10-6-干细胞在线视频

同学们好

今天我们来学习第十六章

细胞编程与重编程

长期以来

人们在观察和研究个体发育时

始终想搞清楚一个受精卵

是如何分化成形态功能各异的不同细胞

进而又如何构建成各种组器官

及多姿多彩的生命体

这些至今仍然是生命科学

所面临的最具挑战性的问题

随着对基因组

以及基因表达调控的深入研究

现在认为个体的生老病死

以及细胞的生命历程

都是基因时空有序表达调控的结果

是程序性的或称为编程的

programmed 过程

另一方面 基因与环境的相互作用

或者人为的干预

可以对基因时空表达的程序

进行重编程

从而影响或决定细胞的命运

甚至改变个体的生命过程

因此可以说细胞编程与重编程

是生命个体形成的基础

那么干细胞的特性最能体现

细胞编程和重编程的内在机制

所以在这一讲里

希望通过介绍一些干细胞的知识

来引导和帮助同学们理解细胞编程

与重编程的奥秘

什么是干细胞呢

我们把具有无限或有限自我更新能力

并在一定条件下

可产生至少一种以上

高度分化子代细胞类型的这些细胞

统称为干细胞

通常我们根据干细胞分化成

不同成熟细胞类型的能力

或者称为分化的能力

把干细胞区分为

全能干细胞 是指

具有发育成一个完整个体能力的干细胞

比如受精卵

和人体受精卵分裂到8到16细胞

卵裂球时的所有细胞

它都具有全能干细胞的特性

还有就是人体早期囊胚内细胞团的

胚胎干细胞

简称ESC

尽管它失去了发育成完整个体的能力

但它仍具有分化成个体

各种功能细胞的潜能

又把它称之为万能干细胞

另外就是多能干细胞是指

能够分化成若干种

特定类型细胞的干细胞

比如像骨髓的基质干细胞

它通常只能分化形成骨、肌肉

软骨、脂肪及其它结缔组织细胞

那么分化能力较弱的

我们称为单能干细胞的

或称专能干细胞的

它只能分化成一种或者两种

不同类型的细胞

如肌肉当中的成肌细胞

上皮组织基底层的一些干细胞等

那我们再看看干细胞的特征

干细胞在形态学上

通常为圆型或者是椭圆型

它的体积比较小

但是核质比比较大

干细胞最主要的生物学特征

我们可以概括为两方面

首先是他的自我更新 Self renewal

是指干细胞在特定微环境当中

具有维持自身克隆增殖

从而在生物个体的生命期间

保持一定数量的干细胞

处于不分化状态

它的具体表现为增殖比较缓慢

自身比较稳定

而且分裂方式以不对称分裂为主

这些特点

那么这些特点就有利于

干细胞的自我更新

干细胞的自我更新其是由干细胞

已经设定的程序所控制的

第二个显著特征我们称为它的分化能力

所有干细胞都具有

分化产生特定类型功能细胞的能力

那么决定干细胞启动分化

或者是决定它的分化方向

这些因素有很多

那么概括来讲就是一些

影响表观遗传调控的因素

作用于干细胞

启动了干细胞分化的编程程序

特定情况下还会发生一些

在特定情况下还会发生

一种类型的干细胞

分化成另一种组织类型的细胞

这称之为干细胞的转分化

以及某种干细胞可以逆分化

回到它前体细胞状态

这一情形称之为干细胞的去分化

转分化也好 去分化也好

提示了干细胞发生了重编程

上述干细胞的特征

反映了细胞编程和重编程

在其中的调控作用

我们再看看干细胞的调控

那么干细胞自我更新

或者它的分化潜能

是如何维持和启动的呢

目前研究认为其中主要的机制

包括两个方面

第一个方面

即使转录因子的调控网络

转录因子控制着基因表达的时空顺序

是细胞编程的 我们称为“命令键”

是决定细胞命运的“主开关”

干细胞维持自我更新

以及启动定向分化

需要多种转录因子之间的相互作用

并且形成调控网络

构成干细胞转录因子网络的一些

节点分子

包括像Oct4、Nanog、Sox2

和c-Myc等几种非常重要的转录因子

第二个方面 就是细胞的微环境

干细胞所处的微环境

它直接关系到干细胞的增殖

和自我更新

微环境的变化将导致干细胞的分化命运

这些微环境

包括像周围的细胞因子

细胞间相互作用以及细胞外基质成分

回顾我们以前学习的内容

不难理解这些微环境因素

都将对干细胞的物质代谢

能量代谢、信号转导产生重要的影响

可能改变了细胞的编程

调节干细胞生命活动

因此可以说 干细胞编程和重编程

决定着干细胞的命运

下面我们再来看一下干细胞

它的类型

那么干细胞的分类依据有很多

除我们刚才讲的

按照它分化的潜能 区分为

全能、万能、多能、单能这些干细胞之外

根据干细胞的来源

我们分为以下几种

首先就是刚才提到过的胚胎干细胞

是指从着床前的内细胞团

或原始生殖细胞获得的

具有多潜能性、可以分化发育成

这个个体各种细胞类型的干细胞

又可以维持不分化克隆这种干性细胞系

又称为胚胎干细胞

胚胎干细胞可以定向诱导

产生功能性细胞、组织甚至器官

但是大家都知道

人体胚胎干细胞的来源和数量极其有限

而且在科学研究还是实践应用上

均受到社会伦理规范的一些约束

第二类我们称为成体干细胞

是指在成体组织或器官当中

所含有的具有自我更新能力

和一定分化潜能的细胞

近年来 已经成功地从不同的组织

分离鉴定了多种成体干细胞

最常见的就是我们的造血干细胞

还有像神经干细胞

以及间充质干细胞

那么第三类

我们称之为诱导干细胞

它是指利用干细胞重编程的技术

通过影响细胞染色质的表观遗传修饰

调控基因的沉默与表达

使我们的成体细胞逆分化

或者称为去分化

产生干细胞的表型

赋予其干细胞特性

2006年 日本京都大学的科学家

山中申弥革命性地利用4种转录因子

在小鼠成纤维细胞中过表达

诱导成体细胞逆分化

变成为胚胎干细胞这样的干细胞

它具有干性特性和多向的分化潜能

这种干细胞被称为诱导性多能干细胞

简称为iPS

那么山中申弥选用的4个因子

就分别是Oct3/4、Sox2、c-Myc

和Klf4

那么iPS技术在人类健康和转化医学上

具有巨大的应用前景和科学意义

第四个干细胞的类型

我们称为肿瘤干细胞

肿瘤干细胞最先

是在研究白血病的时候发现的

随后在一些实体瘤研究当中

也陆续证实肿瘤干细胞的存在

现在把存在于肿瘤组织当中

具有干细胞特性的肿瘤细胞克隆

都称为肿瘤干细胞

它具有自我更新的能力

是肿瘤复发和转移的重要原因

肿瘤干细胞的研究有助于阐明

肿瘤发生和发展的机制

也将促进抗肿瘤靶向药物的研发

从而为针对肿瘤干细胞的

肿瘤防治新策略提供理论依据

最后我们想再谈一下干细胞应用

随着干细胞研究的逐渐深入

干细胞展现出了巨大的应用前景

它主要的应用是在器官移植

和再生医疗

以及替代治疗等方面

但是 在实际应用当中

仍存在一些重大挑战

主要包括

一 如何调控干细胞增殖

获取足够数量的干细胞或者是组织

第二 如何控制干细胞定向分化成

我们所期望的细胞类型

也就是定向分化

第三 移植之后这些干细胞

跟周围的组织细胞是否兼容

第四 如何避免对接受所造成一些伤害

第五 如何避免异体细胞

激发免疫排斥

最后对接受者生命活动的其它潜在影响

当前 广大的干细胞研究者

正尝试各种不同的研究方案

来解决上述问题

好了 这一讲关于干细胞的内容

我们就学习到这里

干细胞研究方兴未艾

进展快速

同学们可以更多地学习和了解

这一领域的前沿进展内容

讲到今天

我们整个“细胞社会奥秘”的课程

已经结束了

今天是最后一天

但我依然感觉到言犹未尽

有许多内容也只是老师的管窥之见

所以欢迎同学们随时保持联系

我们一起来探讨学习提高

对细胞生物学的认识

好了 同学们再见