讲课(给同学).ppt

导论 人类基因组计划引起全世界的关注，它被誉为是与阿波罗计划、曼哈顿计划并列人类历史三大计划，在1999年度美国《科学》杂志评选的1999年度世界十大科学突破中仅排位第二。而干细胞生物学被1999年美国《科学》推举为二十一世纪最重要的十项科学领域之首，使浩大的“人类基因组计划”测序图位居其后。2000年干细胞研究成果再度入选《科学》评选的当年十大科技成就。 导论 早在1896年E.B.Wilson第一次使用这个名词,描述寄生虫生殖系的祖细胞。 1861年Till首先描述造血干细胞的特性（脾集落） 1981年英国剑桥大学Martin Evans首次从小鼠胚囊中分离出小鼠胚胎干细胞，小鼠胚胎干细胞就可以成功地在体外进行培养。 1998年11月，威斯康星大学的汤姆生和约翰.霍普金斯大学的吉尔哈特教授分别在《科学》(Science,1998,Vol282:1145－1147）和《美国科学院论文集》（PNAS,1998,Vol95:13726－13731）上报道，他们用不同的方法获得了具有无限增殖和全能分化潜力的人胚胎干细胞。 ESC的形态学特征及核型 各种哺乳动物包括人(无论是动物还是人源)的ESC都具有与早期胚胎细胞相似的形态结构特征，胞体体积小，核大，有一个或多个核仁，核仁清晰。 ESC在超微结构、组织化学、福斯曼抗原(Forssmanantigen)及蛋白合成方式等方面的研究表明，ESC与卵圆柱期胚胎外胚层和胎儿生殖嵴的原始生殖细胞 类似。 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，具有稳定的整倍体核型。如Thomson等(1998)分离的5个人的ESC系中H1、H13和H14具有正常的XY核型，H7和H9具有正常的XX核型，H9培养6个月后仍具有正常的XX核型。 正常ESC染色体正常，如发生异常则很难发育形成动物个体。 ESC的端粒酶活性 端粒酶是增加染色体末端端粒序列的一种核糖核蛋白，参与维持端粒长度，端粒长度对细胞复制的寿命有很重要的作用，因此细胞生理年龄可以通过测定端粒序列的长度来判定。 端粒酶的表达与人细胞的永生化高度相关，对一些人二倍体细胞引入端粒酶活性，会延长其复制的寿命；人二倍体细胞缺乏端粒酶活性，随年龄增长，其端粒变短，在组织培养中经过有限增殖期后，进入复制衰老状态；相反，在生殖系细胞和胚胎组织，端粒酶高水平表达，因此ESC端粒酶活性的高度表达表明其复制的寿命长于体细胞复制的寿命。Thomson等(1998)研究证明ESC具有很高的端粒酶活性，这也揭示ESC和PGC比体细胞核移植具 有更现实的应用前景。 碱性磷酸酶的表达 在早期胚胎如小鼠、大鼠的桑葚胚和囊胚细胞均有碱性磷酸酶(alkaline phosphatase，AKP)表达，小鼠的ESC中也含有丰富的AKP，活性较高。而在已分化的ESC中AKP呈弱阳性或阴性。猪、兔的桑葚胚和早期囊胚AKP呈阳性。因此，AKP常用来作为鉴定ESC分化与否的标志之一。 ESC的体外分化潜能 在体内这些细胞处于快速增殖和有序分化状态。对动物而言，其实质是个体产生稳定性组织差异的过程，从分子生物学角度讲，从全能或多能胚胎干细胞分化为具有独特功能的体细胞是细胞特异基因在时间和空间上差次表达的结果，组织细胞间的差异主要取决于哪些基因被激活和在什么时间与位点被激活。 ESC的体外分化潜能 ESC的分离培养首先需要解决的问题是阻止引起分化的基因的激活与表达，以实现分化抑制，保证细胞的全能性。ESC在体外需在饲养层(feederlayer)细胞上培养才能维持其未分化状态，一旦脱离饲养层就自发地进行分化。大鼠肝细胞等条件培养基和细胞分化抑制因子／白血病抑制因子(differentiation inhibitoryactivity／ leukemiainhibitoryfactor，DIA／I。IF)的应用，也可使培养的ESC处于不分化状态。除去这些分化抑制物，在单层培养时细胞自发分化成多种细胞，悬浮培养可形成“简单类胚体”，进一步培养可形成“囊状胚体”，使简单类胚体重新附着于培养皿上生长，可形成不同种类复杂的细胞分化物。 ESC的体外分化潜能 ESC在体外某些物质的诱导下可以发生定向分化 如在对造血系统的研究中发现，ESC不仅可以向各系 细胞分化，还可以分化为造血干细胞，而且分化过程与在体内发育过程类似。 将转化生长因子(transforming growth factor-p1，TGF-p1)或MyoD基因导入 ESC，可以发育为血管样结构或骨骼肌和肌管 二甲基亚砜可诱导ESC向各类肌细胞分化 维甲酸可诱导其向神经细胞分化 对聚集培养的ESC进行诱导则可分化为节律性收缩的心肌细胞。这些发现为