細(xì)胞生物學(xué)干細(xì)胞及其利用

細(xì)胞生物學(xué)干細(xì)胞及其利用第一頁(yè)，共四十六頁(yè)，編輯于2023年，星期三教學(xué)要求1、掌握：干細(xì)胞的概念、分類；干細(xì)胞的生物學(xué)特征；胚胎干細(xì)胞的概念和生物學(xué)特征。2、熟悉：成體干細(xì)胞的種類；腫瘤干細(xì)胞的概念和來源。3、了解：干細(xì)胞增殖和分化的調(diào)控、干細(xì)胞的定向誘導(dǎo)分化、干細(xì)胞的應(yīng)用；第二頁(yè)，共四十六頁(yè)，編輯于2023年，星期三新聞1、“萬能的皮膚細(xì)胞”——皮膚細(xì)胞造精子皮膚細(xì)胞變“心臟”2、世界首例干細(xì)胞氣管移植手術(shù)完成第三頁(yè)，共四十六頁(yè)，編輯于2023年，星期三皮膚細(xì)胞造精子英國(guó)紐卡斯?fàn)柎髮W(xué)的科學(xué)家用皮膚干細(xì)胞首次制造出了人類精子。這對(duì)成千上萬的不育男性來說無疑是個(gè)福音，也許只是從身上取下一小塊皮膚，就可以讓他們做父親。不過，這一尖端技術(shù)引起了醫(yī)學(xué)和倫理上的爭(zhēng)議，因?yàn)檫@意味著可以完全憑人工手段生孩子，甚至讓死了很長(zhǎng)一段時(shí)間的男子也可以做“父親”。用皮膚細(xì)胞制造精子的過程：先將這些細(xì)胞放入用特殊培養(yǎng)基中培養(yǎng)，使細(xì)胞的生物鐘回到胚胎干細(xì)胞階段，之后再轉(zhuǎn)變成精子。最后，利用試管受精技術(shù)將這些人造精子注入卵子，使卵子受精，這樣就可以讓那些自身不能產(chǎn)精的男子有自己的孩子。第四頁(yè)，共四十六頁(yè)，編輯于2023年，星期三皮膚細(xì)胞變“心臟”新加坡國(guó)家心臟中心一組科研人員取得重大醫(yī)學(xué)突破，他們通過無菌的方式，成功將人體皮膚改造成人類誘導(dǎo)多能干細(xì)胞，并培育出與普通心臟一樣具有脈搏跳動(dòng)功能的心肌細(xì)胞，希望以此為心臟衰竭病患提供多一種治療方式。由于皮膚組織來自于病患本身，改造后的細(xì)胞特性與體內(nèi)細(xì)胞相同，因此在植入身體后，不必?fù)?dān)心會(huì)產(chǎn)生排斥反應(yīng)，也不需要用到免疫抑制藥物?！钡谖屙?yè)，共四十六頁(yè)，編輯于2023年，星期三世界首例干細(xì)胞氣管移植手術(shù)完成日前，英國(guó)和意大利兩國(guó)醫(yī)生聯(lián)合完成世界首例氣管移植手術(shù)。這個(gè)手術(shù)的特別之處在于，植入患者體內(nèi)的捐獻(xiàn)者的氣管已經(jīng)被剝離掉細(xì)胞，只剩一個(gè)“架子”，而醫(yī)生則將從患者體內(nèi)提取的干細(xì)胞注入這個(gè)“架子”中。這樣，最終長(zhǎng)成后的氣管就不會(huì)產(chǎn)生任何排異現(xiàn)象，從而攻克了氣管移植手術(shù)抗排異難這一世界性難題。據(jù)悉，利用這種氣管手術(shù)的原理，醫(yī)生們還可以移植聲帶和食道等組織。如果未來推廣到全世界，將使萬千病人解除病痛，從此可以輕松地生活。第六頁(yè)，共四十六頁(yè)，編輯于2023年，星期三第一節(jié)干細(xì)胞概述

一、干細(xì)胞的概念1、干細(xì)胞（stemcell）：是指具有無限或較長(zhǎng)期的自我更新（self-renewal）能力，并能產(chǎn)生至少一種高度分化子代細(xì)胞的細(xì)胞。它存在于人體或動(dòng)物個(gè)體發(fā)育各個(gè)階段的組織器官中，是各種分化細(xì)胞或特化細(xì)胞的初始來源。

概述第七頁(yè)，共四十六頁(yè)，編輯于2023年，星期三第一節(jié)干細(xì)胞概述概述根據(jù)分化潛能的高低：全能干細(xì)胞多能干細(xì)胞單能干細(xì)胞

根據(jù)細(xì)胞來源時(shí)期不同:

胚胎干細(xì)胞

成體干細(xì)胞一、干細(xì)胞的概念2、干細(xì)胞的分類第八頁(yè)，共四十六頁(yè)，編輯于2023年，星期三全能干細(xì)胞（totipotentstemcell）：能發(fā)育為一個(gè)完整個(gè)體的原始細(xì)胞。（受精卵、人體8-16細(xì)胞以前的卵裂球）多能干細(xì)胞（pluripotentstemcell）：來源于囊胚腔的內(nèi)細(xì)胞團(tuán)，失去發(fā)育為完整個(gè)體的能力，但理論上具有分化形成個(gè)體多種細(xì)胞的細(xì)胞。（胚胎干細(xì)胞、胚胎生殖細(xì)胞、骨髓基質(zhì)干細(xì)胞）單能干細(xì)胞（monopotentstemcell）：只能向密切相關(guān)的一種或少數(shù)幾種類型的細(xì)胞分化的細(xì)胞。（上皮組織基底層的干細(xì)胞、肌肉中成肌細(xì)胞）。第九頁(yè)，共四十六頁(yè)，編輯于2023年，星期三胚胎干細(xì)胞(embryonicstemcell；EScell)：存在于早期胚胎組織中、具有高度增殖能力和多向分化潛能，但尚未分化的干細(xì)胞。成體干細(xì)胞（adultstemcell）：存在于成體各組織器官的未分化細(xì)胞，在體內(nèi)具有終生自我更新能力和分化潛能。第十頁(yè)，共四十六頁(yè)，編輯于2023年，星期三二、干細(xì)胞的生物學(xué)特性（一）干細(xì)胞的形態(tài)和生化特征1、形態(tài)特征通常呈圓形或橢圓形，體積較小，核質(zhì)比例相對(duì)較大。

第十一頁(yè)，共四十六頁(yè)，編輯于2023年，星期三二、干細(xì)胞的生物學(xué)特性（一）干細(xì)胞的形態(tài)和生化特征1、形態(tài)特征2、生化特征干細(xì)胞都具有較高的端粒酶活性；不同的干細(xì)胞具有不同的生化標(biāo)志。如：nestin為神經(jīng)干細(xì)胞的標(biāo)志分子；角蛋白15是確定毛囊中表皮干細(xì)胞的標(biāo)志分子；CD34是造血干細(xì)胞的標(biāo)志分子等等。

干細(xì)胞的生化特性常被用作鑒定干細(xì)胞在組織中的存在和評(píng)價(jià)其分化程度的標(biāo)志。第十二頁(yè)，共四十六頁(yè)，編輯于2023年，星期三二、干細(xì)胞的生物學(xué)特性（二）干細(xì)胞的增殖特性1、緩慢性2、自穩(wěn)性第十三頁(yè)，共四十六頁(yè)，編輯于2023年，星期三1、緩慢性干細(xì)胞自身的增殖非常緩慢。干細(xì)胞意義:①有利于干細(xì)胞對(duì)特定的外界信號(hào)作出反應(yīng)，以決定進(jìn)行增殖還是進(jìn)入特定的分化程序；②可以減少基因發(fā)生突變的危險(xiǎn)，使干細(xì)胞有更多的時(shí)間發(fā)現(xiàn)和校正復(fù)制錯(cuò)誤，具有防止體細(xì)胞自發(fā)突變的作用。

一般情況下，干細(xì)胞處于休眠或緩慢增殖狀態(tài)，當(dāng)其接受刺激而進(jìn)行分化時(shí)，需產(chǎn)生過渡類型細(xì)胞再到分化細(xì)胞。第十四頁(yè)，共四十六頁(yè)，編輯于2023年，星期三1、緩慢性干細(xì)胞自身的增殖非常緩慢。干細(xì)胞短暫增殖細(xì)胞短暫增殖細(xì)胞：分裂速度快。意義：可使少量干細(xì)胞產(chǎn)生較多的分化細(xì)胞，同時(shí)保護(hù)干細(xì)胞。

在干細(xì)胞到分化細(xì)胞的發(fā)育過程中，有兩種過渡類型的細(xì)胞——短暫增殖細(xì)胞和祖細(xì)胞。祖細(xì)胞：為前體細(xì)胞，經(jīng)過幾次分裂后，產(chǎn)生的細(xì)胞為終末分化細(xì)胞。祖細(xì)胞第十五頁(yè)，共四十六頁(yè)，編輯于2023年，星期三2、自穩(wěn)性干細(xì)胞通過自我更新以維持自身數(shù)目恒定。干細(xì)胞短暫增殖細(xì)胞祖細(xì)胞（1）對(duì)稱分裂（symmetrydivision）：當(dāng)干細(xì)胞分裂時(shí)，產(chǎn)生的2個(gè)子代細(xì)胞都是干細(xì)胞或都是分化細(xì)胞．（2）不對(duì)稱分裂（asymmetrydivision）：當(dāng)干細(xì)胞分裂時(shí)，產(chǎn)生一個(gè)子代干細(xì)胞和一個(gè)子代分化細(xì)胞．第十六頁(yè)，共四十六頁(yè)，編輯于2023年，星期三2、自穩(wěn)性在個(gè)體的發(fā)育過程中，干細(xì)胞通過自我更新以維持自身數(shù)目恒定。是區(qū)別于腫瘤細(xì)胞的本質(zhì)特征。（1）對(duì)稱分裂（symmetrydivision）：當(dāng)干細(xì)胞分裂時(shí)，產(chǎn)生的2個(gè)子代細(xì)胞都是干細(xì)胞或都是分化細(xì)胞．（2）不對(duì)稱分裂（asymmetrydivision）：當(dāng)干細(xì)胞分裂時(shí)，產(chǎn)生一個(gè)子代干細(xì)胞和一個(gè)子代分化細(xì)胞．第十七頁(yè)，共四十六頁(yè)，編輯于2023年，星期三（1）在正常生理狀態(tài)下，干細(xì)胞多以不對(duì)稱分裂方式用于補(bǔ)充組織在自我更新過程中衰老和死亡的細(xì)胞。（不對(duì)稱分裂使機(jī)體對(duì)干細(xì)胞的調(diào)控更具有靈活性，可以更靈活地應(yīng)對(duì)機(jī)體生理變化的需要。）

（2）在創(chuàng)傷等應(yīng)激狀態(tài)時(shí)，由于需要大量的細(xì)胞代替和補(bǔ)充壞死的組織細(xì)胞，干細(xì)胞的分裂方式可能就不再局限于不對(duì)稱方式，可以以對(duì)稱分裂的方式快速增殖。2、自穩(wěn)性第十八頁(yè)，共四十六頁(yè)，編輯于2023年，星期三1、干細(xì)胞的分化潛能

干細(xì)胞分化具有多潛能性，不同干細(xì)胞的分化潛能不同。

干細(xì)胞可按其分化潛能分為：全能干細(xì)胞、多能干細(xì)胞和單能干細(xì)胞。

（三）干細(xì)胞的分化特征二、干細(xì)胞的生物學(xué)特性第十九頁(yè)，共四十六頁(yè)，編輯于2023年，星期三1、干細(xì)胞的分化潛能

2、干細(xì)胞的轉(zhuǎn)分化和去分化

目前的研究發(fā)現(xiàn)，成體干細(xì)胞具有一定的可塑性（plasticity），即不同組織來源的成體干細(xì)胞之間可相互轉(zhuǎn)化。包括干細(xì)胞的轉(zhuǎn)分化和去分化。

（三）干細(xì)胞的分化特征二、干細(xì)胞的生物學(xué)特性第二十頁(yè)，共四十六頁(yè)，編輯于2023年，星期三一種組織類型的干細(xì)胞在適當(dāng)條件下可以分化為另一種組織類型的細(xì)胞，稱為干細(xì)胞的轉(zhuǎn)分化。1997年，研究首次證明成年動(dòng)物的造血干細(xì)胞可分化成為腦的星形膠質(zhì)細(xì)胞、少突膠質(zhì)細(xì)胞和小膠質(zhì)細(xì)胞。目前，類似的發(fā)現(xiàn)還包括成體造血干細(xì)胞分化成為肌細(xì)胞、肝細(xì)胞；神經(jīng)干細(xì)胞轉(zhuǎn)化為造血干細(xì)胞等等。

第二十一頁(yè)，共四十六頁(yè)，編輯于2023年，星期三第二節(jié)胚胎干細(xì)胞概念：

胚胎干細(xì)胞：是指存在于早期胚胎中，具有多向分化潛能和較長(zhǎng)期地進(jìn)行自我更新的細(xì)胞。包括：

囊胚內(nèi)細(xì)胞團(tuán)的胚胎干細(xì)胞（ES細(xì)胞）早期胎兒（5-9周）原始生殖嵴的生殖干細(xì)胞（EG細(xì)胞）第二十二頁(yè)，共四十六頁(yè)，編輯于2023年，星期三第二十三頁(yè)，共四十六頁(yè)，編輯于2023年，星期三一、生物學(xué)特性1、形態(tài)特征：

圓形；細(xì)胞體積?。缓速|(zhì)比例高，細(xì)胞核明顯，有一個(gè)或多個(gè)核仁，染色質(zhì)較分散；核型正常、二倍體；細(xì)胞質(zhì)內(nèi)散布著大量的核糖體和線粒體。第二十四頁(yè)，共四十六頁(yè)，編輯于2023年，星期三2、生長(zhǎng)特征：

體外培養(yǎng)細(xì)胞呈多層集落狀生長(zhǎng)，緊密堆積在一起，無明顯細(xì)胞界限，形似鳥巢。一、生物學(xué)特性關(guān)鍵:維持干細(xì)胞的未分化狀態(tài)。

飼養(yǎng)層細(xì)胞（成纖維細(xì)胞株）培養(yǎng)體系無飼養(yǎng)層培養(yǎng)體系第二十五頁(yè)，共四十六頁(yè)，編輯于2023年，星期三3、生化特征

（1）表面抗原：胚胎階段性特異抗原（stage-specificembryonicantigens,SSEA）一、生物學(xué)特性SSEA是一種糖蛋白，在胚胎發(fā)育早期表達(dá)，常作為胚胎干細(xì)胞的標(biāo)志之一，具有種屬特異性。

如：人的ES細(xì)胞表達(dá)SSEA-3、SSEA-4，而小鼠的ES細(xì)胞表達(dá)SSEA-1；第二十六頁(yè)，共四十六頁(yè)，編輯于2023年，星期三3、生化特征

（1）表面抗原：階段特異性胚胎抗原一、生物學(xué)特性（2）堿性磷酸酶（AKP）

堿性磷酸酶（AKP）是鑒定胚胎干細(xì)胞分化與否的標(biāo)志之一。

（3）端粒酶

胚胎性干細(xì)胞端粒酶持續(xù)高水平表達(dá)；使這些細(xì)胞在分裂后保持端粒長(zhǎng)度，維持細(xì)胞的分裂增殖能力。第二十七頁(yè)，共四十六頁(yè)，編輯于2023年，星期三4、分化潛能

人胚胎干細(xì)胞具有分化形成外、中、內(nèi)三個(gè)胚層的潛能。一、生物學(xué)特性第二十八頁(yè)，共四十六頁(yè)，編輯于2023年，星期三二、胚胎干細(xì)胞定向誘導(dǎo)分化

定向分化：在適宜條件下，使胚胎干細(xì)胞按照人們的意愿分化為某一特定譜系的細(xì)胞，稱為胚胎干細(xì)胞的定向分化。

第二十九頁(yè)，共四十六頁(yè)，編輯于2023年，星期三1、基因功能研究2、發(fā)育機(jī)制研究3、藥物監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的構(gòu)建4、細(xì)胞替代療法和組織器官移植三、胚胎干細(xì)胞的應(yīng)用

第三十頁(yè)，共四十六頁(yè)，編輯于2023年，星期三四、誘導(dǎo)性多能干細(xì)胞

人胚胎干細(xì)胞的主要來源：

流產(chǎn)的胎兒和體外受精制造的胚胎

第三十一頁(yè)，共四十六頁(yè)，編輯于2023年，星期三第三十二頁(yè)，共四十六頁(yè)，編輯于2023年，星期三2001年8月，美國(guó)時(shí)任總統(tǒng)布什宣布對(duì)胚胎干細(xì)胞研究設(shè)限，規(guī)定聯(lián)邦政府對(duì)胚胎干細(xì)胞研究的資助僅限于研究當(dāng)時(shí)已有的胚胎干細(xì)胞，不得資助從新胚胎中提取干細(xì)胞進(jìn)而開展研究。2009年3月，美國(guó)總統(tǒng)奧巴馬前天簽署行政令，推翻2001年禁用政府經(jīng)費(fèi)資助人類胚胎干細(xì)胞研究的條例，科學(xué)家為此鼓掌、支持者高聲歡呼。

干細(xì)胞研究經(jīng)費(fèi)解禁科學(xué)界對(duì)奧巴馬新政歡呼（2009-03-11）第三十三頁(yè)，共四十六頁(yè)，編輯于2023年，星期三

人胚胎干細(xì)胞的主要來源：

流產(chǎn)的胎兒和體外受精制造的胚胎

誘導(dǎo)產(chǎn)生的多功能干細(xì)胞（ｉＰＳ細(xì)胞）

四、誘導(dǎo)性多能干細(xì)胞

第三十四頁(yè)，共四十六頁(yè)，編輯于2023年，星期三誘導(dǎo)產(chǎn)生的多功能干細(xì)胞（ｉＰＳ細(xì)胞）2006年,Takahashi和Yamanaka將幾個(gè)轉(zhuǎn)錄因子導(dǎo)入已分化的小鼠皮膚成纖維細(xì)胞,進(jìn)而獲得了類似于胚胎干細(xì)胞(embryonicstemcells,ES細(xì)胞)多能性干細(xì)胞,稱之為“誘導(dǎo)產(chǎn)生的多能性干細(xì)胞”(inducedpluripotentstemcells,iPS細(xì)胞).這一研究明確地證實(shí)了分化的細(xì)胞可以通過少數(shù)幾個(gè)因子的外源導(dǎo)入而被重編程到具有多能性的狀態(tài),因而受到了整個(gè)生命科學(xué)領(lǐng)域的廣泛關(guān)注。２００７年１１月，美國(guó)和日本科學(xué)家分別宣布獨(dú)立發(fā)現(xiàn)將普通皮膚細(xì)胞轉(zhuǎn)化為干細(xì)胞的方法，得到的干細(xì)胞稱為誘導(dǎo)多功能干細(xì)胞，這一發(fā)現(xiàn)分別被《自然》和《科學(xué)》雜志評(píng)為２００７年第一和第二大科學(xué)進(jìn)展。第三十五頁(yè)，共四十六頁(yè)，編輯于2023年，星期三２００８年４月，美國(guó)加利福尼亞大學(xué)科學(xué)家報(bào)告稱，他們將實(shí)驗(yàn)鼠皮膚細(xì)胞改造成ｉＰＳ細(xì)胞，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。

２００９年２月，日本東京大學(xué)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，而且從技術(shù)上說用ｉＰＳ細(xì)胞培育人類紅細(xì)胞和白細(xì)胞都是可能的；緊接著，日本慶應(yīng)大學(xué)科學(xué)家又宣布，成功用實(shí)驗(yàn)鼠的ｉＰＳ細(xì)胞培育出鼠角膜上皮細(xì)胞。

２００９年３月伊始，ｉＰＳ細(xì)胞研究便相繼迎來兩項(xiàng)重大突破。英國(guó)和加拿大科學(xué)家發(fā)現(xiàn)了不借助病毒、安全將普通皮膚細(xì)胞轉(zhuǎn)化為ｉＰＳ細(xì)胞的方法；美國(guó)科學(xué)家則在《細(xì)胞》雜志上宣布，他們可以將ｉＰＳ細(xì)胞中因轉(zhuǎn)化需要而植入的有害基因移除，且保證由此獲得的神經(jīng)元細(xì)胞的基本功能不受影響。

誘導(dǎo)產(chǎn)生的多功能干細(xì)胞（ｉＰＳ細(xì)胞）第三十六頁(yè)，共四十六頁(yè)，編輯于2023年，星期三２００９年７月，ｉＰＳ細(xì)胞研究在臨床應(yīng)用道路上又邁出非常重要的一步。據(jù)英國(guó)《自然》雜志網(wǎng)站２３日?qǐng)?bào)道，中國(guó)科學(xué)家周琪和高紹榮等人利用ｉＰＳ細(xì)胞克隆出活體實(shí)驗(yàn)鼠，首次證明ｉＰＳ細(xì)胞具有全能性。該成果讓人們看到了ｉＰＳ細(xì)胞具有實(shí)用性。繼前不久在世界上首次得到完全由誘導(dǎo)多能干細(xì)胞（即iPS細(xì)胞）發(fā)育的小鼠之后，中國(guó)科學(xué)家在iPS細(xì)胞研究領(lǐng)域又取得重大進(jìn)展：首次從孕婦產(chǎn)前的羊水細(xì)胞中高效快速建立iPS細(xì)胞，所需時(shí)間只有6天，為目前人類iPS細(xì)胞相關(guān)報(bào)道中最短。美國(guó)《時(shí)代》周刊在其網(wǎng)站上公布了2010年十大醫(yī)學(xué)突破名單，其中“可降低HIV感染風(fēng)險(xiǎn)的抗艾滋病藥”、“人工合成細(xì)胞”、“老年性癡呆癥的血液檢測(cè)”及“更快更安全培育iPS細(xì)胞”等成果入選。誘導(dǎo)產(chǎn)生的多功能干細(xì)胞（ｉＰＳ細(xì)胞）第三十七頁(yè)，共四十六頁(yè)，編輯于2023年，星期三成體干細(xì)胞（adultstemcell）:

成體組織中具有自我更新能力及能分化產(chǎn)生一種或一種以上子代組織細(xì)胞的未成熟細(xì)胞。成體干細(xì)胞的進(jìn)一步分化是成年機(jī)體組織損傷修復(fù)和再生的保證，維持組織細(xì)胞功能的穩(wěn)態(tài)。干細(xì)胞廣泛存在于各種組織中。第三節(jié)成體干細(xì)胞第三十八頁(yè)，共四十六頁(yè)，編輯于2023年，星期三第三十九頁(yè)，共四十六頁(yè)，編輯于2023年，星期三第三節(jié)成體干細(xì)胞第四十頁(yè)，共四十六頁(yè)，編輯于2023年，星期三胚胎干細(xì)胞與成體干細(xì)胞的比較相同點(diǎn)：成體干細(xì)胞和胚胎干性細(xì)胞一樣，具有自我更新的能力，并可在適宜條件下分化形成特殊形態(tài)和特定功能的子細(xì)胞（分化潛能）。

第四十