1、第一讲第一讲 （1 1）一切动物和植物都是由细胞构成的；）一切动物和植物都是由细胞构成的； （2 2）细胞是构成有机体的基本单位：）细胞是构成有机体的基本单位： （3 3）任何一个细胞都是从已经存在的细胞）任何一个细胞都是从已经存在的细胞 分裂而来的。分裂而来的。细胞学说细胞学说一、细胞学说与细胞生物学一、细胞学说与细胞生物学细胞生物学细胞生物学(cell biology)(cell biology) 是以细胞为研究对象是以细胞为研究对象, , 从细胞整体水平、从细胞整体水平、亚显微结构水平和分子水平三个层面来研究亚显微结构水平和分子水平三个层面来研究细胞的结构及其生命活动规律的科学。细胞的结
2、构及其生命活动规律的科学。医用细胞生物学医用细胞生物学(cell biology)(cell biology) 以细胞生物学和分子生物学为基础，研以细胞生物学和分子生物学为基础，研究人体生长发育、衰老和死亡等生命活动规究人体生长发育、衰老和死亡等生命活动规律及疾病发生机制和防治的科学。律及疾病发生机制和防治的科学。 细胞学 形态结构 细胞生物学 生物学 活动机制 三维机构 分子生物学大分子结构的研究 分子细胞生物学是细胞生物的主要发展方向分子细胞生物学是细胞生物的主要发展方向二二、细胞生物学发展结构图细胞生物学发展结构图分子细胞生物学分子细胞生物学三、细胞生物学的研究内容及重点领域三、细胞生物
3、学的研究内容及重点领域（一）研究内容（一）研究内容 1.（二）重点领域（二）重点领域（三）热点问题（三）热点问题 内容（方向）；领域（范围）；热点（题）内容（方向）；领域（范围）；热点（题）（四）难点问题（四）难点问题安乐死安乐死器官移植器官移植人工授精人工授精死亡标准（脑、心）死亡标准（脑、心）转基因动物和植物转基因动物和植物动物克隆动物克隆胚胎干细胞和组织工程胚胎干细胞和组织工程四、细胞生命活动与人类的相互关系四、细胞生命活动与人类的相互关系五、细胞生物学的研究进展五、细胞生物学的研究进展 1998 1998 发现人类胚胎干细胞、阐明内质网蛋白质合成发现人类胚胎干细胞、阐明内质网蛋白质合成
4、 机制和发现细胞凋亡基因及调节规律机制和发现细胞凋亡基因及调节规律 1960 1960 蛋白质合成操纵子学说蛋白质合成操纵子学说1961 1961 线粒体氧化磷酸化偶联机制线粒体氧化磷酸化偶联机制化学渗透化学渗透1968 1968 遗传密码在蛋白质合成中的作用遗传密码在蛋白质合成中的作用1969 1969 癌基因学说癌基因学说1970 1970 反转录酶反转录酶1972 1972 膜的液态镶嵌模型膜的液态镶嵌模型1976 1976 膜上离子通道膜上离子通道1977 1977 生长激素释放抑制素基因在大肠杆菌中表达生长激素释放抑制素基因在大肠杆菌中表达1999 1999 发现细胞膜水通道发现细胞
5、膜水通道2000 2000 人类基因组人类基因组“工作框架图工作框架图”1997 1997 克隆羊和核小体核心组蛋白克隆羊和核小体核心组蛋白8 8聚体原子结构聚体原子结构2020世纪世纪6060年代以来重要进展年代以来重要进展21世纪诺贝尔生理学或医学奖世纪诺贝尔生理学或医学奖 年，瑞典科学家阿尔维德年，瑞典科学家阿尔维德卡尔松、美国科学家保罗卡尔松、美国科学家保罗格林加格林加德和埃里克德和埃里克坎德尔。他们在研究脑细胞间信号的相互传递方面获得了重坎德尔。他们在研究脑细胞间信号的相互传递方面获得了重要发现。要发现。 年，美国科学家利兰年，美国科学家利兰哈特韦尔、英国科学家保罗哈特韦尔、英国科学
6、家保罗纳斯和蒂纳斯和蒂莫西莫西亨特。他们发现了导致细胞分裂的关键性调节机制，这一发现为研亨特。他们发现了导致细胞分裂的关键性调节机制，这一发现为研究治疗癌症的新方法开辟了途径。究治疗癌症的新方法开辟了途径。 年，英国科学家悉尼年，英国科学家悉尼布雷内、约翰布雷内、约翰苏尔斯顿和美国科学家苏尔斯顿和美国科学家罗伯特罗伯特霍维茨。他们为研究器官发育和程序性细胞死亡过程中的基因调霍维茨。他们为研究器官发育和程序性细胞死亡过程中的基因调节作用作出了重大贡献。节作用作出了重大贡献。 年，美国科学家保罗年，美国科学家保罗劳特布尔和英国科学家彼得劳特布尔和英国科学家彼得曼斯菲尔曼斯菲尔德。他们在核磁共振成像
7、技术上获得关键性发现，这些发现最终导致核德。他们在核磁共振成像技术上获得关键性发现，这些发现最终导致核磁共振成像仪的出现。磁共振成像仪的出现。 4 4年美国科学家理查德年美国科学家理查德阿克塞尔和琳达阿克塞尔和琳达巴克，巴克，发现了人体发现了人体“气味感受器气味感受器”的大型基因家族。它对应着的相的大型基因家族。它对应着的相同数目的气味受体种类，并从分子层面到细胞组织层面清楚同数目的气味受体种类，并从分子层面到细胞组织层面清楚地阐明了嗅觉系统的工作原理。地阐明了嗅觉系统的工作原理。 55 年澳大利亚科学家罗宾年澳大利亚科学家罗宾沃伦和巴里沃伦和巴里马歇尔。马歇尔。在在19821982年发现了导
8、致人类罹患胃炎、胃溃疡和十二指肠溃疡年发现了导致人类罹患胃炎、胃溃疡和十二指肠溃疡的罪魁的罪魁幽门螺杆菌，从此推翻了胃溃疡等疾病是由于精幽门螺杆菌，从此推翻了胃溃疡等疾病是由于精神紧张所致的传统观念。神紧张所致的传统观念。 6 6 年美国科学家安德鲁年美国科学家安德鲁法尔和克雷格法尔和克雷格梅洛发梅洛发现现RNARNA干扰机制。干扰机制。 RNA RNA能够干扰生物体本身的能够干扰生物体本身的RNA“RNA“信使信使”功功能，导致相应蛋白质无法合成，从而直接从源头上让致病基能，导致相应蛋白质无法合成，从而直接从源头上让致病基因因“沉默沉默”，可有效治疗疾病。，可有效治疗疾病。 7 7年，英国年
9、，英国科学家埃文斯科学家埃文斯、美国科学家卡佩奇和美国科学家卡佩奇和史密斯史密斯在胚胎干细胞和哺乳动物在胚胎干细胞和哺乳动物DNA重组方面做出贡献。重组方面做出贡献。 他们他们利用小鼠胚胎干细胞对活体内特定基因进行改造，利用小鼠胚胎干细胞对活体内特定基因进行改造，这为这为“基因靶向基因靶向”技术的发展奠定了基础。技术的发展奠定了基础。 1941 1937 1925英国英国美国美国美国美国路克路克-蒙塔尼埃蒙塔尼埃(法国法国) 楚尔楚尔-郝森郝森(德国德国)巴雷巴雷-西诺希西诺希(法国法国)20082008年，德国科学家楚尔郝森因发现人乳突淋瘤病毒引年，德国科学家楚尔郝森因发现人乳突淋瘤病毒引发
10、子宫颈癌发子宫颈癌; ;而两名法国科学家巴雷而两名法国科学家巴雷- -西诺希和路克西诺希和路克- -蒙塔尼埃蒙塔尼埃发现人类免疫缺陷病毒。发现人类免疫缺陷病毒。 194719471932193219361936 2009 2009年，美国伊丽莎白年，美国伊丽莎白布莱克本布莱克本、卡罗尔、卡罗尔格雷德以及杰格雷德以及杰克克绍斯塔克发现了端粒和端粒酶保护染色体的机理。绍斯塔克发现了端粒和端粒酶保护染色体的机理。 伊丽莎白伊丽莎白-布莱克本布莱克本 卡罗尔卡罗尔格雷德格雷德杰克杰克绍斯塔克绍斯塔克194819481952195219611961 2010年，英国生理学家罗伯特年，英国生理学家罗伯特爱
11、德华兹因为在试管婴儿方爱德华兹因为在试管婴儿方面的研究获得诺贝尔生理学或医学奖。面的研究获得诺贝尔生理学或医学奖。 2011年度诺贝尔生理学或医学奖年度诺贝尔生理学或医学奖:通过发现免疫系统激活通过发现免疫系统激活的关键原理的关键原理,革命性地改变我们对免疫系统的理解革命性地改变我们对免疫系统的理解 布鲁斯布鲁斯博伊特勒博伊特勒 朱尔斯朱尔斯霍夫曼霍夫曼 拉尔夫拉尔夫斯坦曼斯坦曼 （美国（美国, 1957） （卢森堡（卢森堡 ,1941） （加拿大（加拿大 ,1943） 2012年英国科学家约翰年英国科学家约翰格登和日本科格登和日本科学家山中伸弥因在诱导多功能干细胞领域的学家山中伸弥因在诱导多
12、功能干细胞领域的贡献共同分享诺贝尔奖生理学或医学奖贡献共同分享诺贝尔奖生理学或医学奖. 约翰约翰格登格登 ( (英国英国) )山中伸弥山中伸弥( (日本日本) )爱德华爱德华莫泽莫泽(Edvard I. Moser)梅梅-布里特布里特莫泽莫泽(May-Britt Moser)约翰约翰奥基夫奥基夫(John OKeefe)1939年出生于美国纽约市，拥有美国和英国国籍。1963年出生于挪威 1962年出生于挪威 以奖励他们在“发现了大脑中形成定位系统的细胞”方面所做的贡献。我们如何知道自己的位置？我们如何从一个地方去到另一个地方？为何当我们在下次重复同样的路线时能够迅速查找到这些信息，我们在大脑
13、中是如何对它们进行存储的？今年的诺贝尔生理学与医学奖获得者们发现了大脑内的定位系统，一种大脑中内置的“GPS”，它让我们能够在空间中行实现定位，揭示了高等认知能力的细胞层面机制。端粒和端粒酶端粒和端粒酶19381938年：年：McClintockMcClintock和和Muller Muller 发现真核生物染色体末端可发现真核生物染色体末端可 维维护染色体稳定性和完整性，提出护染色体稳定性和完整性，提出“端粒端粒”概念概念；19721972年：年：Watson Watson 推测有机体内存在可以保持染色体顶端的推测有机体内存在可以保持染色体顶端的 “ “末端复制问题末端复制问题”假说；假说；
14、19781978年：年：Blackburn Blackburn 首次阐明了首次阐明了端粒结构端粒结构；19851985年：年：Greider Greider 和和 Blackburn Blackburn首先发现了首先发现了端粒酶端粒酶；19871987年：命为端酶（年：命为端酶（telomerasetelomerase）；）；19891989年：年：Morin Morin 在人在人 Hela Hela 细胞中检测到端粒酶细胞中检测到端粒酶活性活性；19951995年年： Feng Feng 等克隆了人类端粒酶等克隆了人类端粒酶 RNA RNA 基因基因： Collins Collins 等纯化
15、并克隆了四膜虫端粒酶两个多肽等纯化并克隆了四膜虫端粒酶两个多肽： 19971997年年：Harrington Harrington 发现了人类端粒酶相关蛋白发现了人类端粒酶相关蛋白 TP1. TP1. 一、研究进展一、研究进展 是指位于真核细胞线性染色体末端的一种是指位于真核细胞线性染色体末端的一种, ,由富由富含含 G G 的的 DNA DNA 重复序列和端粒结合蛋白所构成的一种重复序列和端粒结合蛋白所构成的一种核蛋白复合体。核蛋白复合体。二、端二、端 粒粒(telomere)(telomere) 3TTGGGG TTGGGGTT5GGGGTT GGGGTT GGGGTT GGGG3AACC
16、CC 5Cn（A/T）m （n 1，m=1-4）（一（一) )概概 念念哺乳动物端粒末端形成环状结构哺乳动物端粒末端形成环状结构, ,保护染色体保护染色体 3 3端的稳定端的稳定1.1.序列大多数长约序列大多数长约 5 58 bp8 bp；2.DNA 32.DNA 3端较端较55端长端长, ,且呈弯曲帽状且呈弯曲帽状(12(1216 bp)16 bp)；3.3.不同种类的端粒不同种类的端粒 DNA DNA 序列不同；序列不同； 四膜虫：四膜虫：5-GGGGTT- 35-GGGGTT- 3 哺乳动物（哺乳动物（人）：人）：5-TTAGGG- 35-TTAGGG- 3长度约长度约 5 515 kp
17、15 kp4.4.非结构基因非结构基因, ,不具有编码蛋白质的功能；不具有编码蛋白质的功能；5.5.与特异性端粒结合蛋白结合；与特异性端粒结合蛋白结合；6.6.以端粒酶以端粒酶 RNA RNA 为模板为模板, ,通过逆转录合成。通过逆转录合成。（二（二) )特特 点点3TTGGGG TTGGGGTT5GGGGTT GGGGTT GGGGTT GGGG3AACCCC 5（三（三) )形形 成成（四（四) )功功 能能保证染色体的完整性和稳定性保证染色体的完整性和稳定性保护染色体末端保护染色体末端决定细胞寿命决定细胞寿命参与细胞周期及细胞增殖调控参与细胞周期及细胞增殖调控参与凋亡级联反应核信号的发
18、放参与凋亡级联反应核信号的发放参与对线粒体保护作用参与对线粒体保护作用参与胞浆参与胞浆Ca2+Ca2+水平调节水平调节参与细胞因子调节参与细胞因子调节参与组织分化调节参与组织分化调节三、端粒酶三、端粒酶(telomerase) 是一种依赖于是一种依赖于 RNA RNA 的的 DNA DNA 聚合酶。是在永生化细聚合酶。是在永生化细胞和肿瘤细胞中存在的胞和肿瘤细胞中存在的, ,可使端粒长度不随细胞分裂次可使端粒长度不随细胞分裂次数增加而缩短数增加而缩短, ,以帮助细胞跨越衰老、危象而达到永生以帮助细胞跨越衰老、危象而达到永生的酶。的酶。（一（一) )概概 念念（二（二) )结结 构构端粒酶端粒酶
19、 RNA RNA 组分组分(TR) (TR) 端粒酶相关蛋白端粒酶相关蛋白 端粒酶是人端粒酶端粒酶是人端粒酶 RNA(hTR) 和人端粒酶和人端粒酶逆转录酶逆转录酶(hTRT) 间形成的复合体。间形成的复合体。 是含有是含有 CAACCCCAA CAACCCCAA 序列的序列的 RNA RNA可充当合成可充当合成 TTGGGG TTGGGG 的模板的模板能以能以TRTR为模板利用端粒酶的逆转录酶活性延长端粒为模板利用端粒酶的逆转录酶活性延长端粒在核酸一级结构上在核酸一级结构上,TR,TR具有一定的种属差异具有一定的种属差异哺乳类动物的哺乳类动物的TRTR比纤毛虫长比纤毛虫长 2 23 3 倍倍
20、人类的人类的TR TR 基因基因(hTR)(hTR)位于位于 3q26.3 3q26.3 hTR hTR 部分序列产物与人端粒重复序列部分序列产物与人端粒重复序列(TTAGGG)n(TTAGGG)n互补互补端粒酶端粒酶 RNA RNA 组分组分(TR) (TR) .TTGGGGTTGGGGTTGGGGTTGGGGTT.AACCCCAACCCC AACCCCAAC5335dGTP端粒酶相关蛋白端粒酶相关蛋白分离十分困难分离十分困难 P80结合端粒酶结合端粒酶RNA 成份成份.P95结合端粒结合端粒DNA。四膜虫四膜虫 人类人类 TP1 (telomerase associated protein
21、1) TP2 ( telomerase associated protein2 或或hTRT)可分别与端粒酶可分别与端粒酶 RNA 及单链端粒及单链端粒 DNA 发生交联发生交联 催化亚单位催化亚单位 最近，最近，JiangJiang等人通过电镜发现四膜虫端粒酶全酶主要由等人通过电镜发现四膜虫端粒酶全酶主要由两大部分组成，即核心催化组份和另外一端的辅助因子组份。两大部分组成，即核心催化组份和另外一端的辅助因子组份。其中其中p50p50蛋白则起到了连接这两大组份的桥梁作用。蛋白则起到了连接这两大组份的桥梁作用。 端粒酶是蛋白质结构研究领域里的一个大难题，这是因端粒酶是蛋白质结构研究领域里的一个大
22、难题，这是因为在细胞中端粒酶的丰度非常低，而且端粒酶本身的结构也为在细胞中端粒酶的丰度非常低，而且端粒酶本身的结构也非常复杂。在细胞外又很难通过人工表达的方式获得。所以非常复杂。在细胞外又很难通过人工表达的方式获得。所以结构生物学家一直都将研究的重点放在端粒酶中容易获得的结构生物学家一直都将研究的重点放在端粒酶中容易获得的某些片段上，希望能够窥一斑而知全貌。某些片段上，希望能够窥一斑而知全貌。 此结构图为未来的端粒酶全酶结构与功能研究打此结构图为未来的端粒酶全酶结构与功能研究打下了坚实基础。如我们可以根据该图判断应该研究端下了坚实基础。如我们可以根据该图判断应该研究端粒酶全酶中哪些粒酶全酶中哪
23、些RNARNA和蛋白质，以及蛋白质之间的相互和蛋白质，以及蛋白质之间的相互作用位点。作用位点。 最近的人类端粒酶全酶电镜解析图谱表明最近的人类端粒酶全酶电镜解析图谱表明, ,我们人我们人类的端粒酶和四膜虫的端粒酶有所区别，即我们人类类的端粒酶和四膜虫的端粒酶有所区别，即我们人类的端粒酶可以形成一个有功能的二聚体。不过这份人的端粒酶可以形成一个有功能的二聚体。不过这份人体端粒酶的结构图谱并没有告诉我们任何有关人体端体端粒酶的结构图谱并没有告诉我们任何有关人体端粒酶与已知的端粒酶相关粒酶与已知的端粒酶相关DNADNA结合蛋白之间有什么相互结合蛋白之间有什么相互作用。作用。.TTGGGGTTGGGG
24、TTGGGGTTG.AACCCCAACCCC AACCCCAAC5335dGTP.TTGGGGTTGGGGTTGGGGTTGGGGTT.AACCCCAACCCC AACCCCAAC5335dGTP.TTGGGGTTGGGGTTGGGGTTGGGGTTG.AACCCCAACCCC AACCCCAAC53353RNA templateTelomerase1.RNA1.RNA和和DNADNA单链单链互补序列识别结合互补序列识别结合2.以以RNA为模板为模板 的逆转录过程的逆转录过程3.再发动新一轮的合成延长再发动新一轮的合成延长,合成较长的重复序列合成较长的重复序列( (三三) ) 作作 用用DNA
25、 polymeraseprimaseprimase.TTGGGGTTGGGGTTGGGGTTGGGGTTGGGGTTG.AACCCCAACCCC CCCCAAC53.TTGGGGTTGGGGTTGGGGTTGGGGTTGGGGTTG.AACCCCAACCCC CAACCCCAAC53.TTGGGGTTGGGGTTGGGGTTGGGGTTGGGGTTG.AACCCCAACCCC CCAACCC CAACCCCAAC53.TTGGGGTTGGGGTTGGGGTTGGGGTTGGGGTTG.AACCCCAACCCC AACCCCAACCC534.以延长的以延长的DNA单链为模板单链为模板, 3-OH
26、为引物合成富含为引物合成富含C的的 互补链互补链利用反义技术利用反义技术利用核酶技术利用核酶技术利用分化诱导剂利用分化诱导剂其他途径其他途径利用核苷类似物利用核苷类似物（四（四) )端粒酶活性的抑制端粒酶活性的抑制对细胞生存及肿瘤发生有重要作用对细胞生存及肿瘤发生有重要作用为抗衰老和抗肿瘤研究提供新思路为抗衰老和抗肿瘤研究提供新思路可作为临床上诊断恶性肿瘤和预后的辅助手段可作为临床上诊断恶性肿瘤和预后的辅助手段四、临床应用四、临床应用 其他其他 先天性再生障碍性贫血先天性再生障碍性贫血 （congenital aplastic anemia） 先天性角化不良先天性角化不良 （dyskerato
27、sis congenital，DKC） 特发性肺纤维化特发性肺纤维化 （idiopathic pulmonary fibrosis，IPF） 病人特定类型细胞中端粒缩短，细胞分裂能力下降，从而病人特定类型细胞中端粒缩短，细胞分裂能力下降，从而 破坏了红细胞或特定组织的更新而出现疾病。破坏了红细胞或特定组织的更新而出现疾病。 干细胞研究及其应用干细胞研究及其应用1.干干 细细 胞胞（stem cell）的概念）的概念 在个体发育过在个体发育过程中程中, ,具有自我复制具有自我复制能力能力, ,并在一定条件并在一定条件下分化形成多种类下分化形成多种类型细胞的原始细胞型细胞的原始细胞称为干细胞。称为
28、干细胞。 干细胞是一类具有自我更新和分化潜能的细胞。干细胞是一类具有自我更新和分化潜能的细胞。一、干细胞的研究一、干细胞的研究19811981：M.J.Evans M.J.Evans 等体外培养老鼠的胚胎干细胞；等体外培养老鼠的胚胎干细胞； Elizabeth Carr Elizabeth Carr成为美国的第一个试管宝宝。成为美国的第一个试管宝宝。 18781878：出现第一篇哺乳类的体外受精卵报导。：出现第一篇哺乳类的体外受精卵报导。19591959：完成第一例兔子的体外受精卵。：完成第一例兔子的体外受精卵。 19681968：R.G.Edwards R.G.Edwards 和和 B.D.
29、Bavister B.D.Bavister进行人体外受精研究。进行人体外受精研究。19781978：世界第一个试管宝宝：世界第一个试管宝宝 Louise Brown Louise Brown 在英国诞生。在英国诞生。19891989：M.F.Pera M.F.Pera 等制造人类畸胚瘤细胞株。等制造人类畸胚瘤细胞株。2.2.干细胞的研究进展干细胞的研究进展1995199519961996：恒河猴胚胎干细胞，在体外培养分化成三种胚层。：恒河猴胚胎干细胞，在体外培养分化成三种胚层。19981998：James ThomsonJames Thomson从人类体外受精卵取得胚胎干细胞，并能从人类体外受
30、精卵取得胚胎干细胞，并能 稳定地在体外培养；稳定地在体外培养；J. GearhartJ. Gearhart从胎儿卵巢或睪丸组从胎儿卵巢或睪丸组 织，得到一种具有干细胞特性的原始生殖细胞，称为人织，得到一种具有干细胞特性的原始生殖细胞，称为人 类生殖干细胞。类生殖干细胞。 19991999：ScienceScience杂志公布干细胞为世界十大科技进展榜首。杂志公布干细胞为世界十大科技进展榜首。 从小鼠肌肉组织取得的成体干细胞可以横向分化为血液细从小鼠肌肉组织取得的成体干细胞可以横向分化为血液细 胞胞, ,证实成体干细胞具有可塑性。证实成体干细胞具有可塑性。20002000：美国总统克林顿宣布美国
31、政府准许用政府经费进行人胚胎：美国总统克林顿宣布美国政府准许用政府经费进行人胚胎 干细胞研究。干细胞研究。 科学家成功分离出人类胚胎干细胞并使其在体外分化。科学家成功分离出人类胚胎干细胞并使其在体外分化。 20012001：美国总统布什宣布联邦政府将有限资助胚胎干细胞研究。：美国总统布什宣布联邦政府将有限资助胚胎干细胞研究。 20022002：NatureNature评选干细胞的争议为本年度科学界重大新闻。评选干细胞的争议为本年度科学界重大新闻。20032003年年: :美国卫生独立研究院美国卫生独立研究院（NIHNIH）施松涛施松涛等人首次发现牙齿等人首次发现牙齿 间质存在干细胞。间质存在干
32、细胞。20052005年年: :干细胞研究领域学术丑闻：韩国汉城大学黄禹锡干细干细胞研究领域学术丑闻：韩国汉城大学黄禹锡干细 胞研究论文造假胞研究论文造假. . 20062006年年: :日本科学家日本科学家山中亚弥山中亚弥等成功诱导出鼠等成功诱导出鼠iPSiPS，将干细胞研，将干细胞研 究扩充到一新领域究扩充到一新领域 20072007年年: :山中亚弥山中亚弥等人和汤姆森宣布成功利用人类上皮细胞诱等人和汤姆森宣布成功利用人类上皮细胞诱 导出导出iPSiPS细胞。细胞。 20082008年年: :美国科学家美国科学家宣布在不伤害胚胎的前提下成功获取胚胎宣布在不伤害胚胎的前提下成功获取胚胎 干
33、细胞。并解析了干细胞。并解析了microRNAsmicroRNAs在干细胞发育及分化中的在干细胞发育及分化中的 调控作用调控作用. .20092009年年: :汤姆森汤姆森利用皮肤细胞培养的利用皮肤细胞培养的iPSiPS重分化为神经细胞，并重分化为神经细胞，并 在试管内成功再现神经细胞死亡过程。在试管内成功再现神经细胞死亡过程。 德国科学家德国科学家首次利用单基因调控方法成功诱导首次利用单基因调控方法成功诱导iPSiPS。我国干细胞研究主要集中在中科院和几大高校我国干细胞研究主要集中在中科院和几大高校. . 上海生科院上海生科院: :时玉舫、金颖、杨黄恬、肖磊时玉舫、金颖、杨黄恬、肖磊; ;
34、北京大学北京大学: :邓宏魁、李凌松邓宏魁、李凌松; ; 复旦大学复旦大学: :朱剑虹等。朱剑虹等。 我国卫生部部长陈竺看到了我国干细胞研究的潜力和我国卫生部部长陈竺看到了我国干细胞研究的潜力和广阔前景，组织了广阔前景，组织了“干细胞之春干细胞之春”系列活动，带动了我国系列活动，带动了我国干细胞研究进步及产业发展，促进了我国干细胞研究与世干细胞研究进步及产业发展，促进了我国干细胞研究与世界接轨。界接轨。 2009 2009年年上海交大上海交大吴际教授等人在国际上首次分离出生吴际教授等人在国际上首次分离出生殖干细胞，并培养得到能长期自我更新的生殖干细胞。殖干细胞，并培养得到能长期自我更新的生殖干
35、细胞。 1981 1981年年,Evans ,Evans 和和 Kaufrnan Kaufrnan 及及 Martin Martin 首次首次从小鼠中分离胚胎干细胞。从小鼠中分离胚胎干细胞。 至今已分离的胚胎干细胞：至今已分离的胚胎干细胞： 金黄地鼠（金黄地鼠（19881988） 貂（貂（19931993） 猪（猪（19941994，19971997） 恒河猴（恒河猴（19951995） 鸡（鸡（19961996） 绒猴（绒猴（19961996） 人胚胎干细胞和生殖细胞人胚胎干细胞和生殖细胞(1998)(1998) 目前不断报道成年组织来源的的干细胞。目前不断报道成年组织来源的的干细胞。3.3
36、.干细胞的研究概况干细胞的研究概况 美国联邦政府在干细胞研究领域投入的科研经费美国联邦政府在干细胞研究领域投入的科研经费5.55.5亿美元亿美元, , 用于胚胎干细胞经费只有用于胚胎干细胞经费只有24002400万美元。万美元。 20072007年年, ,欧盟正式宣布将继续资助人体胚胎干细胞研究欧盟正式宣布将继续资助人体胚胎干细胞研究, ,但禁但禁 止克隆人类和破坏人类胚胎。资助项目所需资金总额高达止克隆人类和破坏人类胚胎。资助项目所需资金总额高达 650 650亿美元。亿美元。 20072007年年, ,日本京都大学山中伸弥等成功地将人体皮肤细胞制日本京都大学山中伸弥等成功地将人体皮肤细胞制
37、 备成了几乎可以和胚胎干细胞相媲美的干细胞备成了几乎可以和胚胎干细胞相媲美的干细胞“iPSiPS 细胞细胞”, ,这是干细胞研究领域的重大突破。这是干细胞研究领域的重大突破。 中国在中国在“十一五十一五”期间期间(2006(2006年年20102010年年),),通过通过“863863计划计划”已在已在 “干细胞与组织工程干细胞与组织工程”领域投入领域投入2 2亿元人民币亿元人民币, ,拟加快我国干拟加快我国干细细 胞研究的步伐。科技部、国家自然科学基金、国家发改委产胞研究的步伐。科技部、国家自然科学基金、国家发改委产 业化计划等都从不同的层面上给予干细胞研究多个重大重点业化计划等都从不同的层
38、面上给予干细胞研究多个重大重点 项目的资金支持。项目的资金支持。 干细胞研究成为继人类基因组大规模测序之后干细胞研究成为继人类基因组大规模测序之后最具活力、最有影响和最有应用前景的生命学科研最具活力、最有影响和最有应用前景的生命学科研究领域，究领域，19991999年干细胞研究被美国科学杂志评年干细胞研究被美国科学杂志评为为19991999年度世界十大科学之冠，年度世界十大科学之冠，20002000年干细胞研究年干细胞研究再次被科学杂志评为该年度世界十大科学成就再次被科学杂志评为该年度世界十大科学成就之一。之一。 组织工程是以干细胞研究为基础发展起来，它组织工程是以干细胞研究为基础发展起来，它
39、有望解决临床上急需的人工组织与器官问题，进展有望解决临床上急需的人工组织与器官问题，进展极为迅速，已经成为干细胞应用的主要方向。极为迅速，已经成为干细胞应用的主要方向。二、干细胞的基本特性二、干细胞的基本特性多呈圆形且具有不同生化标志多呈圆形且具有不同生化标志; ;能无限分裂能无限分裂( (连续分裂几代或长时间静止连续分裂几代或长时间静止) ) ；本身不是终末分化细胞本身不是终末分化细胞, ,具不同的分化潜能具不同的分化潜能; ;分裂有两种形式分裂有两种形式干细胞或特定细胞干细胞或特定细胞; ;增殖与分化受微环境调控增殖与分化受微环境调控. .对称分裂对称分裂: :分裂产生的子细胞都是干细胞或
40、分化细胞。分裂产生的子细胞都是干细胞或分化细胞。不对称分裂不对称分裂: :分裂产生一个干细胞和一个分化细胞。分裂产生一个干细胞和一个分化细胞。细胞分裂形式细胞分裂形式 肠干细胞（肠干细胞（intestinal stem cell ）吸收细胞吸收细胞 杯细胞杯细胞潘氏细胞潘氏细胞肠内分泌细胞肠内分泌细胞分化潜能分化潜能(转分化和去分化转分化和去分化)转分化转分化: :一种组织类型的细胞在适当条件下可一种组织类型的细胞在适当条件下可分化为另一种组织类型的细胞。分化为另一种组织类型的细胞。去分化去分化: :一种细胞向其前体细胞的拟向转化。一种细胞向其前体细胞的拟向转化。干细胞巢（干细胞巢（stem
41、cell niche）: 干细胞在机体组织中的居所。干细胞在机体组织中的居所。增殖与分化受微环境调控增殖与分化受微环境调控( (分泌因子分泌因子 受体介导细胞间相互作用受体介导细胞间相互作用 整合素与细胞基质整合素与细胞基质) )全能干细胞全能干细胞(totipotent stem cell)(totipotent stem cell)多能干细胞多能干细胞(pluripotent stem cell)(pluripotent stem cell)单能干细胞单能干细胞(unipotent stem cell)(unipotent stem cell)( (一一) )分化潜能分化潜能三、干细胞的分
42、类三、干细胞的分类胚胎干细胞（胚胎干细胞（Embryonic Stem Cell,ESCEmbryonic Stem Cell,ESC） 胚胎性生殖细胞（胚胎性生殖细胞（Embryonic Germ Cell,EGC Embryonic Germ Cell,EGC ）成体干细胞（成体干细胞（somatic stem cell,SSCsomatic stem cell,SSC） 成体组织来源的干细胞（成体组织来源的干细胞（Adult-derived Stem Cell,ASCAdult-derived Stem Cell,ASC）( (二二) )细胞来源细胞来源造血干细胞造血干细胞骨髓间质干细胞
43、骨髓间质干细胞肌肉干细胞肌肉干细胞成骨干细胞成骨干细胞内胚层干细胞内胚层干细胞视网膜干细胞视网膜干细胞胰腺干细胞胰腺干细胞组织发生组织发生胚胎干细胞（胚胎干细胞（Embryonic Stem Cell,ESCEmbryonic Stem Cell,ESC） 指存在于早指存在于早期胚胎中，具有期胚胎中，具有多分化潜能和较多分化潜能和较长期进行自我更长期进行自我更新的细胞。新的细胞。形态特征形态特征生化特征生化特征1.1.胚胎干细胞的特性胚胎干细胞的特性增殖特征增殖特征分化潜能分化潜能 1) 1)胞体体积小，核大，有一个或几个核仁。胞体体积小，核大，有一个或几个核仁。 2) 2)与胚胎外胚层和原始
44、生殖细胞类似，而与与胚胎外胚层和原始生殖细胞类似，而与ICMICM细胞不同。细胞不同。 3) 3)细胞中多为常染色质，胞质结构简单，散布着大量核糖细胞中多为常染色质，胞质结构简单，散布着大量核糖 体和线粒体，核型正常，保留整倍体性质。体和线粒体，核型正常，保留整倍体性质。 ( (正常正常ESES染色体正常，如异常则很难发育分化成动物个体染色体正常，如异常则很难发育分化成动物个体) ) 4) 4)在体外分化抑制培养中，呈克隆状生长在体外分化抑制培养中，呈克隆状生长: :细胞紧密聚集形细胞紧密聚集形 似鸟巢，细胞界限不清，周围有时可见单个似鸟巢，细胞界限不清，周围有时可见单个ESES和分化的和分化
45、的 扁平状上皮细胞。扁平状上皮细胞。 ( (一个克隆细胞具有同样特征一个克隆细胞具有同样特征) ) 形态特征形态特征增殖特征增殖特征1)1)增殖迅速，每增殖迅速，每 18 1824h 24h 分裂增殖分裂增殖 1 1 次。次。2)2)可在体外进行选择、操作、冻存而不失可在体外进行选择、操作、冻存而不失 其原有特性其原有特性. .碱性磷酸酶表达碱性磷酸酶表达 ( (桑椹胚和囊胚细胞均有碱性磷酸酶桑椹胚和囊胚细胞均有碱性磷酸酶-AKP-AKP表达表达) )特异性细胞表面抗原表达特异性细胞表面抗原表达 ( (早期胚胎细胞表面均表达胚胎特异抗原早期胚胎细胞表面均表达胚胎特异抗原-SSEA-1-SSEA
46、-1）生化特征生化特征1)1)形成畸胎瘤形成畸胎瘤 2)2)形成类胚体形成类胚体3)3)形成嵌合体形成嵌合体4)4)定向分化定向分化 ( (改变培养条件改变培养条件, ,导入外源基因导入外源基因, ,体内定向诱导体内定向诱导) ) * *神经决定基因神经决定基因 NeuroD2 NeuroD2 和和 NeuroD3 NeuroD3 转入转入 ES ES 细胞细胞: : 分化为神经细胞分化为神经细胞 * *维生素维生素A A酸或视黄酸酸或视黄酸: :诱导诱导9090细胞分化为神经胶质细胞细胞分化为神经胶质细胞 * *聚集培养聚集培养: :诱导分化为心肌细胞诱导分化为心肌细胞 * *用用 ES E
47、S 作核供体进行细胞核移植作核供体进行细胞核移植: :得到重构胚和动物个体得到重构胚和动物个体分化潜能分化潜能2.2.胚胎干细胞的应用前景胚胎干细胞的应用前景1)1)用于移植治疗用于移植治疗 2)2)发育生物学基础研究发育生物学基础研究 的理想模型的理想模型 3)3)药理研究和新药开发药理研究和新药开发 5)5)制备嵌合体动物制备嵌合体动物4)4)在动物克隆和转基因在动物克隆和转基因 动物中的应用动物中的应用 在成体组织或在成体组织或器官内，具有自我器官内，具有自我更新及分化形成部更新及分化形成部分组织细胞能力的分组织细胞能力的未成熟细胞未成熟细胞成体干细胞（成体干细胞（somatic ste
48、m cell,SSCsomatic stem cell,SSC） “Studies suggest that stem cells in different adult tissues may be more similar than previously thought and perhaps in some cases have a developmental repertoire close to that of ES cells. ” Science, Volume 288, Number 5471, Issue of 2 Jun 2000, pp. 1660 - 1663 1. 1.
49、种类种类 Bone Marrow Hematopoietic Stem Cells 造血干细胞造血干细胞 Peripheral Blood Stem Cells Umbilical Cord Blood Stem Cells 间充质干细胞间充质干细胞 Desmohemoblast Stem Cells 神经干细胞神经干细胞 Neural Stem Cells 皮肤干细胞皮肤干细胞 Derm Stem Cells 肠干细胞肠干细胞 Intestinal Stem Cells 肝干细胞肝干细胞 Fetal Liver Stem Cells胚胎细胞胚胎细胞 胚胎组织胚胎组织 成体组织成体组织 2.2
50、.来源来源是已决定、未分化的细胞，不是终末分化细胞是已决定、未分化的细胞，不是终末分化细胞 3.3.特点特点横向分化横向分化干细胞能无限地分裂干细胞能无限地分裂来源于自身，避免排斥反应来源于自身，避免排斥反应4.4.优点优点可在体外大量扩增，且无伦理问题可在体外大量扩增，且无伦理问题在特定环境下可分化为特定类型细在特定环境下可分化为特定类型细胞，直接用于胞，直接用于 组织修复。组织修复。有没有通用的干细胞有没有通用的干细胞5.5.面临问题面临问题在体内的来源在体内的来源有多少种，存在那些组织有多少种，存在那些组织增殖分化如何调节增殖分化如何调节在体内是否发挥可塑性在体内是否发挥可塑性四、人类干
