1、干干 细细 胞胞Stem cell 授课对象：授课对象：20112011级临床五年制本科级临床五年制本科 授课教员：张艺授课教员：张艺 授课单位：基础部细胞生物学教研室授课单位：基础部细胞生物学教研室the Crimes of PrometheusAn old storyfrom Greek mythology再生医学再生医学Whats the stem cell?干细胞干细胞（Stem cell）:是存是存在于个体发育过程中，具有长期在于个体发育过程中，具有长期（或无限）自我（或无限）自我更新能力更新能力、并可、并可分化产生某种（或多种）分化产生某种（或多种）特化特化细细胞的胞的原始原始细胞
2、。细胞。是个体的生长发育、组织是个体的生长发育、组织器官的结构和功能的动态平衡，器官的结构和功能的动态平衡，以及其损伤后的再生修复的基以及其损伤后的再生修复的基础。础。一、干细胞概念一、干细胞概念肿瘤干细胞肿瘤干细胞tumor stem cell胚胎干细胞胚胎干细胞embryonic stem cell 成体干细胞成体干细胞adult stem cell Hematopoiesis SC造血干造血干Mesenchymal SC 间充质干间充质干Neural SC 神经干神经干Epidermal SC 表皮干表皮干Intestinal SC 肠干肠干分化潜能分类分化潜能分类全能干细胞全能干细胞T
3、otipotent stem cell 多能干细胞多能干细胞Pluripotent stem cell 单能干细胞单能干细胞Unipotent stem cell 二、干细胞的种类二、干细胞的种类 Categories of stem cell来源分类来源分类 哺乳动物哺乳动物受精卵和受精卵和8-8-细胞期之前的细胞，每细胞期之前的细胞，每一个细胞都是全能干细胞。一个细胞都是全能干细胞。nTotipotent stem cell能形成完整的个体能形成完整的个体Types of stem cell（按分化潜能分类）（按分化潜能分类）Categories of stem cellnPluripot
4、ent stem cellPluripotent stem cell 囊胚中的内细胞团，每一个细胞都能形成个体中囊胚中的内细胞团，每一个细胞都能形成个体中所有类型的细胞所有类型的细胞 但不能产生胎盘和其他一些发育时期的支持组织但不能产生胎盘和其他一些发育时期的支持组织 不能形成完整的个体不能形成完整的个体Categories of stem celln MultipotentMultipotent stem cell stem cell 只能分化形成功能上密切相关的一类细胞只能分化形成功能上密切相关的一类细胞unipotentunipotent stem cell stem cell，单能干细
5、胞，单能干细胞只能分化形成一种类型细胞只能分化形成一种类型细胞Categories of stem cellPotency definitions Potency ExampleToti All Pluri Many/muchMulti Several/ManyOligo Few/Little Uni OneZygoteEmbryonicHematopoiesisLymphoid or myeloid MuscleCategories of stem cellEmbryonic Stem cells(ES cells)Embryonic Stem cells(ES cells)胚胎干细胞胚胎干
6、细胞Types of stem cell（按来源分类）（按来源分类）Categories of stem cell The cultured human embryonic stem cellsCategories of stem cellAdult Stem cells(AS cells)Adult Stem cells(AS cells)成体干细胞成体干细胞The location of Adult Stem CellsCategories of stem cell三、干细胞的特性三、干细胞的特性The basic properties of stem celluMorphology an
7、d biochemistry characteristicsuThe proliferation of stem cell uStem cell differentiation potentialuStem cell niche如何鉴定干细胞？如何鉴定干细胞？Human fetal hepatic stem cells（一）形态和生化特征（一）形态和生化特征1.1.形态学特征形态学特征 体积小体积小 核核/质比大质比大 细胞器不够发达细胞器不够发达（如内质网、高尔基复（如内质网、高尔基复合体及线粒体等）合体及线粒体等）properties of stem cell2.2.生物化学特征生物化学特
8、征Mouse embryonic stem cells with fluorescent marker 细胞表面、细胞内部具有细胞表面、细胞内部具有特异性标志物特异性标志物生化标记物生化标记物胚胎胚胎SC:Oct-4SC:Oct-4、SSEA-1 SSEA-1 神经神经 SC:nestinSC:nestin、EGFrEGFr 毛囊毛囊 SC:1-integrinSC:1-integrin造血造血 SC:CD34SC:CD34，CD38CD38，properties of stem cell端粒酶干细胞（stem cell）过渡放大细胞（transient amplifying cell）终末分
9、化细胞（terminally differentiated cell）（二）干细胞的增殖特性（二）干细胞的增殖特性 过渡放大细胞：干细胞进入分化程序，经历短暂的增殖期产生的细胞。TA细胞经历若干次分裂，产生分化细胞。properties of stem cell缓慢性缓慢性（标记实验）（标记实验）细胞动力学方面的研究表明，干细胞通常分裂较慢，组织中快速分裂的是过渡放大细胞。如小肠干细胞较其过渡放大细胞的分裂速度大约慢一倍。1.1.干细胞是慢周期细胞（干细胞是慢周期细胞（slow cycling cellslow cycling cell）干细胞的增殖速率低于干细胞的增殖速率低于TATA细胞细胞
10、标记滞留实验：放射性3H标记实验 BrdU标记实验properties of stem cellGFP BrdUu 增殖速率慢增殖速率慢u标记保留细胞标记保留细胞“Label Label retaining cells”retaining cells”(LRCs)(LRCs)BrdUproperties of stem cellproperties of stem cell 缓慢增殖有利于干细胞对特定的外界信号作出反应，以决定进行增殖还是进入特定的分化程序；缓慢增殖还可以减少基因发生突变的危险，使干细胞有更多的时间发现和校正复制错误。干细胞的慢增殖特性的生理意义干细胞的慢增殖特性的生理意义pr
11、operties of stem cell2.2.自稳定性自稳定性 自稳定性(self-maintenance)：自我更新(self-renewing)并维持其自身数目恒定。对称分裂(symmetry division)不对称分裂(asymmetry division)。不均等分配分化properties of stem cell Two ways for a stem cell to produce daughters with different fatesproperties of stem cellu 高克隆形成率高克隆形成率“Clonogenic”high Clonogenic”hi
12、gh colony-forming abilitycolony-forming ability3.3.干细胞增殖能力强干细胞增殖能力强Human embryonic stem cells colony properties of stem cell1.1.干细胞分化潜能的多向性干细胞分化潜能的多向性Erythrocyte Keratinocyte Neuron Skeletal muscleHave the potential to give rise to specialized cell types.（三）干细胞的分化潜能（三）干细胞的分化潜能properties of stem cell
13、properties of stem cell2.2.干细胞分化的可塑性干细胞分化的可塑性 (plasticity)(plasticity)干细胞在适当条件下，干细胞在适当条件下，可发生转分化和去分化现象可发生转分化和去分化现象 properties of stem cellJames A.ThomsonShinya Yamanaka 诱导的多能干细胞诱导的多能干细胞Induced pluripotent stem cell（iPS）成体细胞能诱导转变成为多能干细胞成体细胞能诱导转变成为多能干细胞 成人成纤维细胞的诱导成人成纤维细胞的诱导 胰岛细胞的诱导胰岛细胞的诱导 Somatic cell
14、ReprogramStem cellJunying Yuproperties of stem cellYamanaka,2006;James Thomson and Yamanaka,2007 Reprogramming and iPS cellproperties of stem cellCorneal Stem Cells and their Niches（四）微环境依赖性（四）微环境依赖性 microenvironment-dependent干细胞巢干细胞巢Stem Cell NicheStem Cell Niche 干细胞通常栖息在体干细胞通常栖息在体内一个固定的、稳态的、内一个固定的
15、、稳态的、安全的、血供丰富的微环安全的、血供丰富的微环境中，该区域被称为干细境中，该区域被称为干细胞巢。胞巢。干细胞的分化和增殖与它所干细胞的分化和增殖与它所在的组织的微环境密切相关在的组织的微环境密切相关properties of stem cellGut Stem Cells and their NichesHair follicle Stem Cells and their Niches干细胞巢的结构体系干细胞巢的结构体系properties of stem cell Cells Stem cell，TA cells,Differentiated cells,Endothelial ce
16、ll Mesenchymal cells，Coexisted stem cell（HFMSC）Secreted factors 来源：来源：干细胞其他细胞干细胞其他细胞 BMP2/4BMP2/4、TGFTGF和和WNTWNT信号转导途径的信号分子信号转导途径的信号分子 Extracellular matrix,Basal membrane Laminin、Integrins、TIMP2、Sdc、Tnc 干细胞、外围细胞、细胞外基质、增殖分化干细胞、外围细胞、细胞外基质、增殖分化调控相关因子调控相关因子properties of stem cellProduction of differenti
17、ated cells from mouse ES cells in cultureCulturedembryonicstem cellsDifferent cultureconditionsPluripotent 能够分化成为个体能够分化成为个体中除胎盘（中除胎盘（placentaplacenta）外任何细胞类型的潜能外任何细胞类型的潜能四、胚胎干细胞四、胚胎干细胞 Embryonic Stem Cells(ESCs)（一）特性（一）特性 The routes from which the embryonic stem cells may be obtained 囊胚内细胞团囊胚内细胞团 (胚
18、胎干细胞）胚胎干细胞）胚胎生殖嵴胚胎生殖嵴（胚胎生殖细胞）（胚胎生殖细胞）畸胎瘤畸胎瘤（胚胎癌细胞）（胚胎癌细胞）（二）胚胎干细胞来源（二）胚胎干细胞来源Embryonic Stem CellsThe induction of embryonic stem cells and stem cell engineering（三）应用（三）应用1.1.发育研究的模型发育研究的模型2.2.体外定向诱导分化体外定向诱导分化3.3.药物筛选药物筛选4.4.器官移植器官移植Embryonic Stem Cells 种子细胞种子细胞 生物材料生物材料 细胞生物材料复合物细胞生物材料复合物 移植移植 生物材料降
19、解吸收，细胞增殖生物材料降解吸收，细胞增殖 创伤修复创伤修复组织工程组织工程Lancet.2011-11-23 ES cell research could create a commercial market for human cells-“This devalues life”Harvesting ES cells destroys the blastocyst-“This is murder”五、五、成体干细胞成体干细胞 Adult stem cell 成体干细胞：成体干细胞：指成体各指成体各组组织器官中的干细胞织器官中的干细胞，成体，成体干细胞具有自我更新能力，干细胞具有自我更新能力
20、，但分化潜能窄，只能分化但分化潜能窄，只能分化为相应为相应(或相邻或相邻)组织器官组织器官的组成细胞。的组成细胞。Multipotentu Very rare population of multipotent immature cells,1 per 2 104uCan be induced to differentiate into all functional blood cellsuMost HSC are positive for the CD34 surface antigen（一）造血干细胞（一）造血干细胞Hematopoietic Stem Cells最早分离的干细胞最早分离的
21、干细胞Adult stem cellA tentative scheme of hemopoiesisAdult stem cell（二）间充质干细胞（二）间充质干细胞Mesenchymal Stem Cells(MSC)来源来源骨髓骨髓胎盘胎盘 能分化形成骨、关节、能分化形成骨、关节、脂肪、肌肉等多种间充脂肪、肌肉等多种间充质组织质组织Adult stem cellThe differentiation of mesenchymal stem cells in vitro MSC:the most widely applied tissue stem cell（三）神经干细胞（三）神经干细胞
22、The neural stem cellAdult stem cell（四）表皮干细胞、毛囊干细胞（四）表皮干细胞、毛囊干细胞The epidermal SC and hair follicle SCAdult stem cell六、六、肿瘤干细胞肿瘤干细胞（Tumor stem cell）细胞癌变是细胞细胞癌变是细胞去分化去分化的结果，因此与胚胎细胞有许的结果，因此与胚胎细胞有许多相似的生物学特性。多相似的生物学特性。乳腺癌干细胞 肿瘤干细胞肿瘤干细胞是肿瘤组织中的少数细胞，具有无限是肿瘤组织中的少数细胞，具有无限的自我更新和诱导肿瘤发生的能力，是肿瘤产生的种的自我更新和诱导肿瘤发生的能力，
23、是肿瘤产生的种子细胞。子细胞。自我更新能力自我更新能力低分化低分化无限增殖能力无限增殖能力成瘤性成瘤性Tumor stem cell肿瘤细胞中杀灭的区别对待肿瘤细胞中杀灭的区别对待 寻找并扑杀“安静的”肿瘤干细胞正常干细胞特性的研究正常干细胞特性的研究 寻找耐受肿瘤药物的机制Tumor stem cellHomework1.1.什么是干细胞？请列举出什么是干细胞？请列举出2-32-3种干细胞并说明种干细胞并说明其特性？其特性？2.2.干细胞不同于体细胞的生物学特性有哪些？干细胞不同于体细胞的生物学特性有哪些？3.3.举例说明干细胞在医学上的应用。举例说明干细胞在医学上的应用。4.4.肿瘤干细胞有何特性？肿瘤干细胞有何特性？名词解释：名词解释：Stem cell,totipotent SC,Stem cell,totipotent SC,pluripotent SC,multipotentpluripotent SC,multipotent SC,SC,stem cell nichestem cell niche
