干细胞与再生医学

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1、需要重点看的概念1 embryonic stem cells, ES 胚胎干细胞2 Stem cells 干细胞3 hematopoietic stem cell 造血干细胞4 Neural stem cells (NSCs) 神经干细胞 are initially present in a single layer of pseudostratified epithelium spanning the entire distance from the central canal to the external limiting membrane. NSCs continue to proli

2、ferate, and are patterned over several days in vivo to generate mature neurons, oligodendrocytes, and astrocytes. 神经干 细胞起先呈现为单层假复层上皮，覆盖于整个中央管到外部的限制性膜。神经干细胞能增殖，并在数天内 产生成熟的神经元、星形胶质细胞和少突胶质细胞。5 plasticity 可塑性 一种成体干细胞具有生成另一个组织的特化细胞的能力，即成体干细胞具有一定跨系、甚至跨胚层分化的特性，称其为干细胞的可塑性，也称为成体干细胞的横向分化。Transdifferentiation(

3、plasticity of stem cell): means the adult stem cell from one embryonic layer can differentiate into cells derives from other layer.6 Human mesenchymal stem cells 人间充质干细胞7fate mapping 干细胞命运图：在正常环境下受各种稳态因素调节的分化趋势。这些趋势包括干细胞对机 体正常发育活动的参与，以及干细胞对各种生物学危险诸如组织损伤、器官衰老以及疾病的反应。判断7 There must be stem cells that

4、divide and generate neurons in the adult mammalian brain. (T)在成年的哺乳类动物体内一定有能够分裂并产生神经元得干细胞存在填空8 (adult) stem cells have been identified in the brain, particularly in a region important in memory, known as the hippocampus.研究者已经证实脑中含有成体干细胞，特别是在对记忆尤为重要的海马区9 NEP cells continue to proliferate, and are pat

5、terned over several days in vivo to generate mature (neurons) , oligodendrocytes, and astrocytes in a characteristic spatial and temporal pattern.神经上皮干细胞持续增殖，并在数天内被模式化，以特有的时空模式产生成熟的神经元、星形胶质细胞和 少突胶质细胞。问答10 neuronal precursors can be isolated from 神经前体细胞可从哪些部位分离1) the developing human brain, 发育中的人脑2)

6、adult human hippocampus, 成人的海马3) the adult ventricular zone 成人的脑室区11 Plasticity of neural crest stem cells 神经嵴干细胞的可塑性1) contributed to ectodermal, 向外胚层分化2) endodermal, 向内胚层分化3) mesodermal tissue. 向中胚层分化12 genome manipulation in ES cells 胚胎干细胞中的染色体组操作手段1) Insertional Mutagenesis基因捕获技术and Gene Trappin

7、g,基因捕获技术2 Targeted Gene Modification,靶向基因修正3 )Chromosome Engineering. 染色体工程学13 classify of stem cells 干细胞的分类1) 胚胎干细胞 embryonic stem cells,2) 胚胎生殖细胞 embryonic germ cells,3 )成体干细胞 Adult stem cells.14 Stem cell markers coating the surface of every cell in the body are specialized proteins, Called recep

8、tors, havethe capability of selectively binding or adhering to other “signaling” molecules.体内干细胞表面覆盖标记物，这些多种特异性蛋白形成的标记物被称为受体，受体具有选择性结合或者改 变其他信号分子的能力。1. HSC的新定义：HSC是机体内最独特的体细胞群，具有极其高度的自我更新、多向分化、跨系分化(transdifferentiation )与重建长期造血的潜能，以及损伤后再生的能力；除此之外，还具有广泛的迁 移和特异性的归巢(homing)特性，能有限定位于相应的造血微环境(microenviro

9、nment)中，并以非 增殖状态和缺乏系相关抗原的方式存在。concept and marker of HSCsBeing the most special somattic population, HSCs are characterized by high ability of self renew, pluripotent differentiation, transdifferentiation, reconstitute hematopoiesis and regeneration after injury. Besides these, HSCs have the property

10、 of extensive motility and specific homing. They locate in microenvironment in bone marrow and exist as nonproliferation with few lineage markers.2. HSC 的分子标记：CD34, CD133, Sca-1(干细胞抗原 1, Ly-6A/E), ABCG2 (ATP-binding cassette superfamily G member 2) 、 c-kit、 lin3. 造血干细胞的来源：骨髓(bone marrow)、外周血(periphe

11、ral blood)、脐带血(cord blood)、胎儿造血 系统(embryonic hematogenesis system)、胚胎干细胞和胚胎生殖细胞(embryonic stem cell and embryonic germline cell)4重建造血功能(reconstitution)都是HSC的一个必备的重要特性。它可以分为两个阶段，即短期或早期 (short or early-term)及长期或晚期(long or late-term)造血重建，分别是由HPC和HSC两类细胞完成。Reconstitution is the property highly required

12、in the defination of HSC. It could be divided into two phages, one is short or early-term reconstitution, and the other is long or late-term reconstitution. The cells complete these two phages are HPC and HSC respectively.5. HSC和HPC的主要区别是，HSC有高度自我更新或自我维持能力，但不能增殖或扩增；HPC则有高度 增殖或扩增能力，早期部分地以致晚期全部地丧失自我更新

13、或自我维持能力。Differences between HSC and HPC: HSC can be self renewed and self sustained, however, can not proliferate or amplify； HPC can highly proliferated or amplified, but they may partly loss at the earlier stage or completely loss at the later stage the ability of self renew or self sustain. As th

14、e process of differentiation, HPC will die （apoptosis）.6 干细胞的自我更新（self-renew）：（1）单个细胞的不对称分裂 （individual asymmetric cell division） 产生一个子代干细胞和一个迅速分化为祖 细胞的子代细胞。（2）群体的不对称分裂 （populational asymmetric cell division） 干细胞分裂产生均具有成为干细胞和定向祖 细胞能力的子代细胞。7. HSCs 生成或维持/增殖过程中必不可少的转录因子1. SCL/tal-1 和 Lmo2 2. AML1 3. GA

15、TA-2 4. p218. 干细胞的分化和多形性观点：（1）造血因子是刺激造血的直接作用。（2）造血调控的机制是多层次复合网络式的（3）核内调控因子是决定造血的关键因子。（ 4 ）核内调控因子在复合体中发挥作用。（ 5 ）谱系抑制为谱系选择机制之一9. HSCs 的可塑性：一种成体干细胞具有生成另一个组织的特化细胞的能力，即成体干细胞具有一定跨系、 甚至跨胚层分化的特性，称其为干细胞的可塑性， 也称为成体干细胞的横向分化。 Transdifferentiation （plasticity of stem cell）: means the adult stem cell from one emb

16、ryonic layer can differentiate into cells derives from other layer.10. 制约发展和改进 HSCs 使用的方法1. HSCs 数量的扩增2. 宿主、移植物和病原攻击免疫系统的控制3. 对分化环境和发育可塑性的理解11. 成血-血管干细胞: 在胚胎发育的早期存在来源于侧板中胚层，具有分化为血细胞和血管内皮细胞双重 潜能的细胞，这些细胞在原始和终末造血过程，以及血管发生中发挥作用。Hemangioblast: Certain studies have demonstrated that there are cells in the

17、 early embryo that have the potential to develop into both blood cells and vascular endothelial cells. These cells are termed hemangioblasts and are thought to arise from the lateral plate mesoderm of the early embryo. Hemangioblasts are likely to be involved in both primitive and definitive hematop

18、oiesis as well as blood vessel formation （vasculogenesis）.12成血-血管细胞发生位点：卵黄囊、AGM区、胚肝、成人骨髓13. 表皮干细胞 Epidermal Stem Cells 的概念：人及哺乳动物的皮肤在其一生中都在进行不断的自我更新（皮 屑、伤口愈合）。这种更新由表皮基底层具有再生能力的角质形成细胞分裂、生长、分化来完成。14. TA细胞：当干细胞分裂时，形成的一个子代细胞会向着分化的方向发展，在继续分化之前，这个子代 细胞会继续保持分裂数代（3-5 代）。其作用是增加分化细胞的数量，主要负责正常的组织更新和损伤修复。TA cel

19、l ： Differentiation occurs when a daughter cell becomes a precursor cell, also termed transient-amplifying cells. The TA cell will proliferate 3-5 passages prior to further differentiation and amplify to increase the number of its progeny. Their prime function is to increase the number of differenti

20、ating cells produced by one cell division and are responsible for the dynamic tissue renewal under normal conditions as well as tissue repair after wounding.15 胚胎发育过程中的表皮形成过程：来源于原始外胚层，最初是由增殖细胞形成的单层，称为生发层（K8、K18X中间层细胞出现，生发层细胞K8、K18表达下调，开始表达K5和K14。 中间层分化出颗粒层和角质层。上层细胞表达K1和K10。16表皮干细胞的一般特征：（ 1）具有自我更新增殖能

21、力（ 2 ）慢周期性（3） 形态学特点在形态学上具有未分化细胞的特点，表现为细胞体积小，胞内细胞器稀少，细胞内 RNA含量低，在组织结构中位置相对固定等。角质形成细胞的大小是克降形成能力的决定因素。（4）定位 干细胞存在于环境稳定、血管丰富的区域。（ 5）粘附特性17当干细胞暴露于带有核素或其他标记的核苷酸时，细胞在 DNA 合成的过程中摄取标记核苷酸而将标 记整合到DNA中。由于干细胞的细胞周期长，这样的标记可以维持相当长的一段时间，将它称为标记滞 留细胞（LRC3; Label retaining cells ）。18. a 20 1整合素是区分表皮干细胞与过渡性扩增细胞的第一表面标记物。

22、0 1整合素是干细胞另外的选择标记，整合素表达水平与克隆形成能力相对应。19. 表皮干细胞的分离鉴别：（1）利用慢周期性及体外克隆形成能力（ 2）利用表面标志20. 表皮干细胞分化的调控 REGULATION OFEpidermal STEM CELL FATE（1）整合素-丝裂原激活蛋白激酶通路（2）Wnt/0 连环素/Lef/Tcf（3）Notch 信号传导通路 Notch 降低，Delta 升高一Sustain stem cell natureNotch 升高，Delta 降低Differentiation（ 4） c-myc促进 LRC 转变为 TAC（5）细胞因子21肌肉干细胞（Mu

23、scle stem cell）的一般概念：不表达肌肉分化标志性结构的肌原性祖细胞，它具有自 我更新及定向分化的潜能，其后代注定发育为成肌细胞和肌纤维。22肌卫星细胞（muscle satellite cell）：具有增殖和更新能力的成肌前体细胞或单能成肌干细胞。出生以 后出现，即少量单核性肌肉细胞。23 生肌调控因子（MRFs） 4 个成员：MyoD、myogenin（MyoG）、Myf5 和 Myf 6。24.肌源干细胞起源于胚胎血管祖细胞,肌源干细胞是骨骼肌中单能的成肌干细胞和肌卫星细胞的祖细胞。 25 肌源干细胞的纯化方法：1. HoechstFACS 方法：拒染荧光染料 Hoechst

24、333422. 贴壁培养法： 差速贴壁获取肌源干细胞 成纤维细胞、内皮细胞 肌卫星细胞 肌源干细胞 肌源干细胞特征性外形：贴壁前、贴壁后、延迟分瓶1 STEM CELLS (干细胞)：a special kind of cell that has a unique capacity to renew itself and to give rise to specialized cell types.分类: 1)embryonic stem cells, ES 来源于胚胎4-5天囊胚的内细胞团。2) embryonic germ cells, EG 来源于发育至5-10周婴儿的生殖嵴，分化潜能和

25、增殖能力弱于胚胎3) Adult stem cells 数量少，增殖能力差，易分化。2. BASIC OF STEM CELL APPLICATIONS (干细胞移植的四个基础)1) Cells culture2) direct human ES cell differentiation3) Identify of Stem cells4) prevent rejection3. ES cell markers标记物SSEA；TRA；AKP；OCT-4Method标记方法Reporter gene: GFP；FACS；Immunocytochemical analysis；RT-PCR；Gen

26、e chip4. transplant therapy (干细胞移植的应用)1) clinical application of hematopoietic stem cells to restore the blood and immune system2) treating neurological diseases3) cure diabetes4) repair a damaged heart5胚胎干细胞(ESC)是在未使用永生剂或转化剂的条件下，直接来自小鼠早期胚胎的多能性干细胞系。ES 细胞的特点：(1)它们能如培养的同源干细胞一样增殖，扩增也无明显限度(2) 维持了稳定的核型(3

27、) 保持了胚胎起始细胞的特点(4)把 ES 细胞植入到早期胚胎，它们完全能重新参与胚胎发生，并可发育成嵌合型小鼠。6. ES 细胞的多能性 PLURIPOTENCY OF EMBRYONIC STEM CELLS：(1) 畸胎癌的形成 容易产生分化良好的外胚层、中胚层、内胚层组织和多种细胞类型的肿瘤。(2) 整合于发育期胚胎 ES 细胞最显著的特征是用合成培养基在组织培养瓶中增殖后，仍旧保持了参与 正常胚胎发生的能力。(3) 生殖系传递 ES 细胞非常重要的特性是它们能维持整倍体的核型。(4) 源于 ES 细胞的胎儿7. ES 细胞多能性的维持 MAINTENANCE OF ES CELL P

28、LURIPOTENCY：( 1)对称性自我更新(2) Oct-3/4：多能干细胞的转录和命运调控(3) 细胞因子刺激的自我更新 如 LIF(4) ES细胞的胞内信号网络SHP2和Erk活化对自我更新有抑制作用。8. LIE： (1)由饲养层细胞表达(2)通过与gpl30受体结合发挥作用(3)在ES细胞存在时表达增加(4) 不诱导Oct-3/4表达(5)抑制ES细胞分化(6)刺激ES细胞的自我更新。9在配体LIF诱导的gp130受体二聚体化的下游，存在两种主要的信号转导通路：(1) 转录因子STAT3被JAK激酶介导的酪氨酸磷酸化作用所激活，刺激了 ES细胞的自我更新。(2) 适配子SHP2与G

29、al 1结合，刺激Ras-Erk丝裂原激活的蛋白激酶级联反应，抑制了 ES细胞的自我更新。Two major signal transduction pathways are recruited downstream of ligand-induced dimerization of gp130 receptors. The latent transcription factor STAT3 is activated by tyrosine phosphorylation mediated by JAK kinases （Lutticken et al. 1994）, and engageme

30、nt of the adapters SHP2 and Gab1 lead to stimulation of the Ras-Erk mitogen-activated protein kinase cascade.10触发 ES 细胞分化为特定类型细胞的主要方法是在悬浮培养时进行细胞聚集。11. hMSCs人骨髓间充质干细胞：来源于骨髓的、在离体能够增殖贴壁的人的同源细胞群。可分化为中胚 层细胞，如成骨细胞、软骨细胞和脂肪细胞。能够支持 HSCs 的体外生长甚至体外增殖12. MSCs吸附于培养基质表面并形成集落的速度很慢，原因是It has been recognized that ex

31、planted marrow stromal cells attached to a culture surface establish colonies only slowly （several days）.This may happen for several reasons：（1）在外植初始时期细胞正处于静止期（2）细胞需要克服外植应激（3）细胞需经过自身调节以适应体外培养条件。13. 在低细胞密度时，培养的单个 hMSCs 在集落形成前会凋亡。表皮生长因子可以增加集落的面积及降低成骨标记分子碱性磷酸酶的自发表达。hMSCs 的增殖需要有一定的细胞密度，并维持自分泌因子浓度。14在无血清

32、条件下，hMSCs的集落形成需要地塞米松和L-抗坏血酸，并且血小板源性生长因子对集落生 长的效应是十分显著的。 at low cell densities, single hMSCs in culture may undergo apoptotic cell death prior to colony formation15. hMSCs的集落生成能力被用于评估其增殖能力和预测其分化能力。Colony-forming ability of hMSCs has been used to assess propagation and predict their differentiation ab

33、ility16. hMSCs 的特点：无免疫排斥、成瘤性小、分化潜能小、无伦理问题。提供了一个有用的、易获取的、 特征化的细胞群体，用于治疗成骨不全等疾病。17. 碱性磷酸酶阳性是成骨能力细胞的一种特性。18. 新生的胰岛细胞是通过两个过程产生的：一种机制是已有的终末分化胰岛细胞通过分裂产生的胰岛再 生，另一种机制是胰腺导管中的干细胞分化成为新生的胰岛细胞。 New islet cells are thought to arise through two distinct processes.One mechanism involves the regeneration of islets t

34、hrough division of existing terminally differentiated islet cells. A second mechanism involves the differentiation of new islet cells from stem cells residing in the pancreatic ducts.19胰岛干细胞（PSC）的相关标志：PDX-1 :在早期胰腺原基中表达，是胰岛素基因表达调控中至关重要的同源结构域蛋白，在胰腺内分泌部 和外分泌部的发育中也起着关键作用。HNF30是胰腺PDX-1基因转录中的重要调控子，在内胚层的细胞

35、发育中也起着关键作用。PAX4 和 PAX6bHLH 转录因子 Ngn3 对 4 种内分泌细胞类型的发育都是必需的bHLH 蛋白 NeuroD 参与了正常胰腺的发育。20. Rest、 SHH 因子抑制 MSC 分化为 PSCPDX-1 促进 MSC 分化为 PSC老师上课给的重点，作为补充CONCEPTNeuron-restricted PrecursorsAre from multipotent neural stem cells , undergo at least limited self-renewal and generate solely neurons. But could d

36、ifferentiate into multiple classes of neurons, such as excitatory, inhibitory, and cholinergic neurons. they could undertake radial and nonradial migration.TRUE-OR-FALSE QUESTIONS1. The neuronal precursor cells is derived from subventricular zone (svz) during embryonic development and persists throu

37、ghout life. The svz contains a mixed population of precursor cells that can only generate neurons. (F)FILL-IN-THE-BLANK QUESTIONS1.(adult) stem cells have been identified in the brain, particularly in a region important in memory, known as the hippocampus.2. The early neuroepithelium that will gener

38、ate the CNS undergoes further growth to form a closed (neural tube) with a central canal either by folding or by aggregation and subsequent cavitation3. NEP cells continue to proliferate, and are patterned over several days in vivo to generate mature (neurons), oligodendrocytes, and astrocytes in a

39、characteristic spatial and temporal pattern.4. The (neuroepithelium) generates the central nervous system (CNS) during embryogenesis.ANSWER QUESTIONS.1Where pluripotent NSC can be isolated from?1)ventricular and subventricular zones of the developing forebrain2) the spinal cord,3) cortex,4) midbrain,5) hindbrain.6) the neurohypophyseal system of the endocrine hypothalamus.2. Which populations of cells that contribute to the developing PNS.1) neural crest stem cells2) emigrating crest cell population3) ventrally emigrating neural cells(VENT)