1、 干细胞（干细胞（stem cell，SC）一、概论一、概论（一）干细胞概念的提出（一）干细胞概念的提出 1961年年 Till和和 McCulloch （加拿大放射学家）加拿大放射学家）1（二）干细胞的定义（二）干细胞的定义 干细胞是来自胚胎、胎儿或成人的干细胞是来自胚胎、胎儿或成人的具有持久或终身自我更新能力的细胞，具有持久或终身自我更新能力的细胞，它们能产生特异的细胞类型形成人体组它们能产生特异的细胞类型形成人体组织和器官。织和器官。（Stem cells:Scientific Progress and Future ResearchDirections)一书（NIH）2二、干细胞的二、
2、干细胞的 生物学特性生物学特性（一）干细胞的形态和生化特征（一）干细胞的形态和生化特征 形态多呈圆或椭圆形，体积较小，相形态多呈圆或椭圆形，体积较小，相对核质比例较大。对核质比例较大。干细胞都具有较高的端粒酶活性。干细胞都具有较高的端粒酶活性。不同的干细胞具有不同的生化标志，干不同的干细胞具有不同的生化标志，干细胞的生化标志对于确定干细胞的位置、细胞的生化标志对于确定干细胞的位置、寻找和分离干细胞具有十分重要的意义。寻找和分离干细胞具有十分重要的意义。3（二）干细胞的增殖特征二）干细胞的增殖特征 1、缓慢性、缓慢性 干细胞干细胞 （慢增殖）（慢增殖）过渡放大细胞过渡放大细胞 （快增殖）（快增殖
3、）分化细胞分化细胞42、自稳定性、自稳定性 指干细胞可以在生物个体生命区间中指干细胞可以在生物个体生命区间中自我更新，并维持自身数目的稳定。自我更新，并维持自身数目的稳定。干细胞的自稳定性是其区别于肿瘤细干细胞的自稳定性是其区别于肿瘤细胞的本质性特征。胞的本质性特征。干细胞分裂方式：干细胞分裂方式：两个子代细胞都是干细胞两个子代细胞都是干细胞对称分裂对称分裂 或或 两个子代细胞都是分化细胞两个子代细胞都是分化细胞 5 1个子代干细胞个子代干细胞不对称分裂不对称分裂 1个子代分化细胞个子代分化细胞6 不对称分裂是无脊椎动物干细胞维持不对称分裂是无脊椎动物干细胞维持自身数目恒定的方式。不对称分裂受
4、一系自身数目恒定的方式。不对称分裂受一系列基因的调控。列基因的调控。哺乳动物的干细胞分裂时可产生两个哺乳动物的干细胞分裂时可产生两个子代干细胞，也可产生两个特定的分化细子代干细胞，也可产生两个特定的分化细胞，还可一个是子代干细胞而另一个是特胞，还可一个是子代干细胞而另一个是特定分化细胞。因此，哺乳动物是种群意义定分化细胞。因此，哺乳动物是种群意义上的不对称分裂，而不是单细胞意义上的，上的不对称分裂，而不是单细胞意义上的，称为种群不对称分裂。其调控是多角度、称为种群不对称分裂。其调控是多角度、多层次、十分精确的。多层次、十分精确的。7（三）干细胞的分化特征（三）干细胞的分化特征1、分化潜能、分化
5、潜能 干细胞的分化具有多潜能性，分干细胞的分化具有多潜能性，分别具有全能性、多能性和单能性。别具有全能性、多能性和单能性。2、干细胞的转分化、干细胞的转分化 （即干细胞的可塑性）（后述）（即干细胞的可塑性）（后述）8（四）干细胞增殖与分化的微环境（四）干细胞增殖与分化的微环境 1、分泌因子、分泌因子 2、受体介导的细胞间相互作用、受体介导的细胞间相互作用 3、胞间基质和整合素、胞间基质和整合素9三、干细胞的分类及相关知识三、干细胞的分类及相关知识（一）按发育进程进行分类（一）按发育进程进行分类 胚胎干细胞胚胎干细胞 （embryonic stem cell,ESC)胚胎生殖细胞（胚胎生殖干细胞
6、）胚胎生殖细胞（胚胎生殖干细胞）（embryonic germ cell,EGC)成体干细胞（成人干细胞）成体干细胞（成人干细胞）（adult stem cell)101、胚胎干细胞（、胚胎干细胞（ESC）指来自胚泡（指来自胚泡（blastocyst）（胚胎早（胚胎早期期45天）内细胞团（天）内细胞团（inner cell mars）的的一组二倍体细胞，分化具多能性。一组二倍体细胞，分化具多能性。从胚泡分离后可培养成从胚泡分离后可培养成ESC。112、胚胎生殖细胞（、胚胎生殖细胞（EGC）指来源于指来源于59周胎儿性腺嵴上的原周胎儿性腺嵴上的原始生殖细胞。也具多能性。始生殖细胞。也具多能性。通
7、常将来自胚泡的胚胎干细胞和通常将来自胚泡的胚胎干细胞和胎儿组织的胚胎生殖干细胞统称为胚胎儿组织的胚胎生殖干细胞统称为胚胎干细胞。胎干细胞。1213 ESC与与EGC的异同的异同共同点：共同点：均有长时间自我复制能力且无染色体均有长时间自我复制能力且无染色体变异；均有多能干细胞的表面标志；一定变异；均有多能干细胞的表面标志；一定培养条件下二者均能自发性分化成所有三培养条件下二者均能自发性分化成所有三胚层所需的所有细胞。胚层所需的所有细胞。14不同点：不同点：ESC来源于人胚泡内层细胞团，增殖能来源于人胚泡内层细胞团，增殖能力强，传代培养至少力强，传代培养至少2年以上，年以上，300450个以个以
8、上倍增。上倍增。EGC来源于受精后来源于受精后59周胎儿的生殖嵴，周胎儿的生殖嵴，增殖能力弱。传代培养只有增殖能力弱。传代培养只有4080个倍增。个倍增。153、成体干细胞、成体干细胞 存在于成体组织内具有自我更新能力存在于成体组织内具有自我更新能力及能分化产生一种或一种以上子代组织细胞及能分化产生一种或一种以上子代组织细胞的未成熟细胞。的未成熟细胞。成体干细胞的可塑性（成体干细胞的可塑性（plasticity）：指一定条件下来自于一种组织的成体干指一定条件下来自于一种组织的成体干细胞产生另一种组织的特异性细胞的能力。细胞产生另一种组织的特异性细胞的能力。16骨髓来源细胞可产生：骨髓来源细胞可
9、产生：骨骼肌的细胞骨骼肌的细胞 中枢神经系统细胞中枢神经系统细胞 肝细胞肝细胞 其它组织的细胞可产生造血细胞：其它组织的细胞可产生造血细胞：造血细胞来源于骨骼肌细胞造血细胞来源于骨骼肌细胞 造血细胞来源于神经细胞造血细胞来源于神经细胞174、成体干细胞和胚胎干细胞比较、成体干细胞和胚胎干细胞比较共同点：共同点：都能自我复制，并能分化成特定细都能自我复制，并能分化成特定细胞类型，移植时（捐献者不是本人的情胞类型，移植时（捐献者不是本人的情况下）均有免疫排斥反应。况下）均有免疫排斥反应。18不同点：不同点：a、来源不同来源不同 b、分化潜能不同：胚胎干细胞是多能分化潜能不同：胚胎干细胞是多能干细胞
10、，分化功能强；成体干细胞分化局干细胞，分化功能强；成体干细胞分化局限，形成的细胞类型少。限，形成的细胞类型少。c、培养时胚胎干细胞增殖快，产量大培养时胚胎干细胞增殖快，产量大且许多代均能保持不分化状态；成体干细且许多代均能保持不分化状态；成体干细胞在组织中有终身自我更新能力，但培养胞在组织中有终身自我更新能力，但培养时不能保证长时间不分化。时不能保证长时间不分化。19（二）按分化潜能进行分类（二）按分化潜能进行分类1、全能干细胞（、全能干细胞（totipotent cell）全能性是指具有生成组成胚胎以及支持全能性是指具有生成组成胚胎以及支持胚胎在子宫生长发育的全部细胞和组织的潜胚胎在子宫生长
11、发育的全部细胞和组织的潜能，并能继续分化一直生长为一个成熟个体。能，并能继续分化一直生长为一个成熟个体。受精卵是一个全能干细胞，且当受精卵受精卵是一个全能干细胞，且当受精卵分裂至分裂至4个或个或8个细胞时期（受精后个细胞时期（受精后72h，桑椹桑椹胚，胚，morula）的干细胞仍具有全能性。的干细胞仍具有全能性。202、多能干细胞（、多能干细胞（pluripotent stem cell）指可以分化为三个胚层的胚胎干细指可以分化为三个胚层的胚胎干细胞，包括胚泡内细胞团和胚胎生殖嵴生胞，包括胚泡内细胞团和胚胎生殖嵴生殖细胞来源的干细胞。殖细胞来源的干细胞。多能干细胞无分化为胚胎外组织细多能干细胞
12、无分化为胚胎外组织细胞的能力。胞的能力。21多能干细胞的来源：多能干细胞的来源：直接从处于胚泡阶段的人类胚胎直接从处于胚泡阶段的人类胚胎 人人 胚胚 的内细胞团分离出来的内细胞团分离出来 从终止妊娠胎儿组织中分离出来从终止妊娠胎儿组织中分离出来 体细胞核转移（体细胞核转移（SCNT）技术重组获取技术重组获取2223iPS Cells(诱导性多能干细胞诱导性多能干细胞）重要突破：皮肤细胞能被诱导成为多能干细胞重要突破：皮肤细胞能被诱导成为多能干细胞 (2006,Cell)(2006,Cell)成纤维细胞中转入关键基因，得到iPS 细胞Oct4Sox2 Klf4c-Myc小鼠成纤维细胞2007年年
13、11月月20日，日美科学日，日美科学家同天宣布：家同天宣布：24诱导性多能干细胞被诱导分化成运动神经元：诱导性多能干细胞被诱导分化成运动神经元：253、（成体）多能干细胞、（成体）多能干细胞 （multipotent stem cell）指成体干细胞定向分化为多种类型的指成体干细胞定向分化为多种类型的终末成熟细胞的潜能。终末成熟细胞的潜能。成体干细胞用英文成体干细胞用英文“multipotent”描述描述的的“多潜能多潜能”与胚胎干细胞用的与胚胎干细胞用的“pluripotent”描述的描述的“多潜能多潜能”有质的差有质的差异。成体多能干细胞具有分化出多种组织异。成体多能干细胞具有分化出多种组
14、织细胞的潜能，但却失去了发育成完整个体细胞的潜能，但却失去了发育成完整个体的能力。的能力。26274、单能干细胞（、单能干细胞（unipotent stem cell）指成体干细胞只能沿一个方向分化，指成体干细胞只能沿一个方向分化，仅生成一种终末成熟细胞仅生成一种终末成熟细胞。28四、干细胞的应用及展望四、干细胞的应用及展望 （一）帮助我们理解人类发育过程中（一）帮助我们理解人类发育过程中的复杂事件，确定参与导致细胞特化的决的复杂事件，确定参与导致细胞特化的决定因素。定因素。29 （二）衍生各种人体细胞甚至整个器（二）衍生各种人体细胞甚至整个器官，进行治疗性组织器官移植，替代或官，进行治疗性组
15、织器官移植，替代或修复病损组织。修复病损组织。主要用于主要用于 组织坏死性疾病组织坏死性疾病 退行性病变退行性病变 自体免疫性疾病自体免疫性疾病30 应用干细胞治疗疾病较传统方法应用干细胞治疗疾病较传统方法 具有下述优点：具有下述优点：低毒性低毒性替代治疗，不需要完全了解疾病发生替代治疗，不需要完全了解疾病发生 的确切机制的确切机制可能应用自身干细胞移植，避免产生可能应用自身干细胞移植，避免产生 免疫反应免疫反应与基因治疗相结合，治疗遗传性疾病等与基因治疗相结合，治疗遗传性疾病等31 （三）人体多能干细胞研究能大大地三）人体多能干细胞研究能大大地 改变药物开发的安全性测试方法改变药物开发的安全性测试方法 五、干细胞研究存在问题五、干细胞研究存在问题 （一）理论、技术问题（一）理论、技术问题 （二）伦理道德问题（二）伦理道德问题32
