干细胞性质和鉴定详细介绍在这里

2021-04-02 23:27:56 183

干细胞(stem sell)是指同时具有自我更新能力和分化能力的细胞。自我更新(self-renewal)是指经母细胞分裂形成的两个子细胞中,至少有一个具有与母细胞相同的自我更新和分化能力。分化 (differentiation)是指经母细胞分裂形成的子细胞中,至少一种与母细 胞具有不同的表型。改变性状培养出来的细胞能分裂成与自己表型相同 的细胞,但没有分化能力,因此不能称为干细胞。生物界中有具有干细 胞类似特性的生物(如酵母)。酵母通过无性生殖产岀与自己相同的个 体,所以可以说酵母具有良好的干细胞特性。而在有性生殖时,则通过 减数分裂,形成与自身表现型不同的细胞。


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干细胞的自我更新能力

干细胞的自我更新大致可分为两种模式(图i.Do 一种是通过对称 性分裂(symmetric cell division)的自我更新,这种分裂形成的两个子 细胞都是与母细胞相同的干细胞,此复制模式用于干细胞数量的增加。 另一种是通过非对称性分裂(asymmetric cell division)的自我更新, 这种分裂形成的两个子细胞中只有一个与母细胞相同,另一个则发生了 分化。此复制模式使干细胞维持在一定数量。

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上述复制模式属于干细胞自律性控制模式,由此可引申出另一种模 式(图1.2)。干细胞分裂成两个子细胞均暂时失去了母细胞所具有的干 细胞特性,其后两个子细胞中至少有一个重新回到微环境中获得了与母 细胞相同的干细胞特性。此复制模式属于干细胞非自律性控制模式,具有较大的生物学意义。

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干细胞的分化能力

干细胞分裂后一部分子细胞获得了与母细胞不同的细胞表现型。获 得的表现型在其发生过程中,可能成为与母细胞分化能力不同的另一种 细胞:成体干细胞通过短暂扩增细胞(transiently amplifying cell)进行 终末分化(terminal differentiation)(图1.2)。根据终末分化产生的细胞 的种类,将干细胞的分化能力分成以下几类:

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a.全能性

全能性(totipotency)是指能够分化成构成个体的所有种类的细 胞,并且有形成完整个体的能力。受精卵是有全能性的,但是不管在什 么样的人为条件下,能够反复进行自我更新的全能干细胞在目前是不存 在的。

b.多能性

多能性(pluripotency)是指能分化出构成个体的多个种类细胞的能 力,但没有形成完整个体的能力。小鼠胚泡内细胞群细胞就有这样的分 化能力,由此而来的胚胎干细胞(emhryonic stem cell, ES细胞)保持 着多能性,同时可反复地进行自我更新"气虽然有的观点认为,区分 全能性和多能性,可以根据分化成胚体外组织的能力,特别是形成胎盘 的滋养外胚层的能力,但是由于胚胎细胞群或胚胎干细胞在人为条件下 也能够分化出滋养外胚层,所以尚不能据此区分全能性和多能性。

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因此,准确来说多能性只能通过干细胞分化后所制造出来的产物而 加以确定,即通过干细胞产生的细胞对于构成个体全部细胞的贡献多少 来加以证明气但是,对于人体干细胞来说,这种多能性证明的方式是 不符合伦理的,因此,生物学中人体干细胞全能性只能是推测得来。所 以,多能性常见的定义是指具有分化成3个胚层细胞和组织的能力:

c.多潜能性

多潜能性(multipotency)是指虽然不能分化成构成个体的所有种 类的细胞,但能分化成至少两种细胞的能力。例如,造血干细胞能分化 成所有种类的血细胞,是典型的多潜能性干细胞。这种能力用英语表达

multipotency,在中文通常翻译成“多能性”,这样就无法与上述的 plui-ipotency区别开来:因此翻译成“多潜能性”,更便于区分和广泛 应用。

d.单能性

单能性(unipotency)是指只有分化成一种终末细胞的能力。比如 说,骨骼肌干细胞就只能分化成横纹肌这一种细胞,是典型的单能干细胞。

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干细胞的微环境

十细胞通过接受外界的信号,决定是进行自我更新,还是一边进行 更新一边进行分化,或者不更新全部进行分化。干细胞通过其周围的细 胞、分泌因子、细胞外基质以及细胞的直接接触等各种各样的形式,来 决定其命运。这些包括干细胞自身在内的维持干细胞特性的周围环境称 为“干细胞微环境(niche) ”:干细胞的存在与微环境是密不可分的。 我们将千细胞和由微环境形成的干细胞支持机构统称为干细胞系统。

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通过果蝇生殖干细胞的例子,我们能更好地了解干细胞微环境的构 造(图1.3)。在构成果蝇卵巢的卵巢小管的前端有2~3个生殖干细胞, 这些生殖干细胞通过钙粘连蛋白(eadherin)与一种已分化的帽细胞相 接触:其分裂产生的两个子细胞中,与帽细胞保持接触的子细胞停止在 生殖干细胞的状态,而另一个与帽细胞分离的子细胞则分化成为包囊细 胞,终分化为卵细胞和围绕在其周围的营养细胞:帽细胞不仅和生殖 干细胞接触,还分泌一种Dpp的分泌因子,它能对生殖干细胞产生 作用,对其分化产生抑制:像这样,帽细胞所构成的维持生殖干细胞特 性的结构即为干细胞微环境,是微环境的典型例子。

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微环境并不仅仅具有维持干细胞自我更新的功能。在成熟个体的干 细胞维持模式中,有一种叫休眠状态(dormancy)的模式:它是通过完 全不进行复制来维持干细胞的一种状态,这种状态的维持也与微环境有 关:在维持休眠状态的微环境中,部分脱离微环境的十细胞进行了复 制,其中一部分细胞重新回到了微环境中,保留了干细胞的性质,其他的则进行了分化,出现了类似抢椅子游戏的状态。