血液分子生物学癌干细胞和造血干细胞课件.ppt
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1、关于血液分子生物学癌干细胞和造血干细胞第1页,此课件共50页哦恶性肿瘤恶性肿瘤具有无限增殖和侵袭性生长的特点,具有无限增殖和侵袭性生长的特点,传统传统的观念认为肿瘤形成是所有肿瘤细胞的观念认为肿瘤形成是所有肿瘤细胞共同共同增殖增殖的结果。的结果。然而,在白血病的研究中发现,白血病的形成然而,在白血病的研究中发现,白血病的形成和发展与正常造血系统有极大的相似之处和发展与正常造血系统有极大的相似之处(1997年年John Dick 等定义了第一个肿瘤干细胞,等定义了第一个肿瘤干细胞,急性髓细胞性白血病(急性髓细胞性白血病(AML)的白血病干细胞),的白血病干细胞),由此提出了肿瘤形成的新模式由此提
2、出了肿瘤形成的新模式癌癌干细胞学干细胞学说说。第2页,此课件共50页哦 癌干细胞癌干细胞在肿瘤中的在肿瘤中的一小部分一小部分具有无限增殖能力,并形成具有无限增殖能力,并形成肿瘤能力的细胞,也称肿瘤能力的细胞,也称肿瘤干细胞肿瘤干细胞。癌干细胞在癌组织中所占的比例很少,具有形成能力是癌干细胞在癌组织中所占的比例很少,具有形成能力是癌干细胞的本质特征。目前已经在乳腺癌,脑瘤等实体瘤以癌干细胞的本质特征。目前已经在乳腺癌,脑瘤等实体瘤以及血液系统肿瘤中发现了癌干细胞。及血液系统肿瘤中发现了癌干细胞。鉴定癌干细胞的方法通常是首先通过分子标志将鉴定癌干细胞的方法通常是首先通过分子标志将肿瘤细胞悬液用流式
3、细胞仪分选为若干亚群,然后肿瘤细胞悬液用流式细胞仪分选为若干亚群,然后将不同的细胞亚群移植到裸鼠的体内观察其成瘤性,将不同的细胞亚群移植到裸鼠的体内观察其成瘤性,癌干细胞就存在于具有成瘤性的细胞亚群中。癌干细胞就存在于具有成瘤性的细胞亚群中。第3页,此课件共50页哦 是指一个细胞分裂为两个细胞,但其中一个子代细是指一个细胞分裂为两个细胞,但其中一个子代细胞仍然保持与亲代细胞完全相同的未分化状态;而另胞仍然保持与亲代细胞完全相同的未分化状态;而另一个细胞则定向分化,这种分裂称为不对称分裂。一个细胞则定向分化,这种分裂称为不对称分裂。癌干细胞通过自我更新维持着肿瘤的持续生长。癌干细胞通过自我更新维
4、持着肿瘤的持续生长。癌干细胞积累了所在肿瘤的基因突变,正是这些基癌干细胞积累了所在肿瘤的基因突变,正是这些基因突变导致了肿瘤细胞的过度增殖,乃至转移播散。因突变导致了肿瘤细胞的过度增殖,乃至转移播散。.第4页,此课件共50页哦第5页,此课件共50页哦 癌干细胞的致瘤性因肿瘤种类不同差别癌干细胞的致瘤性因肿瘤种类不同差别较大,主要从两个方面进行评价:较大,主要从两个方面进行评价:一是癌干细胞在体外克隆形成的能力一是癌干细胞在体外克隆形成的能力;二是癌干细胞在免疫缺陷细胞动物体内的肿二是癌干细胞在免疫缺陷细胞动物体内的肿瘤形成。瘤形成。第6页,此课件共50页哦 具有多向分化潜能,能够重建相应组织所
5、有的具有多向分化潜能,能够重建相应组织所有的细胞成分。肿瘤干细胞能够形成缺乏自我更新细胞成分。肿瘤干细胞能够形成缺乏自我更新能力但具有分裂能力的子代细胞。肿瘤不能分能力但具有分裂能力的子代细胞。肿瘤不能分化正常的成熟细胞,但能发生不同程度的有限化正常的成熟细胞,但能发生不同程度的有限的分化,从而形成组织病变学各异的肿瘤。的分化,从而形成组织病变学各异的肿瘤。第7页,此课件共50页哦 4.耐药性耐药性 癌干细胞表达多种抗药性蛋白,对许多化疗药物具癌干细胞表达多种抗药性蛋白,对许多化疗药物具有抗性,是导致肿瘤化疗失败的主要原因。有抗性,是导致肿瘤化疗失败的主要原因。失失 败败第8页,此课件共50页
6、哦癌干细胞与干细胞的共性与区别癌干细胞与干细胞的共性与区别v共性共性1.1.都具有自我更新和增殖能力,但肿瘤干细胞不受正常机体内环境都具有自我更新和增殖能力,但肿瘤干细胞不受正常机体内环境的调控;的调控;2.2.都具有不同的表型和异质性都具有不同的表型和异质性 干细胞表面的特殊表型用于调控自身增殖和周围细胞分化的干细胞表面的特殊表型用于调控自身增殖和周围细胞分化的功能;癌干细胞亚型不同,其生长分化能力、侵袭能力和耐药功能;癌干细胞亚型不同,其生长分化能力、侵袭能力和耐药性也不同。性也不同。第9页,此课件共50页哦3.相似的生长调节机制和信号转导通路,都具有端粒酶活性,在正常干细相似的生长调节机
7、制和信号转导通路,都具有端粒酶活性,在正常干细胞的恶性转化实验中发现,端粒酶活性和基因突变是正常干细胞恶性转胞的恶性转化实验中发现,端粒酶活性和基因突变是正常干细胞恶性转化的两个必要条件。化的两个必要条件。4.都具有多分化潜能都具有多分化潜能,Gao等研究发现,等研究发现,CSC具有比肿瘤细胞更强的具有比肿瘤细胞更强的产生血管生成因子的能力,可促进形成血管。提出产生血管生成因子的能力,可促进形成血管。提出CSC可能是导可能是导致抗肿瘤血管生成治疗困难的一个原因。致抗肿瘤血管生成治疗困难的一个原因。5.有相似的表面标志物,如造血干细胞和白血病细胞都表达有相似的表面标志物,如造血干细胞和白血病细胞
8、都表达CD34和和CD90第10页,此课件共50页哦vCSCCSC与干细胞区别:与干细胞区别:CSCCSC的自我更新信号转导途径的负反馈机制的自我更新信号转导途径的负反馈机制 已破坏。已破坏。缺乏分化成熟能力。缺乏分化成熟能力。倾向于累积复制的错误,而干细胞能够防倾向于累积复制的错误,而干细胞能够防 止复制错误的发展等。止复制错误的发展等。第11页,此课件共50页哦第12页,此课件共50页哦治疗思路v1.削弱增殖能力削弱增殖能力v2.促进分化促进分化v3.破坏微环境破坏微环境v4.诱导凋亡诱导凋亡v5.增加对放疗和化疗的敏感性增加对放疗和化疗的敏感性第13页,此课件共50页哦抑制癌干细胞信号通
9、路和相关酶的抑制癌干细胞信号通路和相关酶的活性,削弱增殖能力。活性,削弱增殖能力。第14页,此课件共50页哦诱导癌干细胞分化,消耗其分裂潜能,达到抑诱导癌干细胞分化,消耗其分裂潜能,达到抑制肿瘤发展的目的制肿瘤发展的目的。第15页,此课件共50页哦破坏为癌干细胞提供养分和保护的微环境,抑制增殖破坏为癌干细胞提供养分和保护的微环境,抑制增殖和成瘤的能力和成瘤的能力。第16页,此课件共50页哦用靶向性病毒载体携带促凋亡基因诱导癌干细胞进入凋用靶向性病毒载体携带促凋亡基因诱导癌干细胞进入凋亡程序,达到清除目的。亡程序,达到清除目的。第17页,此课件共50页哦抑制抗性相关蛋白的表达,增加对放疗和化疗抑
10、制抗性相关蛋白的表达,增加对放疗和化疗的敏感性,提高放化疗的有效率。的敏感性,提高放化疗的有效率。第18页,此课件共50页哦 癌干细胞的来源?癌干细胞的来源?癌干细胞是正常的成体干细胞甚至体细胞基因突变癌干细胞是正常的成体干细胞甚至体细胞基因突变所致?所致?癌干细胞主要来源于细胞融合。癌干细胞主要来源于细胞融合。癌干细胞起源与病毒有关。癌干细胞起源与病毒有关。癌干细胞起源于残留的静止的胚胎干细胞。癌干细胞起源于残留的静止的胚胎干细胞。第19页,此课件共50页哦造血干细胞造血干细胞 一、造血干细胞的起源一、造血干细胞的起源 *造血干细胞(造血干细胞(hemopoietic stem cell,H
11、SC)是存在于造血组织和血液)是存在于造血组织和血液 中的中的 一群原始造血细胞,它不是组织一群原始造血细胞,它不是组织 固定细胞固定细胞.*造血干细胞在人胚胎造血干细胞在人胚胎2周时可出现于卵周时可出现于卵 黄囊黄囊.*第第4周开始转移至胚肝周开始转移至胚肝.*妊娠妊娠5个月后,骨髓开始造血个月后,骨髓开始造血.*出生后骨髓成为干细胞的主要来源出生后骨髓成为干细胞的主要来源.*在造血组织中,所占比例甚少,如在在造血组织中,所占比例甚少,如在 小鼠骨髓中小鼠骨髓中105细胞中有细胞中有10个,个,在脾中在脾中105细胞中只有细胞中只有0.2个个.第20页,此课件共50页哦二、造血干细胞的形态二
12、、造血干细胞的形态干干细细胞胞是是一一种种嗜嗜碱碱性性独独核核细细胞胞,其其大大小小约约为为8m,呈呈圆圆形形,胞胞核核为为圆圆形形或或肾肾形形,胞胞核核较较大大,具具有有2个个核核仁仁,染染色色质质细细而而分分散散,胞胞浆浆呈呈浅浅蓝蓝色色不不带带颗颗粒粒,在在形形态态上上与与小小淋淋巴巴细细胞胞极极其其相相似似,很很难难用用形形态态学学识识别别干干细细胞胞,较较难难与与其其它它细细胞相区别。胞相区别。造血干细胞可包括三级分化水平,即多造血干细胞可包括三级分化水平,即多能干细胞(能干细胞(pleuripotentstem cell),定),定向干细胞(向干细胞(Committed stemc
13、ell)及其)及其成熟的子代细胞。成熟的子代细胞。第21页,此课件共50页哦造血干细胞生物学特征造血干细胞生物学特征自我更新能力自我更新能力 多向分化能力多向分化能力静止性静止性不均一性(异质性)不均一性(异质性)第22页,此课件共50页哦 造血干细胞的表面标志造血干细胞的表面标志造血组织中造血干细胞的比例极低造血组织中造血干细胞的比例极低,数量极少且形态上数量极少且形态上无法与其他细胞相区别无法与其他细胞相区别,故对造血干细胞表面标记的认识故对造血干细胞表面标记的认识,有助于造血干细胞的分离、纯化和研究。有助于造血干细胞的分离、纯化和研究。近年来由于单克隆抗体技术的进步,流式细胞仪(近年来由
14、于单克隆抗体技术的进步,流式细胞仪(FACS)的应用,以及对小鼠和人造血干细胞表面标志的研究,取的应用,以及对小鼠和人造血干细胞表面标志的研究,取得了很大进展,为造血细胞的分离纯化及鉴定创造了条件。得了很大进展,为造血细胞的分离纯化及鉴定创造了条件。第23页,此课件共50页哦CD34+*是原始造血干细胞的一种重要标志。是原始造血干细胞的一种重要标志。*CD34+细胞群细胞群,在体外与造血因子共同培在体外与造血因子共同培 养养,可获得含各类血细胞的混合集落可获得含各类血细胞的混合集落,由此由此 证明骨髓中证明骨髓中CD34+细胞为原始造血干细胞。细胞为原始造血干细胞。*CD34+细胞占骨髓细胞的
15、细胞占骨髓细胞的1%-4%。*在脐血在脐血,CD34+细胞占细胞占0.01%-0.09%。*随着造血干细胞分化成熟随着造血干细胞分化成熟,其表面其表面CD34表达水平逐渐下表达水平逐渐下降降,成熟血细胞不表达成熟血细胞不表达CD34。第24页,此课件共50页哦单克隆单克隆CD34-细胞可重建所有的造血细胞系。细胞可重建所有的造血细胞系。CD34+细胞和细胞和CD34-细胞之间的关系为细胞之间的关系为,二者可相互转换二者可相互转换,形成形成“干细胞循环干细胞循环”。IL-6可促进可促进CD34-细胞增殖细胞增殖,还能使还能使CD34+细胞逆转为细胞逆转为CD34-细胞细胞,而而SCF又可使又可使
16、CD34-细胞转化为细胞转化为CD34+细胞。细胞。此两类细胞均可存在于骨髓或外周血中。此两类细胞均可存在于骨髓或外周血中。目前认为目前认为,最早期的最早期的HSC可能是可能是CD34-细胞细胞,其分化为其分化为CD34+HSC细胞细胞,然后分化为造血祖细胞。然后分化为造血祖细胞。x第25页,此课件共50页哦CD34+细胞选择法细胞选择法亲和柱层析,分离和免疫磁珠法。通过特异性识别、俘获及洗亲和柱层析,分离和免疫磁珠法。通过特异性识别、俘获及洗脱分离得到脱分离得到 CD34+细胞。细胞。(1)亲和柱层析)亲和柱层析:将预分选的细胞与生物素化将预分选的细胞与生物素化(biotinglated)的
17、抗)的抗 CD34抗原的单抗一起孵育,然后洗去抗原的单抗一起孵育,然后洗去未结合的抗体,通过抗生物素蛋白包被的聚丙酰胺柱的亲和未结合的抗体,通过抗生物素蛋白包被的聚丙酰胺柱的亲和柱,使柱,使CD34+细胞留滞在柱内的聚丙酰胺表面上,再经机械摇动,细胞留滞在柱内的聚丙酰胺表面上,再经机械摇动,冲洗出冲洗出 CD34+细胞。细胞。第26页,此课件共50页哦(2)免疫磁珠分离法:)免疫磁珠分离法:CD34单抗标记细胞后,与超顺磁性微球单抗标记细胞后,与超顺磁性微球连接、通过强磁场中的过滤柱时,阳性细胞被吸附,阴性细连接、通过强磁场中的过滤柱时,阳性细胞被吸附,阴性细胞被滤掉。已研制出了纳米微粒作为固
18、相收集胞被滤掉。已研制出了纳米微粒作为固相收集CD34+细胞。细胞。通过将采集物与抗通过将采集物与抗CD34抗原的单抗结合,细胞特异地被超顺磁抗原的单抗结合,细胞特异地被超顺磁铁葡聚糖纳米(直径铁葡聚糖纳米(直径50nm)微球结合,使)微球结合,使CD34+细胞与纳米细胞与纳米微球形成复合物,再通过磁铁诱导的强磁场过滤柱,分离出微球形成复合物,再通过磁铁诱导的强磁场过滤柱,分离出CD34+细胞。其细胞。其CD34+细胞回收纯度细胞回收纯度95。第27页,此课件共50页哦CD117+(Kit)干细胞生长因子受体(干细胞生长因子受体(SCFR)。)。CD117+细胞占骨髓的细胞占骨髓的1%-4%。
19、50%-70%的的CD117+骨髓细胞表达骨髓细胞表达CD34。SCF通过与通过与CD117结合发挥促进结合发挥促进HSC增殖分化的作用。增殖分化的作用。在最早期的造血细胞表面在最早期的造血细胞表面,CD117密度较低。密度较低。随着分化发育而密度逐渐增加随着分化发育而密度逐渐增加,至祖细胞阶段至祖细胞阶段CD117密度达最高。密度达最高。随着向终未成熟血细胞分化随着向终未成熟血细胞分化,CD117表达又逐渐下降。表达又逐渐下降。第28页,此课件共50页哦CD38:也是干细胞的分化标志之一。也是干细胞的分化标志之一。CD34+细胞可分为细胞可分为CD34+CD38-和和CD34+CD38+两个
20、亚群两个亚群,前者更为原始。前者更为原始。CD38的表达可用于判断的表达可用于判断HSC的分化程度的分化程度,也可用于分离,也可用于分离HSC。Thy-1(low)。其他谱系特征型标志其他谱系特征型标志:HSC不表达不表达CD3、CD4、CD14、CD16、CD19、CD41等表面标志,属于谱系阴性(等表面标志,属于谱系阴性(Lin-)细胞,据此可鉴别和分离)细胞,据此可鉴别和分离HSC。第29页,此课件共50页哦脐血来源干细胞的特点脐血来源干细胞的特点HSC主要来源于骨髓、成人外周血、脐血。主要来源于骨髓、成人外周血、脐血。脐血有如下特点:脐血有如下特点:造血干细胞含量丰富,虽然造血干细胞含
21、量丰富,虽然CD34细胞数低于骨髓,但细胞数低于骨髓,但CD34CD38-细胞数高于细胞数高于骨髓,且脐血骨髓,且脐血CD34CD38-细胞增殖分化能力高于骨髓,尤其是加入各种细胞因细胞增殖分化能力高于骨髓,尤其是加入各种细胞因子后子后CFU-GEMM、BFU-E集落数明显高于骨髓。集落数明显高于骨髓。淋巴系统抗原表达弱,淋巴细胞功能不成熟,这显示出脐血干细胞移植淋巴系统抗原表达弱,淋巴细胞功能不成熟,这显示出脐血干细胞移植(UCBT)后后移植物抗宿主病移植物抗宿主病(GVHD)的发生率可能较低。的发生率可能较低。研究表明冻存研究表明冻存10年的脐血年的脐血HSC仍具有良好的回收率。仍具有良好
22、的回收率。第30页,此课件共50页哦骨髓干细胞骨髓干细胞 造血干细胞造血干细胞 骨髓基质干细胞骨髓基质干细胞 多能前体细胞多能前体细胞 骨髓基质干细胞骨髓基质干细胞:缺乏特异的表面标记物:缺乏特异的表面标记物,目前报告的基质干细胞的表面抗原有目前报告的基质干细胞的表面抗原有Stro1,CD13,CD49,CD29,CD44,CD71,CD90,CD106和和CD124.由于缺乏特异由于缺乏特异的表面标记物的表面标记物,在不同的实验室有不同的技术对其进行分离在不同的实验室有不同的技术对其进行分离.获得的细胞功能一致性有获得的细胞功能一致性有待研究待研究,因此对其多能性有不同的发现因此对其多能性有
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