细胞分化、干细胞.ppt

第十三章第十三章 细胞分化细胞分化第一节第一节 细胞分化的基本内容细胞分化的基本内容一、概念一、概念 一种类型的细胞转变为在形态结构、生理功能一种类型的细胞转变为在形态结构、生理功能和生化特性等方面发生稳定改变的其他类型细胞的和生化特性等方面发生稳定改变的其他类型细胞的过程。过程。本质：本质：基因表达差异，遗传物质未改变基因表达差异，遗传物质未改变 少数终末分化细胞遗传物质丢失少数终末分化细胞遗传物质丢失二、特点二、特点l时空性：时空性：细胞分化潜能随个体发育逐渐变小，与细胞分化潜能随个体发育逐渐变小，与细胞分裂密切相关细胞分裂密切相关 细胞分裂次数细胞分裂次数 细胞分化能力细胞分化能力 l稳定性：稳定性：保持分化后细胞结构和功能的稳定，遗保持分化后细胞结构和功能的稳定，遗传的稳定性传的稳定性l可逆性和全能性：可逆性和全能性：受细胞周围环境影响受细胞周围环境影响 克隆羊克隆羊试验试验注：少数细胞遗传物质丢失注：少数细胞遗传物质丢失终末细胞（不可逆）终末细胞（不可逆）细胞分化的时空性细胞分化的时空性间介中胚层和侧中胚层的分化间介中胚层和侧中胚层的分化Lateral mesoderm二、二、细胞分化的决定因素细胞分化的决定因素1.细胞决定：细胞决定：2.细胞发育及分化程度决定细胞分化细胞发育及分化程度决定细胞分化2.2.基因选择表达决定细胞分化基因选择表达决定细胞分化（1 1）同源盒基因排列顺序）同源盒基因排列顺序决定个体发育和细胞分化决定个体发育和细胞分化珠蛋白基因甲基化与基因表达调控珠蛋白基因甲基化与基因表达调控（2 2）染色质结构与修饰）染色质结构与修饰决定细胞分化决定细胞分化 DNADNA的缺失、重排、甲基化修饰的缺失、重排、甲基化修饰 组蛋白的乙酰化、甲基化、磷酸化组蛋白的乙酰化、甲基化、磷酸化 分化主导基因表达控制分化主导基因表达控制 人类主要组织相容性复合体（人类主要组织相容性复合体（MHC）基因）基因 TCR TCR 链链基因基因重排重排 三、细胞分化的影响因素三、细胞分化的影响因素 细胞间相互作用细胞间相互作用激素内分泌系统激素内分泌系统环境因素环境因素（一）细胞间相互作用（一）细胞间相互作用胚胎诱导：胚胎发育过程中，胚胎诱导：胚胎发育过程中，细胞间相互作细胞间相互作用改变细胞分化方向用改变细胞分化方向 胚胎诱导胚胎诱导的分子基础是的分子基础是旁分泌旁分泌此外，相互之间的此外，相互之间的连接连接及及基质基质，甚至，甚至挤压挤压也也会影响胚胎发育会影响胚胎发育第二节第二节 细胞分化与疾病细胞分化与疾病细胞分化与肿瘤细胞分化与肿瘤细胞分化与再生细胞分化与再生一、一、细胞分化与肿瘤细胞分化与肿瘤肿瘤细胞表现为肿瘤细胞表现为低分化低分化、高增殖高增殖特性特性肿瘤细胞是肿瘤细胞是异常分化异常分化细胞，表现为高度细胞，表现为高度异质性异质性（基因突变、染色体畸变）（基因突变、染色体畸变）丧失接触抑制丧失接触抑制诱导分化可抑制肿瘤生长：诱导分化可抑制肿瘤生长：反式维甲酸反式维甲酸 治疗治疗 急急性早幼粒细胞白血病性早幼粒细胞白血病(APL)(APL)二、细胞分化与再生二、细胞分化与再生l生长：生长：幼体发育成为成体，体形增大的过程幼体发育成为成体，体形增大的过程 机体各部分生长速度有差异，头部生长慢，四肢机体各部分生长速度有差异，头部生长慢，四肢生长快。生长快。l再生：再生：机体某部分损伤或丧失后的修复过程机体某部分损伤或丧失后的修复过程血细胞、皮肤上皮、消化道上皮细胞的衰老与更血细胞、皮肤上皮、消化道上皮细胞的衰老与更新较快，其他器官组织再生能力较差，新较快，其他器官组织再生能力较差，越高等的生物，再生能力越差越高等的生物，再生能力越差再生的分类再生的分类uu微微变变态态再再生生：含含去去分分化化再再分分化化过过程程，如两栖类动物再生肢体。如两栖类动物再生肢体。uu变变形形再再生生：已已存存在在组组织织的的重重组组分分化化，基基本本没有新的生长没有新的生长,例如水螅的再生。例如水螅的再生。uu补补偿偿性性再再生生：细细胞胞分分裂裂，产产生生相相似似细细胞胞，如哺乳动物肝脏再生。如哺乳动物肝脏再生。参与再生过程的细胞参与再生过程的细胞n干细胞或祖细胞：干细胞或祖细胞：干细胞或祖细胞：干细胞或祖细胞：最常见的再生机制，干细胞一最常见的再生机制，干细胞一最常见的再生机制，干细胞一最常见的再生机制，干细胞一般通过中间类型细胞及定向逆分化为祖细胞再分般通过中间类型细胞及定向逆分化为祖细胞再分般通过中间类型细胞及定向逆分化为祖细胞再分般通过中间类型细胞及定向逆分化为祖细胞再分化为终末分化细胞化为终末分化细胞化为终末分化细胞化为终末分化细胞n已分化细胞：已分化细胞：已分化细胞：已分化细胞：已分化细胞去分化或转分化，然后已分化细胞去分化或转分化，然后已分化细胞去分化或转分化，然后已分化细胞去分化或转分化，然后再分化，形成失去的组织或器官再分化，形成失去的组织或器官再分化，形成失去的组织或器官再分化，形成失去的组织或器官第十五章第十五章 干细胞干细胞干细胞（干细胞（stem cellstem cell）：）：具有具有自我更新自我更新能力和能力和分化分化潜能潜能的细胞。的细胞。u干细胞分类：干细胞分类：按细胞来源分类按细胞来源分类:胚胎干细胞（胚胎干细胞（embryonic stem cell,EScembryonic stem cell,ESc）：）：受受精卵、卵裂球、内细胞团、原始生殖干细胞精卵、卵裂球、内细胞团、原始生殖干细胞 成体干细胞（成体干细胞（somatic stem cell somatic stem cell）：）：皮肤、肠、皮肤、肠、肌肉、神经、造血、基质肌肉、神经、造血、基质一、一、干细胞的分类干细胞的分类 按分化潜能分类：按分化潜能分类：可分为三种类型可分为三种类型（1 1）全能性干细胞）全能性干细胞(totipotenttotipotent stem cell)stem cell)：具有形成完整具有形成完整个体的分化潜能。个体的分化潜能。（卵裂球细胞）（卵裂球细胞）（2 2）多能性干细胞（）多能性干细胞（pluripotentpluripotent stem cell)stem cell)：具有分化具有分化出多种细胞组织的潜能，但不能发育成完整的个体。如出多种细胞组织的潜能，但不能发育成完整的个体。如胚胚胎干细胞（胎干细胞（ESES细胞），原肠胚三胚层细胞细胞），原肠胚三胚层细胞。（3 3）专能干细胞（）专能干细胞（mutipotentmutipotent stem cell)stem cell)（也称偏能干细（也称偏能干细胞）：胞）：只能向一种相应组织类型细胞分化。只能向一种相应组织类型细胞分化。二、干细胞的形态及生化特征二、干细胞的形态及生化特征（一）形态特征：（一）形态特征：幼稚、原始细胞特征幼稚、原始细胞特征u多呈圆形或椭圆形，多呈圆形或椭圆形，u体积小体积小u核质比例大核质比例大u膜性细胞器不发达膜性细胞器不发达（二）生化特征：（二）生化特征：u 细胞增殖相关基因活跃细胞增殖相关基因活跃u 端粒酶活性高端粒酶活性高u 有特殊的生化标志（免疫标志）有特殊的生化标志（免疫标志）三、增殖特征三、增殖特征增殖的缓慢性：增殖的缓慢性：通过过渡细胞增殖通过过渡细胞增殖自稳定性自稳定性o干细胞数目维持相对稳定干细胞数目维持相对稳定连续分裂，长时间静止连续分裂，长时间静止o两种增殖方式：两种增殖方式：o对称分裂对称分裂子代两个细胞都是干细胞或分化细胞子代两个细胞都是干细胞或分化细胞o不对称分裂不对称分裂子代两个细胞一个是干细胞，另一个为分子代两个细胞一个是干细胞，另一个为分化细胞化细胞四、分化特征四、分化特征u多分化潜能性多分化潜能性分化特定功能的细胞分化特定功能的细胞受分化前干细胞的数目和分裂次数控制受分化前干细胞的数目和分裂次数控制分化潜能有时空限制分化潜能有时空限制u有一定的有一定的可塑性可塑性 在适当条件可以发生转分化和去分化在适当条件可以发生转分化和去分化五、干细胞微环境五、干细胞微环境u干细胞的维持需要严格的局部条件和微环干细胞的维持需要严格的局部条件和微环境境u干细胞巢（干细胞巢（stem cell nichestem cell niche）：）：干细胞与干细胞与周围细胞及基质组成的动态平衡局部环境周围细胞及基质组成的动态平衡局部环境二、二、胚胎干细胞胚胎干细胞卵裂球卵裂球 细胞细胞 囊胚：囊胚：内细胞团（内细胞团（Inner cell mass,ICM)Inner cell mass,ICM)滋养层细胞滋养层细胞(TrophoblastTrophoblast)胚胎生殖细胞（胚胎生殖细胞（embryonic germ stem embryonic germ stem cell,EGccell,EGc）:原始原始生殖细胞（生殖细胞（primary germ cell,primary germ cell,PGcPGc）胚胎癌细胞（胚胎癌细胞（embryonic carcinoma embryonic carcinoma cell,ECccell,ECc）：）：畸胎畸胎瘤细胞瘤细胞u标志：标志：阶段特异性胚胎抗原（阶段特异性胚胎抗原（SSEASSEA）碱性磷酸酶碱性磷酸酶三、三、成体干细胞成体干细胞造血干细胞造血干细胞间充质干细胞间充质干细胞神经干细胞神经干细胞皮肤干细胞皮肤干细胞肠干细胞肠干细胞肝干细胞肝干细胞（一）造血干细胞（一）造血干细胞u最早认识的专能干细胞最早认识的专能干细胞u哺乳动物造血器官哺乳动物造血器官l卵黄囊卵黄囊主动脉主动脉性腺性腺中肾区中肾区胎肝胎肝和脾脏和脾脏骨髓骨髓l标志：标志：CD34CD34造血干细胞造血干细胞（二）间充质干细胞（二）间充质干细胞骨髓间充质干细胞（骨髓间充质干细胞（mesenchymal stem mesenchymal stem cells,MSCcells,MSC）:主要来源于骨髓腔主要来源于骨髓腔主要分化为骨、肌腱、肌肉和骨髓基质主要分化为骨、肌腱、肌肉和骨髓基质可诱导分化为其他类型细胞可诱导分化为其他类型细胞 优点：优点：来源多、取材方便来源多、取材方便二、间充质干细胞二、间充质干细胞间充质干细胞（间充质干细胞（mesenchymal stem cellmesenchymal stem cell，MSCMSC）：）：个体发育中的骨髓腔个体发育中的骨髓腔 可分化为骨、肌腱、肌肉和骨髓细胞可分化为骨、肌腱、肌肉和骨髓细胞 分子标志：分子标志：SH2SH2、SH3SH3、CD44CD44、CD71CD71u神经干细胞：神经干细胞：脑室旁、海马、嗅球、脑干脑室旁、海马、嗅球、脑干 标志：标志：nestinnestinu表皮干细胞：表皮干细胞：皮肤生发层底部、毛囊底部皮肤生发层底部、毛囊底部 标志：标志：角蛋白（角蛋白（keratinkeratin）1919、5 5、1414u肌肉中的成肌细胞（或叫卫星细胞）：肌肉中的成肌细胞（或叫卫星细胞）：u肠干细胞：隐窝底层肠干细胞：隐窝底层 标志：标志：TcF4TcF4、中间纤维、角蛋白、中间纤维、角蛋白K8K8、K18K18、K19K19（三）（三）特殊干细胞特殊干细胞精原干细胞：精原干细胞：睾丸曲细精管内皮睾丸曲细精管内皮癌干细胞（癌干细胞（cancer stem cell,CSccancer stem cell,CSc）:又称肿瘤干细胞，肿瘤的起始细胞又称肿瘤干细胞，肿瘤的起始细胞 有干细胞标志和原始胚胎细胞标志有干细胞标志和原始胚胎细胞标志第二节第二节 干细胞的应用干细胞的应用u细胞治疗细胞治疗胚胎干细胞胚胎干细胞l个体和器官的克隆个体和器官的克隆l基因功能研究基因功能研究成体干细胞成体干细胞l白血病、血液病的干细胞治疗白血病、血液病的干细胞治疗l神经疾病、损伤修复的治疗神经疾病、损伤修复的治疗l其他疾病的治疗其他疾病的治疗u组织工程组织工程u药物筛查和疗效评价药物筛查和疗效评价细胞工程细胞工程细胞规模化培养：细胞规模化培养：蛋白表达、抗体制备蛋白表达、抗体制备细胞融合：细胞融合：单克隆抗体制备、肿瘤疫苗单克隆抗体制备、肿瘤疫苗核移植：核移植：克隆动物、转基因动物克隆动物、转基因动物细胞基因转移：细胞基因转移：工程化细胞、生物工程药工程化细胞、生物工程药物、疫苗制备、细胞模型物、疫苗制备、细胞模型单克隆抗体单克隆抗体制备制备第十六章第十六章 肿瘤细胞肿瘤细胞u概念：概念：异常增殖细胞，高度异质性异常增殖细胞，高度异质性u基本特征：基本特征：无限增殖、迁移性、失去接触抑制无限增殖、迁移性、失去接触抑制u分类：分类：良性肿瘤：良性肿瘤：生长缓慢、有包膜、边界清楚、无侵生长缓慢、有包膜、边界清楚、无侵袭和转移，分化良好、排列规则袭和转移，分化良好、排列规则恶性肿瘤：恶性肿瘤：生长快速、无包膜、边界不清、侵袭生长快速、无包膜、边界不清、侵袭与转移，细胞排列规则，核质比列高、多形核、与转移，细胞排列规则，核质比列高、多形核、染色质核周聚集，失去接触抑制染色质核周聚集，失去接触抑制正常肠粘膜结肠癌（与正常组织交界）二、肿瘤细胞基本特征二、肿瘤细胞基本特征（一）异常形态结构（一）异常形态结构u细胞骨架：细胞骨架：微丝减少，微观变短，骨架紊乱微丝减少，微观变短，骨架紊乱u细胞核：细胞核：核质比列高、多形核、染色质核周聚集，核质比列高、多形核、染色质核周聚集，假包涵体假包涵体u细胞质：细胞质：内质网、高尔基复合体畸形，线粒体肿内质网、高尔基复合体畸形，线粒体肿胀、嵴减少，胀、嵴减少，u细胞连接：细胞连接：细胞间连接减少，细胞间连接减少，（二）生物学行为异常（二）生物学行为异常u增殖自主、低分化，失去接触抑制增殖自主、低分化，失去接触抑制u生存独立：生存独立：失去锚定依赖性，旁分泌、自失去锚定依赖性，旁分泌、自分泌分泌u侵袭和转移性：侵袭和转移性：分泌基质蛋白酶，破坏基分泌基质蛋白酶，破坏基膜和细胞连接，迁移性增强，逃逸免疫监膜和细胞连接，迁移性增强，逃逸免疫监视视良性或恶性良性或恶性息肉状乳头状蕈伞状菜花状溃疡状良性肿瘤良性肿瘤结节状分叶状囊状（边界清楚常有包膜）恶性肿瘤恶性肿瘤不规则结节状树根状蟹足状肿瘤外形和生长方式图肿瘤外形和生长方式图光镜下才能见到的微浸润癌两岁男孩体重11腰围达77腹膜后巨大畸胎瘤 达5.5 原发瘤原发瘤血道转移血道转移淋巴道转移淋巴道转移种植性转移种植性转移直接蔓延直接蔓延浸润性生长浸润性生长原发癌癌细胞沿输入淋巴管到达淋巴结 癌细胞先聚集在边缘窦形成转移癌 癌细胞经输出淋巴管流出 癌细胞经输入淋巴管逆行转移（三）生化代谢异常（三）生化代谢异常u细胞膜改变：细胞膜改变：膜脂膜糖改变：膜脂膜糖改变：糖基转移酶活性降低，糖链变短，糖基转移酶活性降低，糖链变短，简单糖脂堆积简单糖脂堆积膜蛋白改变：膜蛋白改变：跨膜连接蛋白、纤粘连蛋白减少，跨膜连接蛋白、纤粘连蛋白减少，含唾液酸和岩藻糖的糖蛋白增加（负电荷），癌含唾液酸和岩藻糖的糖蛋白增加（负电荷），癌胚抗原、抗原肿瘤相关移植抗原（胚抗原、抗原肿瘤相关移植抗原（TATATATA）表达）表达代谢异常：代谢异常：糖酵解增加糖酵解增加端粒酶：活性增高端粒酶：活性增高肿肿 瘤瘤第五节良性肿瘤与恶性肿瘤的区别第五节良性肿瘤与恶性肿瘤的区别 良性肿瘤良性肿瘤 恶性肿瘤恶性肿瘤 分化好、异型性小缓 慢 膨胀性或外生性生长不 转 移 术后少复发 较 小主要为局部压迫或阻塞 分化低、异型性大 迅 速 浸润性或外生性生长 可 转 移 术后易复发 严 重压迫和阻塞、破坏组织引起恶病质及死亡 分化程度生长速度生长方式转 移复 发对机体影响 在致瘤病毒、人体和动物肿瘤中发现的可以导致细胞恶性转化的核酸片断。称为癌基因癌基因。病毒癌基因、原癌基因（或者细胞癌基因）一、癌基因的概念一、癌基因的概念病毒癌基因病毒癌基因 (virus-oncogene；v-onco)指病毒核酸能够使细胞恶性转化的片断。原癌基因原癌基因(proto-oncogene，pro-onco)在人类、哺乳动物如大鼠、小鼠，乃至酵母、果蝇中发现的与肿瘤病毒癌基因的同源顺序。这种基因是正常的细胞基因，其表达产物的功能在于维持细胞的正常生长发育。根据癌基因编码蛋白质功能、性质进行分类。1.蛋白激酶类蛋白激酶类 酪氨酸蛋白激酶：src、fgr、yes。丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶：raf、mos、2.生长因子类生长因子类 sis PDGF-2；int-2 EGf 的相似物；erb-B EGf 受体3.GTP结合蛋白类结合蛋白类 产物具有GTP酶的活性 ras(H-ras；K-ras)4.核蛋白类核蛋白类 产物与DNA 结合，与复制启动有关 myc；fos；jun；erb-A三、三、病毒癌基因的分类病毒癌基因的分类癌基因的激活机制癌基因的激活机制1 1 点突变（点突变（point mutationpoint mutation）单个碱基突变而单个碱基突变而改变了编码蛋白改变了编码蛋白质的功能使癌基质的功能使癌基因激活因激活.K-ras K-ras，N-ras N-ras，H-ras H-ras，1212、1313、61 codon61 codon突变突变 2 2 2 2 启动子插入（启动子插入（启动子插入（启动子插入（promoter insertionpromoter insertionpromoter insertionpromoter insertion）接种接种接种接种 4 41212个月个月个月个月 ALV ALV 鸡（鸡（1 1日龄）日龄）B.C B.C淋巴瘤淋巴瘤（ALV-ALV-鸟类白细胞组织增生病毒鸟类白细胞组织增生病毒鸟类白细胞组织增生病毒鸟类白细胞组织增生病毒,含有含有含有含有LTR,LTR,具有启动子具有启动子具有启动子具有启动子,一旦整合到细胞癌基因一旦整合到细胞癌基因一旦整合到细胞癌基因一旦整合到细胞癌基因c-MYCc-MYC旁可使之激活旁可使之激活旁可使之激活旁可使之激活 ）3 3 基因扩增（基因扩增（gene amplificationgene amplification）细胞学：细胞学：均质染色区（均质染色区（HSRHSR）染色体某个节段、染色体某个节段、相对解旋、浅染区相对解旋、浅染区,染色体增长染色体增长。双微体（双微体（DMDM）扩增的扩增的DNADNA脱离染色脱离染色 体、分散、成双的染色质小体体、分散、成双的染色质小体 分子水平分子水平：基因拷贝倍增。神经母细胞瘤基因拷贝倍增。神经母细胞瘤 N-myc N-myc 染色体的易位类似于启动子的插入。染色体的易位导致癌基因的重排，从而激活癌基因。最为典型的是 t (9q34；22q11)t (8q24；9q32)4.4.易位激活易位激活肿瘤抑制基因肿瘤抑制基因/抑癌基因抑癌基因（Tumor Suppressor Gene Tumor Suppressor Gene，TSGTSG）正常细胞中存在的一类调节细胞生长增殖分正常细胞中存在的一类调节细胞生长增殖分化的基因，具有抑制肿瘤细胞增殖作用。化的基因，具有抑制肿瘤细胞增殖作用。当其一对基因拷贝失活、丧失功能后，形成隐当其一对基因拷贝失活、丧失功能后，形成隐性状态才失去抑制肿瘤发生的作用，故亦称隐性状态才失去抑制肿瘤发生的作用，故亦称隐性癌基因。性癌基因。五、抑癌基因五、抑癌基因又称为抗癌基因(anti-oncogene)、肿瘤抑制基因(Tumor Suppressor Gene)(Tumor Suppressor Gene)，抑制细胞的生长和促进细胞的分化的基因：诱导终末分化；维持基因的稳定。触发衰老，诱导细胞程序化死亡 调节细胞的生长，抑制蛋白酶活性。改变DNA甲基化酶的活性（甲基化酶可以打开、关闭、基因，甲基化酶也可以引起基因的突变）促进细胞间的联系。第六节第六节 肿瘤的发生的遗传学说肿瘤的发生的遗传学说一、体细胞突变一、体细胞突变(somatic mutation)或者单克隆起源假说或者单克隆起源假说二、二次突变论二、二次突变论三、肿瘤发生中的多步骤遗传损伤三、肿瘤发生中的多步骤遗传损伤假说假说 肿瘤可以看作是在个体的遗传物质基础上，尤其是在个体对肿瘤的遗传易感性的基础上，致癌因子引起细胞遗传物质结构和功能异常的结果。这种异常大多数不是由生殖细胞得来的，而是在体细胞中新发生的基因突变所致。发生突变的癌前细胞在一些促癌因素的作用下发展为肿瘤。因此有人认为大多数肿瘤可以看作一种体细胞遗传病。一、体细胞突变一、体细胞突变一、体细胞突变一、体细胞突变(somatic mutationsomatic mutation)或者单克隆起源假说或者单克隆起源假说或者单克隆起源假说或者单克隆起源假说小 结干细胞的概念、分类以及形态特征干细胞的概念、分类以及形态特征干细胞的生物学特性干细胞的生物学特性胚胎干细胞的生物学特性胚胎干细胞的生物学特性成体干细胞主要有哪些成体干细胞主要有哪些了解目前干细胞在临床医学中的应用进展了解目前干细胞在临床医学中的应用进展