和前體細胞的分化干細胞分類根據(jù)發(fā)生學(xué)來源分類胚胎期干細胞 Embryonic stem cells ESCs EGCs成體干細胞Adult Stem Cells，ASCs干細胞分類根據(jù)發(fā)生學(xué)來源分類胚胎期干細胞干細胞分類根據(jù)發(fā)生學(xué)來源分類胚胎期干細胞ESCs EGCs胚胎期干細胞(Embryonic stem cells，ESCs ):來自早期胚胎 (45天，即胚泡)中的內(nèi)細胞群胚胎生殖細胞Embryonic germ cells，EGCs 來自胎兒組織(從510周胎兒生殖嵴的原生殖細胞)由胚胎內(nèi)細胞團或原始生殖細胞經(jīng)體外抑制培養(yǎng)而篩選出的細胞。干細胞分類根據(jù)發(fā)生學(xué)來源分類胚胎

4、期干細胞ESCs EG干細胞分類根據(jù)發(fā)生學(xué)來源分類胚胎期干細胞ESCs EGCs成體干細胞Adult Stem Cells，ASCs 指存在于一種已經(jīng)分化組織中的未分化細胞，它能夠自我更新并且特化形成該類型組織的細胞。干細胞分類根據(jù)發(fā)生學(xué)來源分類胚胎期干細胞ESCs EG干細胞分類根據(jù)發(fā)生學(xué)來源分類胚胎期干細胞ESCs EGCs成體干細胞Adult Stem Cells，ASCs 骨髓、牙髓血液腦眼角膜、視網(wǎng)膜骨胳肌肝臟、皮膚胃腸道上皮胰腺目前發(fā)現(xiàn)的成體干細胞來源干細胞骨髓間充質(zhì)干細胞Mesenchymal stem cells，MSCs造血干細胞神經(jīng)干細胞視網(wǎng)膜干細胞肌肉衛(wèi)星干細胞肝干細胞、

5、皮膚表皮干細胞腸上皮干細胞胰腺干細胞干細胞分類根據(jù)發(fā)生學(xué)來源分類胚胎期干細胞ESCs EG 分類 來源 干細胞類型可分化細胞胚胎 干 細胞畸胎瘤胚胎干細胞（EC)各種類型組織細胞胚胎內(nèi)胚團胚胎干細胞（ES)胚胎生殖脊胚胎生殖細胞（EG)成體干細胞腦組織 神經(jīng)干細胞神經(jīng)元、血細胞成熟骨髓組織 造血干細胞血液細胞、神經(jīng)膠質(zhì)細胞 間充質(zhì)干細胞肌、骨、肌腱、韌帶 分類 來源 干細胞類型可分化細胞胚胎 干全能干細胞Totipotent stem cells，TSCs多能干細胞pluripotent stem cell 單能干細胞unipotent stem cell 根據(jù)分化潛能分類干細胞分類全能干細胞

6、根據(jù)分化潛能分類干細胞分類具有自我更新和分化形成任何類型細胞的能力，有形成完整個體的分化潛能。全能干細胞Totipotent Stem Cells，TSCs如胚胎干細胞，具有與早期胚胎細胞相似的形態(tài)特征和很強的分化能力，可以無限制增殖并分化成為全身200多種細胞類型，進一步形成機體的所有組織、器官。具有自我更新和分化形成任何類型細胞的能力，有形成完整個體多能干細胞pluripotent Stem Cells，TSCs具有產(chǎn)生多種類型細胞的能力，但缺失去了發(fā)育成完整個體的分化潛能，發(fā)育潛能受到一定的限制。骨髓間充質(zhì)干細胞可以分化成為多種中胚層組織的細胞如骨、軟骨、肌肉、脂肪以及其他胚層的細胞如神

7、經(jīng)元造血干細胞，至少可以分化出12種血細胞。多潛能干細胞多能干細胞多能干細胞pluripotent Stem Cells，單能干細胞Unipotent Stem Cells，MPSCs 只能向單一方向分化，產(chǎn)生一種類型的細胞在各種已經(jīng)分化組織中的成體干細胞是典型的單能干細胞，如上皮組織基底層的干細胞，肌肉中的成肌細胞又叫衛(wèi)星細胞。這種組織處于一種穩(wěn)定的自我更新狀態(tài)，但是當(dāng)受到嚴(yán)重傷害，需要多種類型的細胞來修復(fù)是，那么需要激活多潛能干細胞。單能干細胞Unipotent Stem Cells，MP干細胞分類概述干細胞分類概述存在于受精后約5-7天人胚胎的囊胚內(nèi)細胞團具有分化為機體任何一種組織器官的

8、潛能具有種系傳遞功能在體外可以進展遺傳操作全能干細胞胚胎干細胞全能干細胞胚胎干細胞人類胚胎發(fā)育簡圖人類胚胎發(fā)育簡圖小鼠胚胎發(fā)育簡圖小鼠胚胎發(fā)育簡圖人體組織器官的分化受精卵囊胚內(nèi)細胞團約140個細胞原腸外胚層中胚層內(nèi)胚層生殖細胞表皮 腦神經(jīng) 色素 心肌 骨骼 腎小管紅細胞 腸平滑肌 胰島 甲狀腺 肺泡 精子 卵子人體組織器官的分化受精卵囊胚內(nèi)細胞團原腸外胚層中胚層內(nèi)胚層生干細胞研究進展內(nèi)細胞團胚胎干細胞原始生殖干細胞胚胎生殖細胞內(nèi)細胞團原始生殖干細胞胚胎生殖細胞1998年11月美國威斯康辛大學(xué) Thomsan報道獲得人胚胎干細胞株 傳代超過8個月、32代 在體外長期保持增殖和未分化狀態(tài)胚胎干細胞

9、的獲得胚胎干細胞的獲得James A. Thomson： Wisconsin大學(xué) 方法：人卵細胞體外受精后，將胚胎培育到囊胚階段，提取 inner cell mass細胞，建立細胞株。測試細胞株的細胞外表 marker 和酶活性。每個胚胎可取得1520個細胞用于培養(yǎng)。胚胎干細胞的獲得James A. Thomson： Wisconsin大學(xué)胚1998年美國有兩個小組分別培養(yǎng)出了人胚胎干細胞：James A. Thomson： Wisconsin大學(xué)John D. Gearhart: Johns Hopkins大學(xué) 方法：從受精后59周人工流產(chǎn)的胚胎中提取生殖母細胞( primordial ge

10、rm cell )。由此培養(yǎng)的細胞株，證實具有多能干細胞的特征。胚胎干細胞的獲得1998年美國有兩個小組分別培養(yǎng)出了人胚胎干細胞：胚胎干細胞目前應(yīng)用最為廣泛的干細胞提取技術(shù)是體細胞核轉(zhuǎn)移技術(shù)，俗稱“治療性克隆。它是將體細胞的細胞核注入去掉細胞核的卵細胞內(nèi)，然后讓這種新組合而成的細胞發(fā)育成胚泡早期胚胎，再從胚泡中提取干細胞。這種干細胞攜帶的是體細胞提供者的基因。胚胎干細胞的獲得目前應(yīng)用最為廣泛的干細胞提取技術(shù)是體細胞核轉(zhuǎn)移技術(shù)，俗稱“治生殖克隆治療性克?。后w細胞核轉(zhuǎn)移SCNT去核卵細胞 + 體細胞核 克隆 囊胚 別離內(nèi)細胞群 ES細胞生殖克隆治療性克隆：體細胞核轉(zhuǎn)移SCNT干細胞工程核移植去核胚

11、胎干細胞組裝胚胎干細胞組織干細胞各種組織器官體外誘導(dǎo)培養(yǎng)干細胞工程核移植去核胚胎干細胞組裝胚胎干細胞組織干細胞各種組干細胞研究進展科學(xué)家最近運用體細胞核轉(zhuǎn)移技術(shù)，用病人身上的皮膚細胞克隆出早期胚胎，然后提取新的胚胎干細胞系。這使干細胞研究向?qū)嵱玫摹爸委熜钥寺∏斑M了一大步。領(lǐng)導(dǎo)這一研究的黃禹錫教授曾在2004年運用同樣的技術(shù)，率先用人類體細胞克隆出早期胚胎，并提取干細胞。 韓國漢城大學(xué)黃禹錫教授科學(xué)家最近運用體細胞核轉(zhuǎn)移技術(shù)，用病人身上的皮膚細胞克隆出早美國著名的?時代?雜志每年都要評選一年來影響最大、最令人驚異的創(chuàng)造 ，11月13日， 2005年度，韓國科學(xué)家培育的世界第一只克隆狗“斯納皮Sn

12、uppy榮登榜首。它是由韓國漢城大學(xué)教授黃禹錫領(lǐng)導(dǎo)的科研小組克隆，它的“父母分別是一只阿富汗獵犬和一只拉布拉多獵犬。 美國著名的?時代?雜志每年都要評選一年來影響最大、最令人驚異干細胞培養(yǎng)過程干細胞培養(yǎng)過程干細胞研究進展A. Inner cell mass-derived cellsB. H9 colonyC. H9 cellsD. Differentiated H9 cellsA. Inner cell mass-derived cel胚胎干細胞的鑒別胚胎干細胞具有以下特點：(1) 細胞內(nèi)堿性磷酸酶活性高(2)端粒酶活性高(3) 不被Hoechst33342 和Rhodamine123染色(

13、4) 細胞膜外表有特殊的標(biāo)記：SSEA-3, SSEA-4, TRA-1-60, TRA-1-81(5) 能分化成三個胚層的細胞，將胚胎干細胞植 入免疫缺陷小鼠皮下可產(chǎn)生畸胎瘤(6) 可誘導(dǎo)分化為各種成體干細胞胚胎干細胞的鑒別A. Alkaline phosphataseB. SSEA-1C. SSEA-3D. SSEA-4A. Alkaline phosphataseB. SSEA干細胞研究進展干細胞特性干細胞特性干細胞研究進展Rosettes of neural epithelium. Cell line H14.Bone. Cell line H14.Striated muscle. 橫

14、紋肌Cell line H13. Cartilage. 軟骨Cell line H9.胚胎干細胞的多向分化Rosettes of neural epithelium.人類胚胎干細胞研究的重要性生物學(xué)與醫(yī)學(xué)根底研究： 人類干細胞是機體早期發(fā)育的極好模型。人類發(fā)育生物學(xué)研究經(jīng)常受到倫理學(xué)的限制。胚胎干細胞提供了直接研究早期發(fā)育出現(xiàn)的復(fù)雜事件和細胞分化的原初過程。 關(guān)鍵是找到控制與發(fā)育和分化過程相關(guān)特定的因子 為了解非正常細胞分化腫瘤等的原因提供線索醫(yī)療實踐細胞移植藥物設(shè)計人類胚胎干細胞研究的重要性生物學(xué)與醫(yī)學(xué)根底研究：利用人體表皮制造“類胚胎干細胞取得成功 兩個科學(xué)家小組分別利用人類表皮細胞制得了

15、類胚胎干細胞圖片來源：Junying Yu?細胞?Cell，DOI:10.1016/j.cell.2007.11.019，Kazutoshi Takahashi, Shinya Yamanaka?科學(xué)?Science，DOI: 10.1126/science.1151526，Junying Yu, James A. Thomson避開了利用卵母細胞獲得胚胎干細胞的倫理爭議 利用人體表皮制造“類胚胎干細胞取得成功 兩個科學(xué)家小組分別研究目標(biāo)：將一些正常的體細胞直接轉(zhuǎn)化為誘導(dǎo)多能性干細胞induced pluripotent cells，簡稱iPCs，它們具有類似胚胎干細胞ES的功能 Yamana

16、ka小組利用4種基因Oct3/4，Sox2，c-Myc和 Klf4，實現(xiàn)基因重組的細胞分別來自一位36歲婦女的表皮和一位69歲男性的結(jié)締組織。大約每5000個細胞就能制造一個iPC細胞系 Thomson小組也使用了4個基因OCT3，SOX2，NANOG和LIN28，其中前兩個和Yamanaka小組是一樣的。利用的是胎兒皮膚細胞以及一個新生兒的包皮細胞。與Yamanaka小組相比，這項研究需要1萬個細胞才能別離出一個iPC細胞系， 研究目標(biāo)：將一些正常的體細胞直接轉(zhuǎn)化為誘導(dǎo)多能性干細胞in多能干細胞造血干細胞骨髓間充質(zhì)干細胞神經(jīng)干細胞肌肉干細胞皮膚干細胞其他骨髓干細胞多能干細胞造血干細胞骨髓干細

17、胞骨髓干細胞造血干細胞：紅系、髓系、淋巴系細胞骨髓間充質(zhì)干細胞 ：具有多向分化潛能 成骨細胞、軟骨細胞、脂肪細胞、網(wǎng)狀細胞、肌細胞 骨髓干細胞造血干細胞：造血干細胞存在于造血組織內(nèi)的一類能分化發(fā)育成各種血細胞的原始細胞 造血干細胞是不均一的細胞群體，由不同年齡等級的干細胞組成，在細胞大小、比重、形狀、行為特征、說明抗原標(biāo)志、細胞周期和調(diào)控等方面均存在較大差異。造血干細胞存在于造血組織內(nèi)的一類能分化發(fā)育成各種血細胞的原始造血干細胞分布遷移出生前：由卵黃囊轉(zhuǎn)移到胎肝出生后：主要存在于紅骨髓內(nèi)，占有核細胞的5 少量存在于脾臟、淋巴組織、外周血中造血干細胞來源：骨髓、外周血和臍血造血干細胞分布遷移出生

18、前：由卵黃囊轉(zhuǎn)移到胎肝造血干細胞來源造血干細胞的外表標(biāo)志CD34 抗原Thy1 胸腺抗原-1(CD90)c-kit 干細胞因子受體(SCF-R, CD117)Lin 抗原：CD11、13、15、16粒系 CD14單核系 CD11、25、7、56T/NK系 CD19、20、21、45B淋巴系 CD47、59、71紅系 CD31、41、61、63、107巨核系Rh-123 熒光4HT/5FU 抗性造血干細胞的外表標(biāo)志CD34 抗原A.CD34 localizes to endothelial cellsA.CD34 localizes to endothelia造 血干細胞造 血 祖 細 胞骨 髓

19、 前 體 細 胞成熟血細胞造血干細胞:具有高度自我復(fù)制和多向分化潛能的最原始的造血干細胞.造血祖細胞:具有一定自我復(fù)制能力和高度增殖、分化能力的早期造血細胞.造 血造 血 祖 人造血干祖細胞的表型 (1) 干 細 胞 祖 細 早期 胞 晚期CD 34 + + + + +Thy-1 + + + C-kit + + +AC-133 + + CD 33 + +CD 38 + +CD 45RO + + +人造血干祖細胞的表型 (1) 干 細 胞 干 細 胞 祖 細 早期 胞 晚期Lin: + +(G) CD 11, 13, 15, 16 + +(M) CD 12, 14 + +(T/ NK) CD 2

20、, 25, 7, 56, 45RA + +(B) CD 19, 20, 21, 22, 45RB + +(Mk) CD 31, 41, 42, 61, 107 + +HLA-DR + + + RH-123 + + +人 造 血 干 祖 細 胞 的 表 型 (2) 干 細 胞 祖 細 胞Lin: 造血干細胞的檢測至今尚無一個與體內(nèi)重建造血法完全吻合的造血干細胞體外檢測法體外用多參數(shù)法：CD34+，33，45RO，38 檢測臨床移植成功后供者標(biāo)志在受者體內(nèi)維持一年以上為干細胞植入造血干細胞的檢測至今尚無一個與體內(nèi)重建造血法完全吻合的造血干CD34+ 細胞造血祖細胞造血干細胞某些腫瘤細胞，如乳腺癌細

21、胞CD34+ 細胞造血祖細胞CD34 細胞胚胎干細胞胚層干細胞非造血組織干/祖細胞間充質(zhì)干細胞/間充質(zhì)細胞尚未表達CD34的造血干細胞造血前體細胞，成熟血細胞其它非造血組織細胞CD34 細胞胚胎干細胞骨髓間充質(zhì)干細胞骨髓中的具有高度自我更新能力和多向分化潛能的干細胞群體，具有支持造血、多向分化潛能形成于發(fā)育中的骨髓腔出生后附于骨髓竇的內(nèi)腔面 占細胞總數(shù)的0.1-0.01可分化為多種中胚層來源的細胞：骨、關(guān)節(jié)、脂肪、肌腱、肌肉、骨髓基質(zhì)、軟骨骨髓間充質(zhì)干細胞骨髓中的具有高度自我更新能力和多向分化潛能的間充質(zhì)干細胞的分化脂肪 軟骨骨間充質(zhì)干細胞的分化脂肪 軟骨骨骨髓間充質(zhì)干細胞的外表標(biāo)志外表標(biāo)志

22、堿性磷酸酶(AKP)陽性: 甲狀旁腺素抑制 ， VitD3促進 外表特異受體：CD44+ 不具有造血系細胞獨有的CD14、CD34和CD45等外表抗原骨髓間充質(zhì)干細胞的外表標(biāo)志外表標(biāo)志 人間充質(zhì)細胞的表達物Adhesion Molecules C DALCAM 166ICAM - 1 54ICAM - 2 102ICAM - 3 50E-selectin 62EL-selectin 62LP-selectin 62PCadherin 5 144LFA - 3 58PECAM - 1 31NCAM 56HCAM 44VCAM 106Hyaluronate receptor 441 人間充質(zhì)細胞的

23、表達物Adhesion Mol 人間充質(zhì)細胞的表達物 2 Integrins CD Integrin4 104 VLA - 11 49a VLA - 12 49b VLA - 1 29CytokinesIL - 6, 7, 8, 11, 12, 14, 15 M-CSF, FL, SCF, LIFInduced by IL-1G - CSF , GM - CSF , IL,1 IL - 6, 8, 11, LIF 人間充質(zhì)細胞的表達物 2 培養(yǎng)48-72小時后出現(xiàn)的紡錘形的貼壁細胞 MSC/MC 的第一步別離間充質(zhì)干細胞MSC 間充質(zhì)祖細胞MC 培養(yǎng)48-72小時后出現(xiàn)的紡錘形的貼壁細胞 MS

24、C/M培養(yǎng)10天后出現(xiàn)的MC集叢培養(yǎng)10天后出現(xiàn)的MC集叢 培養(yǎng)14天后出現(xiàn)致密貼壁的細胞集合單層 培養(yǎng)14天后出現(xiàn)致密貼壁的細胞集合單層骨髓干細胞的定向分化簡圖骨髓T淋巴細胞淋巴樣前體細胞NK細胞專能干細胞前成骨細胞骨細胞成骨細胞間充質(zhì)干細胞造血干細胞內(nèi)皮細胞骨髓脂肪細胞造血基質(zhì)細胞B淋巴細胞中性粒細胞堿性粒細胞酸性粒細胞血小板單核/巨噬細胞紅血球髓樣前體細胞骨髓干細胞的定向分化簡圖骨髓T淋巴細胞淋巴樣前體細胞NK細胞骨髓干細胞的定向分化簡圖骨髓干細胞的定向分化簡圖 造 血 干 細 胞 骨髓 基 質(zhì)細 胞 成纖維細胞 脂肪細胞 巨噬細胞 內(nèi)皮細胞 網(wǎng)狀細胞 外 胚 層 干 細 胞內(nèi) 胚 層

25、干 細 胞 中 胚 層 干 細 胞 間 充 質(zhì) 干 細 胞 Mesenchymal Stem Cell ( M S C ) 間 充 質(zhì)(祖) 細 胞 Mesenchymal Cells (MC) SH 2 / 3 / 4 (+) CD 13, 29, 44, 50, 54, 73, 90, 105, 106, 166 (+) CD 34, 133, 45, 33, 2, 3, 4, 8, 14, 15, 16, 19, 20, 24 ( - ) 成骨細胞 血管平滑肌細胞 軟骨細胞 血管外層細胞 肌腱細胞 血管內(nèi)皮細胞 胚 胎 全 能 干 細 胞 ESC 骨髓 基 質(zhì)細 胞外 胚 層 干 骨髓干

26、細胞應(yīng)用研究現(xiàn)狀骨髓、臍血、外周血移植技術(shù)成熟 將基因?qū)牍撬韪杉毎委熂膊?水平與國際同步骨髓干細胞應(yīng)用研究現(xiàn)狀骨髓、臍血、外周血移植技術(shù)成熟 神經(jīng)干細胞NSC中樞神經(jīng)系統(tǒng)中具有自我更新及分化成成熟腦細胞的能力的細胞應(yīng)用前景 移植修復(fù)受損神經(jīng) “有前途的腦癌治療新手段 判斷藥物有效性、毒性神經(jīng)元神經(jīng)干細胞NSC中樞神經(jīng)系統(tǒng)中具有自我更新及分化成成熟腦NSC 的生物學(xué)特性緩慢的自我增殖能力：短暫的增殖期, 過渡放大細胞,再經(jīng)過假設(shè)干次分裂后產(chǎn)生分化細胞，有利于干細胞對特定的外界信號作出反響, 減少基因突變 自穩(wěn)定性：生命區(qū)間中自我更新并維持其自身數(shù)目的恒定。此過程通過對稱分裂: 不對稱分裂兩種

27、方式實現(xiàn)。處于高度未分化狀態(tài):呈中間纖維抗原巢素蛋白(nestin) 陽性,而缺乏已分化細胞的抗原標(biāo)志。具有多向分化潛能：可誘導(dǎo)分化成神經(jīng)元、星形膠質(zhì)細胞和少突膠質(zhì)細胞三種主要神經(jīng)組織成分。 可發(fā)生轉(zhuǎn)分化和去分化NSC 的生物學(xué)特性緩慢的自我增殖能力：短暫的增殖期, 過神經(jīng)干細胞上海第二醫(yī)科大學(xué)CNS stem cells Nestin (green) and Cul2 (red) - a protein known to interact with the product of the tumor supressor gene VHL 神經(jīng)干細胞上海第二醫(yī)科大學(xué)CNS stem cells

28、Ne神經(jīng)干細胞外表標(biāo)志STEM CELLS 干細胞-Nestin (red)巢蛋白-GFAP (green) glial fibrillary acidic protein 膠質(zhì)纖維酸性蛋白PROGENITORS 祖細胞神經(jīng)干細胞外表標(biāo)志STEM CELLS 干細胞-NestinNSC 的分布胚胎期神經(jīng)系統(tǒng)： 大腦皮層、海馬、紋狀體、嗅球、腦室沿線包括側(cè)腦室、第三腦室和第四腦室、間腦、中腦、小腦、脊髓、視網(wǎng)膜成體哺乳動物中樞神經(jīng)系統(tǒng)： 兩個NSC 聚集區(qū): 側(cè)腦室壁的腦室下層 海馬齒狀回的顆粒下層NSC 的分布胚胎期神經(jīng)系統(tǒng)：NSC 的增殖分化機制生長因子信號在NSC增殖中非常重要：EGF、P

29、DGF、CNTF捷狀神經(jīng)營養(yǎng)因子、 BDGF腦源神經(jīng)營養(yǎng)因子、IGF胰島素樣生長因子基因表達調(diào)控NSC 的分化 Delta-Notch 信號通路 Notch 激活 干細胞增殖 Notch 抑制 干細胞分化永生化：基因工程技術(shù)導(dǎo)入外源性癌基因,誘導(dǎo)干細胞的細胞周期不斷循環(huán)往復(fù),阻止細胞分化過程,從而NSC 獲得永生NSC 的增殖分化機制生長因子信號在NSC增殖中非常重要：NSC 的分化條件 GGF雪旺氏細胞 BMP-2，4 促進向星形膠質(zhì)細胞分化 T3 少突膠質(zhì)細胞Bone morphogenetic protein 細胞因子骨架多型蛋白NSC 的分化條件 GGF雪旺氏細胞Bone morpho

30、臨床應(yīng)用細胞替代治療： 移植入新生期和成年大鼠腦內(nèi), 整合到嗅泡、紋狀體、皮質(zhì)、小腦。分化為神經(jīng)元、星形膠質(zhì)細胞和少突膠質(zhì)細胞。 修復(fù)神經(jīng)元缺失 修復(fù)損傷的神經(jīng)膠質(zhì)治療神經(jīng)系統(tǒng)退行性疾病：帕金森病(PD) 、阿爾茨海默病(AD) 和亨廷頓病(HD)，帕金森氏病成活10年以上、 無排斥反響、 不具成瘤性方法： 誘導(dǎo)病變部位本身神經(jīng)干細胞 增殖分化 從患者體內(nèi)別離神經(jīng)干細胞，體外增殖和加工，再移植到相應(yīng)的病變部位。臨床應(yīng)用細胞替代治療：方法：外源基因載體轉(zhuǎn)染報告基因(如LacZ基因)轉(zhuǎn)染神經(jīng)營養(yǎng)因子的基因(NGF轉(zhuǎn)染神經(jīng)遞質(zhì)合成酶(酪氨酸羥化酶)基因,用于治療帕金森病外源基因載體轉(zhuǎn)染報告基因(如L

31、acZ基因)表皮干細胞定位： 胎兒時期 初級表皮嵴 成人 表皮基底層細胞 毛囊的膨脹部位表皮干細胞定位：A.無發(fā)囊表皮，干細胞位于基地底層 B.發(fā)囊，干細胞位于膨脹部位A.無發(fā)囊表皮，干細胞位于基地底層 B.發(fā)囊，干細典型特征 慢周期性(slow cycling)：如小鼠表皮干細胞的標(biāo)記滯留可長達2 年; 干細胞的自我更新能力：表現(xiàn)為在離體培養(yǎng)時細胞呈克隆性生長,如連續(xù)傳代培養(yǎng),細胞可進展140 次分裂,即產(chǎn)生1 1040個子代細胞; 對基底膜的粘附：干細胞主要通過表達整合素實現(xiàn)其對基底膜的粘附。外表標(biāo)志：integrin典型特征 慢周期性(slow cycling)：如小鼠表皮干分化的調(diào)控細

32、胞因子： 白細胞介素( ILs) 干細胞生長因子(SCF) 表皮細胞生長因子( EGF) 成纖維細胞生長因子( FGF) 肝細胞生長因子(HGF)分化的調(diào)控細胞因子：肝干細胞來源：內(nèi)源性肝臟干細胞：存在于肝臟內(nèi)具有增殖分化為肝細胞和膽管細胞的能力的一類細胞外源性肝臟干細胞 骨髓源性干細胞 Alison 等(2000) ：承受男性骨髓移植的女性患者體內(nèi)出現(xiàn)了男性肝細胞。 Lagasse 等報道,僅用小局部純化的造血干細胞就可使急性肝衰竭大鼠的肝臟迅速恢復(fù)胰源性干細胞肝干細胞來源：肝干細胞的外表標(biāo)志肝干細胞的外表標(biāo)志肝臟干細胞和肝病的研究進展肝損傷:肝細胞增生性反響可分為: (1) 代償性增生或再

33、生; (2) 肝細胞過度增生; (3) 干細胞增生。肝臟干細胞和肝病的研究進展肝損傷:肝臟干細胞應(yīng)用前景 肝臟干細胞根底研究: 說明腫瘤的發(fā)生機制 肝臟干細胞移植研究: 能雙向分化成肝細胞、膽管上皮細胞, 可替代受損肝細胞功能,刺激肝組織增生 肝臟干細胞移植的部位； 腹腔內(nèi)移植、靜脈移植、脾內(nèi)移植、門脈或肝內(nèi)移植肝臟干細胞應(yīng)用前景 肝臟干細胞根底研究:角膜緣干細胞的應(yīng)用角膜緣干細胞(corneal stem cells ,CSC) 位于角膜緣上皮層基底部, Pellegrini 等采用自體角膜緣干細胞治療陳舊性堿燒傷患者,均成功。Rama 等對18 例眼化學(xué)燒傷患者移植自體角膜緣干細胞,1 年

34、后,其中14 例病癥得以改善;角膜緣干細胞的應(yīng)用干細胞分化的調(diào)控內(nèi)源性調(diào)控 構(gòu)造蛋白 多肽因子 端粒體酶TGF PDGF LIF細胞膜外表分子Notch信號整合素 外源性調(diào)控指給出適當(dāng)?shù)臈l件，對干細胞的增值和分化進展調(diào)控，使之向指定的方向開展干細胞分化的調(diào)控內(nèi)源性調(diào)控 TGF PDGF 內(nèi)源性調(diào)控 細胞骨架成分膜收縮蛋白、細胞周期素A 轉(zhuǎn)錄因子的調(diào)控 轉(zhuǎn)錄因子Oct4 白血病抑制因子LIFTcf/Lef轉(zhuǎn)錄因子家族 內(nèi)源性調(diào)控 細胞骨架成分轉(zhuǎn)錄因子的調(diào)控 干細胞的信號通路干細胞的信號通路外源性調(diào)控1分泌因子 TGF家族和Wnt信號通路膠質(zhì)細胞衍生的神經(jīng)營養(yǎng)因子GDNFWnts的作用機制是通過阻

35、止-Catenin分解從而激活Tcf/Lef介導(dǎo)的轉(zhuǎn)錄，促進干細胞的分化。比方在線蟲卵裂球的分裂中，鄰近細胞誘導(dǎo)的Wnt信號通路能夠控制紡錘體的起始點和內(nèi)胚層的分化。 外源性調(diào)控1分泌因子 膜蛋白介導(dǎo)的細胞間的相互作用有些信號是通過細胞-細胞的直接接觸起作用的：-Catenin：介導(dǎo)細胞粘附連接的構(gòu)造成分。穿膜蛋白Notch及其配體Delta或Jagged在果蠅的感覺器官前體細胞，脊椎動物的胚胎及成年組織包括視網(wǎng)膜神經(jīng)上皮、骨骼肌和血液系統(tǒng)中，Notch信號都起著非常重要的作用。當(dāng)Notch與其配體結(jié)合時，干細胞進展非分化性增殖；當(dāng)Notch活性被抑制時，干細胞進入分化程序，發(fā)育為功能細胞 膜

36、蛋白介導(dǎo)的細胞間的相互作用有些信號是通過細胞-細胞的直接接整合素Integrin與細胞外基質(zhì)整合素家族是介導(dǎo)干細胞與細胞外基質(zhì)粘附的最主要的分子。整合素與其配體的相互作用為干細胞的非分化增殖提供了適當(dāng)?shù)奈h(huán)境。 當(dāng)1整合素喪失功能時，上皮干細胞逃脫了微環(huán)境的制約，分化成角質(zhì)細胞。整合素Integrin與細胞外基質(zhì)干細胞“壁龕(Niche) 干細胞壁龕即干細胞生存的微環(huán)境 保持干細胞的生理狀態(tài)、維持干細胞未分化的特性,同時也起到信號傳導(dǎo)作用。 干細胞“壁龕(Niche) 干細胞壁龕即干細胞生存的微環(huán)境 腫 瘤 干 細 胞 腫 瘤 干 細 胞腫瘤 機體在各種致瘤因素作用下，局部組織的細胞異常增生而

37、形成的新生物，常表現(xiàn)為局部腫塊 。腫瘤 機體在各種致瘤因素作用下，局部組織的細胞異常增生而發(fā)育生物學(xué)觀點腫瘤的細胞來源成熟分化的細胞去分化de-differentiation機體或組織內(nèi)本已存在的干細胞在特定的分化水平停頓分化或分化失常dys-differentiation發(fā)育生物學(xué)觀點腫瘤的細胞來源腫瘤的起源腫瘤干細胞Tannishtha , Sean JM , Michael FC,et al. Nature,2001,414:105腫瘤是在具有無限增殖和自我更新潛能的很少一局部細胞的驅(qū)動下發(fā)生的，這一局部惡性轉(zhuǎn)化的靶細胞即是腫瘤干細胞cancer stem cell。 新觀點腫瘤的起源腫

38、瘤干細胞Tannishtha , Sean Stewart S. Critical Reviews in Oncology/Hematology,2004,51:1腫瘤起源于不同分化階段的干細胞：如果致癌因子作用于未分化的干細胞，干細胞就成為腫瘤性干細胞而形成惡性腫瘤；如果致癌因子作用于近于終末期分化而仍能合成DNA的細胞那么形成良性腫瘤；如果致癌因子擊中的是中間狀態(tài)的細胞會出現(xiàn)中等程度分化而介于這兩種極端之間的腫瘤。Stewart S. Critical Reviews in腫瘤干細胞目前還沒有一個適宜的公認(rèn)的定義。是存在于腫瘤組織中、極小一局部具有干細胞性質(zhì)的細胞群體，具有自我更新的能力，

39、是形成不同分化程度腫瘤細胞和腫瘤不斷擴大的源泉。腫瘤干細胞目前還沒有一個適宜的公認(rèn)的定義。人乳腺癌手術(shù)標(biāo)本 制成單細胞懸液，流式分群分離小鼠移植乳腺癌的細胞，再次接種小鼠不同細胞亞群移植入NAD/ SCID小鼠乳腺脂肪組織CD44CD24/low細胞接種的小鼠12w時出現(xiàn)明顯腫瘤未分類細胞5104才能形成腫瘤， CD44CD24/low細胞只需200個即可在小鼠乳腺中再次形成腫瘤。表型相似包含腫瘤組織的各種成分乳腺癌細胞是功能上不均一的成分，僅有少量表達特征性表面標(biāo)志的乳腺癌細胞能在重復(fù)移植后重建乳腺癌細胞型，且具有自我更新和多向分化能力。腫瘤中絕大多數(shù)細胞沒有能力增殖或形成腫瘤，只有腫瘤干細

40、胞能夠無限增殖，產(chǎn)生更多的腫瘤干細胞和缺乏腫瘤源性潛力的腫瘤細胞。人乳腺癌手術(shù)標(biāo)本 制成單細胞懸液，分離小鼠移腫瘤干細胞的特點極強的自我復(fù)制更新能力，能夠產(chǎn)生與上一代完全一樣的子代細胞。 不斷的分化能力，能夠產(chǎn)生不同表型的腫瘤細胞，并在體內(nèi)形成新的腫瘤。 具有與非致瘤細胞不同的外表標(biāo)志。在腫瘤中的所占的比例較少。腫瘤干細胞的特點極強的自我復(fù)制更新能力，能夠產(chǎn)生與上一代完全研究腫瘤干細胞的意義有望代替腫瘤細胞系，成為更加理想的腫瘤研究工具。用于研究腫瘤的發(fā)生機制，有助于研究觀念的轉(zhuǎn)變及對腫瘤本質(zhì)的理解。為臨床有效地診斷出惡性生長細胞的存在部位并進展有效治療，提供了新的思路。研究腫瘤干細胞的意義有

41、望代替腫瘤細胞系，成為更加理想的腫瘤研腫瘤的傳統(tǒng)治療手段 手術(shù)、放療、化療 缺點：不徹底；復(fù)發(fā)；嚴(yán)重的副作用腫瘤的傳統(tǒng)治療手段 手術(shù)、放療、化療傳統(tǒng)治療的對象是腫瘤的整體。但大多數(shù)腫瘤細胞并無腫瘤源性, 其生長依賴于少量干細胞樣的細胞。而目前的治療并未有效地攻擊這些細胞。 許多化療藥物靶向正在分裂的細胞。但干細胞大多處于休眠狀態(tài)處于有絲分裂的靜止期, 偶爾進展分裂。這可能使腫瘤干細胞與其它腫瘤細胞對化療藥物的敏感性上存在著差異。腫瘤傳統(tǒng)治療手段失利的原因傳統(tǒng)治療的對象是腫瘤的整體。但大多數(shù)腫瘤細胞并無腫瘤源性, 將治療的重心轉(zhuǎn)向腫瘤干細胞在信號途徑的研究中尋找新的診治靶點。 誘導(dǎo)分化。需要注意

42、的是, 對于血液系統(tǒng)、肝臟、中樞神經(jīng)系統(tǒng)等重要器官, 其治療既要面向腫瘤干細胞, 又要保護正常的干細胞。而另外一些器官, 如子宮、乳腺及前列腺等, 暫時可不考慮正常干細胞的保護問題, 應(yīng)成為優(yōu)先研究的方向?？尚行裕阂延醒芯孔C實，個別化療藥物既可殺滅白血病干細胞而又不破壞正常的造血干細胞。將治療的重心轉(zhuǎn)向腫瘤干細胞在信號途徑的研究中尋找新的診治靶點干細胞治療研究及臨床應(yīng)用干細胞治療研究及臨床應(yīng)用干細胞治療研究及其臨床應(yīng)用造血干細胞移植干細胞和糖尿病治療干細胞和眼內(nèi)移植神經(jīng)干細胞治療帕金森病、阿爾海默病及其神經(jīng)系統(tǒng)損傷皮膚干細胞與皮膚損傷修復(fù)血管內(nèi)皮干細胞與血管新生干細胞移植與心肌梗死的治療干細胞

43、治療研究及其臨床應(yīng)用造血干細胞移植造血干細胞移植1990年，美國的墨里和托馬斯分別因為在腎移植和骨髓移植方面作出的重要奉獻，共同獲得該年度的諾貝爾生理和醫(yī)學(xué)獎。這是臨床醫(yī)生首次獲得此殊榮開展簡史：造血干細胞移植1990年，美國的墨里和托馬斯分別因為在腎移植造血干細胞移植造血干細胞移植這朵器官移植領(lǐng)域的奇葩，在近30年里迅速開展壯大，為白血病、再障、先天免疫缺陷病、惡性實體瘤等60多種頑疾提供了嶄新的、卓越有效的治療方法。開展簡史：造血干細胞移植造血干細胞移植這朵器官移植領(lǐng)域的奇葩，在近30造血干細胞移植開展簡史：萌芽階段：20世紀(jì)30年代 初入階段：19581963快速開展： 20世紀(jì)30年代

44、人類白細胞抗原HLA系統(tǒng)的發(fā)現(xiàn)新型免疫抑制劑抗細菌、病毒感染藥物重組造血生長因子等支持療法造血干細胞移植開展簡史：萌芽階段：20世紀(jì)30年代 人類白細1968年 Gatti等成功為一位重癥聯(lián)合免疫缺陷患兒實施HLA相和的同胞間骨髓移植.1969年,西雅圖骨髓移植中心為110名終末期白血病和再障實施HLA相和的同胞間骨髓移植.1978年,Thomas報道100例白血病患者中有13例長期生存下來.1972年,國際骨髓移植登記處(IBMTR)成立,目前庫存450萬例1975年,歐洲骨髓移植小組(EBMTG)正式成立,目前庫存370萬例1992年,我國成立中國造血干細胞捐贈者資料庫(即中華骨髓庫),2

45、002年全面啟動,目前庫存3萬例.造血干細胞移植1968年 Gatti等成功為一位重癥聯(lián)合免疫缺陷患兒實施H造血干細胞移植的分類1 骨髓移植BMTbone marrow transplantation 2 外周血干細胞移植PBSCT3 臍帶血干細胞移植CBCST4 CD34細胞移植CD34 T一、根據(jù)HSC來源分類造血干細胞移植的分類1 骨髓移植BMTbone marr造血干細胞移植的分類1 自體造血干細胞移植 AHSCTautologous haematopoietic stem cell transplantation2 同基因(synogeneic) 3 異基因( allogeneic)

46、 Allo-HSCT二、根據(jù)供者遺傳學(xué)分類造血干細胞移植的分類1 自體造血干細胞移植 AHSCTau造血干細胞移植的分類1 去除骨髓性干細胞移植MSCT Myeloablative stem cell transplatation2 非去除骨髓性干細胞移植NSCT Nonmyeloablative stem cell transplatation三、根據(jù)預(yù)處理的方法分類造血干細胞移植的分類1 去除骨髓性干細胞移植MSCT三、臨床準(zhǔn)備一、病人選擇(具備以下條件)1 年齡小于45歲2 全身一般狀態(tài)好3 無心肺肝腎等重要臟器損害者4 無嚴(yán)重或未控制的感染5 無嚴(yán)重藥物過敏6 無嚴(yán)重精神障礙史 臨床準(zhǔn)

47、備一、病人選擇(具備以下條件)臨床準(zhǔn)備二、供者選擇(Allo-HSCT采用)1 HLA相合A24、B52、DR202 無心肺肝腎等重要臟器損害者3 無精神障礙史4 無影響移植的傳染病 臨床準(zhǔn)備二、供者選擇(Allo-HSCT采用)臨床準(zhǔn)備三、HSCT前準(zhǔn)備1 擬定造血干細胞移植的方案2 了解藥物過敏史和輸血史3 全面的體格檢查4 詳細的實驗室檢查5 防治感染6 供者骨髓采集術(shù)術(shù)前準(zhǔn)備7 外周血干細胞的發(fā)動和采集臨床準(zhǔn)備三、HSCT前準(zhǔn)備一擬定方案1 HSC (Allo Auto CB)方式的選擇2 與家屬的談話及簽字3 從HSC采集到出無菌層流室的用藥安排HSCT前準(zhǔn)備一擬定方案HSCT前準(zhǔn)備

48、四詳細的實驗室檢查1 常規(guī)檢查三大常規(guī) BCA BM和腦脊液2 重要臟器功能檢查心肺肝腎免疫甲狀腺3 移植相關(guān)檢查血型 HLA配型 MLC4 特異標(biāo)記檢查血型 RBC同功酶遺傳學(xué)標(biāo)記5 細菌學(xué)檢查口咽鼻外耳皮膚大便和尿6 病毒的檢查HV CMV EBVHSCT前準(zhǔn)備四詳細的實驗室檢查HSCT前準(zhǔn)備六供者骨髓采集術(shù)前準(zhǔn)備限于BMT1 知情談話和簽字2 備自體血600一800m1 HSCT前準(zhǔn)備六供者骨髓采集術(shù)前準(zhǔn)備HSCT前準(zhǔn)備五、PBSC發(fā)動方案限于PBSCT1 造血生長因子Auto or Allo2 大劑量化療Auto 3 大劑量化療合用造血生長因子Auto HSCT前準(zhǔn)備五、PBSC發(fā)動方案HSCT前準(zhǔn)備一BM采集部位 髂骨前、后麻醉 硬膜外并發(fā)癥 局部疼痛和短暫發(fā)熱采集前備血 自/異體血800mlHSCT前準(zhǔn)備六、HSC采集一BM采集HSCT前準(zhǔn)備六、HSC采集HSCT前準(zhǔn)備六、HSC采集二PBSC采集血細胞別離機別離PBSC采集量MNCauto2 108/kg allo&syn 5-8108/kg并發(fā)癥 短暫WBC和PLT減少HSCT前準(zhǔn)備六、HSC采集二PBSC采集HSCT前準(zhǔn)備六