小分子物质对维持胚胎干细胞未分化状态的调控作用

胚胎干细胞的分化和再生能力控制胚胎干细胞是一类来源于胚胎的未分化细胞，具有极高的分化潜能和再生能力，可以分化成任何类型的细胞，并在生物体内进行组织修复和再生。

然而，胚胎干细胞的分化和再生能力受到一系列的控制因素的影响，包括细胞因子、基因表达、细胞周期等等。

本文将从这些方面探讨胚胎干细胞的分化和再生能力控制。

细胞因子调控胚胎干细胞分化和再生能力胚胎干细胞的分化和再生能力主要受到多种细胞因子的调控。

这些细胞因子可以是来自胚胎微环境的自身细胞因子，也可以是来源于体外添加的外源性细胞因子。

细胞因子通过与胚胎干细胞表面受体发生结合，激发内吞作用，继而启动一系列下游信号转导途径，促进细胞分化和再生。

典型的自身细胞因子包括胶质瘤衍生生长因子（GDNF）、基本成纤维细胞生长因子（bFGF）、血管内皮生长因子（VEGF）等。

这些细胞因子能够激活多种信号传递途径，包括MEK/ERK、PI3K/AKT等等，促进胚胎干细胞的分化和再生。

而外源性细胞因子包括人类造血细胞生长因子、胰岛素样生长因子等等，同样能够调控胚胎干细胞的分化和再生。

基因表达调控胚胎干细胞分化和再生能力胚胎干细胞的基因表达调控是胚胎干细胞分化和再生能力的重要控制因素。

胚胎干细胞主要表达一系列的转录因子和调控因子，包括Oct4、Sox2、Nanog等。

这些基因能够调控胚胎干细胞的细胞命运，维持胚胎干细胞的特殊状态和未分化状态。

其中Oct4被认为是胚胎干细胞存在的必要条件之一。

Oct4能够调控多种胚胎干细胞特异性基因的表达，例如Nanog、Sox2等。

同时，Oct4也能够抑制多种分化相关基因的表达，包括Mesoderm Posterior 1、荧光素乙酸酰基转移酶等等。

通过这些调控机制，Oct4能够促进胚胎干细胞的分化和再生。

细胞周期调控胚胎干细胞分化和再生能力细胞周期调控机制也是胚胎干细胞分化和再生的重要因素。

细胞周期包括分裂期、中期、G1期、S期等等，可以分为G1/S/G2/M四个时期。

中国生物工程杂志　China B i otechnol ogy,2008,28(8):123～129Nanog 基因的功能与调控3周珍辉1　阮志刚2　杨学义2,333(1北京农业职业学院畜牧兽医系　北京　102442　2西北农林科技大学动物科技学院　杨凌　712100)(3洛阳师范学院生命科学系　洛阳　471022)摘要　胚胎干细胞的无限增殖能力和亚全能性决定了它在再生医学、新药开发及发育生物学基础研究中具有巨大的应用前景。

探索维持胚胎干细胞亚全能性的因子及其网络的调控功能成为胚胎干细胞生物学研究的热点。

已研究发现多个与维持胚胎干细胞亚全能性相关的基因如Oct4,Nanog,Sox2等,其中Nanog 是2003年5月末发现的一个基因,它对维持胚胎干细胞亚全能性起关键性作用,能够独立于L1F /Stat3维持I C M 和胚胎干细胞的亚全能性。

几年来,Nanog 的生物学功能及其与Oct4,Sox2等亚全能性维持基因之间的相互作用关系已有较为深入的研究,并发现多个调控Nanog 表达的转录因子,从而进一步明晰Nanog 与已知调控胚胎发育的信号通路之间的关系。

在综述Nanog 基因的表达特征和功能的基础上、重点探讨Nanog 基因表达调控以及Oct4,Sox2等亚全能性维持基因之间的相互作用关系,并对未来的研究趋势予以展望。

关键词　Nanog 胚胎干细胞　自我更新　亚全能性　表达调控中图分类号　Q756收稿日期:2007209214 修回日期:20082052063国家“863”计划(2006AA02A133)、中国博士后科学基金会(2005038267)、资助项目33通讯作者,电子信箱:yangxueyi2002@ 胚胎干细胞(embryonic stem cell,ES 细胞)主要来源于早期发育胚胎的内细胞团(inner cell mass,I C M ),在体外适宜培养条件下具有自我复制和分化为构成机体所需各种细胞类型的能力[1～3],目前的文献将ES 细胞的这种特性称之为亚全能性。

胚胎干细胞的分化和应用胚胎干细胞是一种具有未分化状态的细胞，可以分化为人体内任何类型的细胞。

在生命科学和医学研究上，利用胚胎干细胞的分化和应用具有重要的价值和潜力。

本文将从胚胎干细胞分化机制和应用领域两个方面，探讨胚胎干细胞的前景和发展。

一、胚胎干细胞的分化机制胚胎干细胞可以通过分化形成不同类型的细胞，这是因为它们具有干细胞的特性，包括自我更新和多能性。

在胚胎发育过程中，胚胎干细胞分化为各种类型的细胞是非常关键的，因为胚胎细胞会形成人体的所有组织和器官。

胚胎干细胞的分化通常可以分为三个阶段：定向分化、分层分化和成熟分化。

定向分化是指胚胎干细胞受到一定的刺激或信号后，开始分化成一定类型的细胞，如心肌细胞、神经元等。

分层分化是指细胞开始形成不同种类的细胞，分别形成三胚层：内胚层、中胚层和外胚层。

成熟分化是指各种类型的细胞进一步分化成为特定的细胞，如肌肉细胞、骨细胞、脂肪细胞等。

胚胎干细胞的分化机制是一个非常复杂的过程，在实验中需要调控多个信号通路和基因表达以实现目标化分化。

这些信号通路包括Wnt信号通路、BMP信号通路、FGF信号通路等。

在实验中，通过特定的处理和培养条件，可以实现对胚胎干细胞分化的控制和指导，产生特定类型的成熟细胞，如心肌细胞、神经元、胰岛素细胞等。

二、胚胎干细胞的应用领域随着对胚胎干细胞的了解和掌握，其在医学、生命科学和技术等方面的应用也逐渐展开。

这些应用包括：1. 细胞治疗细胞治疗是利用胚胎干细胞和其他类型的干细胞，来修复或替换受损组织和器官的治疗方法。

该方法可以用于多种疾病的治疗，如心血管疾病、中风、视网膜退化等。

在实验室中，胚胎干细胞可以分化成为心肌细胞、神经元等，在动物模型中也证实了这种方法的有效性。

2. 组织工程组织工程是利用胚胎干细胞和其他类型的干细胞，来构建组织和器官的方法。

该方法可以用于修复和替代各种缺陷和受损组织，如皮肤、眼角膜、器官等。

在实验室中，胚胎干细胞可以分化成骨细胞、肌肉细胞等，这些细胞可以被用于构建组织工程模型和医用器械。

1.下列哪种细胞通常被认为是具有自我更新能力和多向分化潜能的干细胞？A.成熟的红细胞B.胚胎干细胞C.神经元细胞D.心肌细胞2.胚胎干细胞在体外培养时，维持其未分化状态的关键生长因子是？A.EGF（表皮生长因子）B.FGF（成纤维细胞生长因子）C.TGF-β（转化生长因子-β）D.LIF（白血病抑制因子）及bFGF（碱性成纤维细胞生长因子）3.成体干细胞主要存在于人体的哪些部位？（多选）A.骨髓B.大脑C.皮肤D.肝脏E.肌肉4.下列关于诱导多能干细胞（iPS细胞）的描述，正确的是？A.无需基因操作即可直接从体细胞获得B.保留了原始体细胞的遗传特性但失去了分化能力C.通过导入特定的重编程因子使体细胞获得类似胚胎干细胞的特性D.临床应用广泛，无伦理争议5.干细胞在再生医学中的应用不包括？A.修复受损的心脏组织B.治疗帕金森病等神经退行性疾病C.替代已衰竭的胰岛细胞治疗糖尿病D.直接用于癌症的根治性治疗6.造血干细胞移植主要用于治疗哪种类型的疾病？A.先天性心脏病B.自身免疫性疾病C.血液系统恶性肿瘤及遗传性疾病D.神经系统损伤7.下列哪种细胞不属于间充质干细胞（MSCs）的来源？A.骨髓B.脂肪组织C.脐带血D.胎盘组织8.干细胞在体外培养过程中，为保持其增殖能力和分化潜能，通常需要哪种条件？A.高浓度血清培养B.缺氧环境C.严格控制的无菌条件及适宜的温度、pH值D.使用抑制细胞分化的化学物质9.胚胎干细胞向特定细胞类型分化的过程称为？A.定向分化B.去分化C.转分化D.自我更新10.干细胞研究面临的主要伦理问题包括哪些？（多选）A.胚胎来源的伦理争议B.个体基因信息的隐私保护C.干细胞治疗的安全性和有效性评估D.干细胞治疗后的长期随访和监管E.干细胞研究成果的商业化利用。

・３７４・武警医学院学报ＡｃｔａＡｅａｄｅｍｉａｅＭｅｄｉｃｉｎａｅＱ皤第１８卷第４期２００９年４月Ｖ０１．１８Ｎｏ．４Ａｐｔ．２００９胚胎创面无瘢痕修复的研究进展ＰｒｏｃｅｅｄｉｎｇＯｉｌｔｈｅｓｅａｒｌｅｓｓｆｅｔａｌｗｏｕｎｄｒｅｐａｉｎｎｅｎｔ陈伟综述，白晓东审校（武警总医院烧伤科，北京１０００３９）关键词：端粒；端粒酶；羊水干细胞【文章编号】１００８．５０４１（２００９）０４－０３７４－０３【中图分类号】Ｑ７１【文献标识码】Ｂ胚胎创面无瘢痕修复是复杂的过程，除受到胚胎所处的羊水环境影响外，还受到胚胎细胞的端粒、细胞外成分、细胞因子等决定性因素的影响，羊水干细胞可能在胎儿无瘢痕修复过程中起到非常重要的作用。

瘢痕是皮肤损伤到达一定程度后组织修复的结果，然而人类和某些哺乳动物（小鼠、大鼠、兔、猪和羊等）胚胎的皮肤创伤，愈合后并不伴有瘢痕组织的形成…。

研究胚胎皮肤无瘢痕创伤修复的生物学机制，将为瘢痕及纤维化疾病的防治提供广阔的思路。

下面就胚胎皮肤创伤修复进行综述。

１胚胎皮肤伤口的细胞特性对一些动物胚胎皮肤创伤愈合的观察发现，无瘢痕修复并非贯穿妊娠期全程，对人类而言，胚儿（胎龄８—２８周）伤口无急性炎症反应，无肉芽组织形成和无伤口收缩等特点，愈合后不伴有瘢痕形成【２］。

在妊娠晚期的创伤也可形成类似于成年的瘢痕组织。

因此在无创修复期的胚胎细胞应有其区别于其它细胞的特性。

１．１胚胎皮肤伤口的细胞染色体端粒胚胎是由精子和卵子受精后形成的受精卵不断分裂而来，正常睾丸里的精母细胞和卵巢里的卵母细胞都有染色体端粒的复制能力，无论分裂多少代都保留了端粒的原始结构¨Ｊ。

胚胎细胞染色体端粒仍然较完整的保留了性细胞端粒末端的结构，使胚胎创伤处的细胞增生迅速，随着胎龄的增长，细胞增生速度减慢形成类似于成人的瘢痕修复，推测与端粒结构在细胞分裂中逐渐缩短，失去原始末端结构有关。

１．２胚胎皮肤伤口细胞中的端粒酶端粒酶是一种能延长端粒末端并保持端粒长度的核糖【收稿日期】２００８—１１—２１；【修回日期】２００９—０３—１６【作者简介】陈伟（１９８１一），女，籍贯河北省承德市，硕士在读，研究方向为烧伤外科学。

十年（2014-2023）年高考真题分项汇编专题09 细胞的分化、衰老、凋亡及癌变〖2023年高考真题〗 (1)〖2022年高考真题〗 (3)〖2021年高考真题〗 (7)〖2020年高考真题〗 (10)〖2019年高考真题〗 (12)〖2018年高考真题〗 (13)〖2017年高考真题〗 (15)〖2016年高考真题〗 (16)〖2015年高考真题〗 (19)〖2014年高考真题〗 (22)〖2023年高考真题〗1．（2023·湖南·统考高考真题）基因Bax和Bd-2分别促进和抑制细胞凋亡。

研究人员利用siRNA干扰技术降低TRPM7基因表达，研究其对细胞凋亡的影响，结果如图所示。

下列叙述错误的是（）A．细胞衰老和细胞凋亡都受遗传信息的调控B．TRPM7基因可能通过抑制Bax基因的表达来抑制细胞凋亡C．TRPM7基因可能通过促进Bcl-2基因的表达来抑制细胞凋亡D．可通过特异性促进癌细胞中TRPM7基因的表达来治疗相关癌症【答案】D【详解】A、细胞衰老和细胞凋亡都是由基因控制的细胞正常的生命活动，都受遗传信息的调控，A正确；B、据题图可知，siRNA干扰TRPM7基因实验组的TRPM7基因表达量下降，Bax基因表达量增加，细胞凋亡率增加，由此可以得出，TRPM7基因可能通过抑制Bas基因的表达来抑制细胞凋亡，B正确；C、siRNA干扰TRPM7基因实验组细胞凋亡率高，Bcl-2基因表达量降低，而Bcl-2基因抑制细胞凋亡，故TRPM7基因可能通过促进Bel-2基因的表达来抑制细胞凋亡，C正确；D、由题图可知，siRNA干扰TRPM7基因实验组，Bax基因表达量增加，Bdl-2基因表达量减少，细胞凋亡率增加，所以可以通过抑制癌细胞中TRPM7基因表达来治疗相关癌症，D错误。

故选D。

2．（2023·湖南·统考高考真题）南极雌帝企鹅产蛋后，由雄帝企鹅负责孵蛋，孵蛋期间不进食。

胚胎发育中微型RNA与转录因子的调控机制在胚胎发育阶段中，微型RNA（microRNA）和转录因子（transcription factors）都具有非常重要的调控作用。

微型RNA是一种含有约20到25个核苷酸的小分子RNA，能够干扰靶RNA在翻译或降解过程中的表现。

在胚胎发育过程中，微型RNA能够调控特定的基因，从而控制胚胎的分化、增殖、凋亡等过程。

而转录因子则是一类能够结合到基因DNA序列上，启动或抑制基因转录的蛋白质，同样是胚胎发育中的关键因子。

本文将就这两种生物分子在胚胎发育中的作用机制展开探讨。

1. 胚胎发育的三个阶段及相应的微型RNA与转录因子胚胎发育大致可分为早期、中期和晚期三个阶段。

在胚胎发育的三个阶段中，不同的微型RNA和转录因子发挥着不同的作用。

在胚胎发育的早期阶段，微型RNA和转录因子对于胚胎的正常发育至关重要。

具体来说，早期阶段主要发挥的是维持干细胞状态的重要功能。

在这个阶段，微型RNA主要是负责胚胎细胞发育的初始和维持干细胞状态的稳定。

其中包括了一些常见的微型RNA，如miR-290和miR-294等。

与之相应的，转录因子包括了多种类型，如Oct4、Sox2、Nanog等。

这些因子在胚胎干细胞的分化、增殖、凋亡等方面起到了关键的作用。

在胚胎发育的中期阶段，胚胎的器官系统开始成形，器官的原始形态逐渐出现。

微型RNA和转录因子的作用更加明显，这里有几个典型的例子。

（1）miR-1在鼠胚胎形态发生中起到了重要的作用。

研究发现，miR-1在肌肉发育中扮演着关键的角色，负责调节肌肉细胞增殖、分化和成熟。

这些过程需要微型RNA与一些转录因子如MyoD和Myogenin等一起协作完成。

（2）miR-196 在胚胎中期阶段对神经纤维现象的出现起重要作用。

研究发现，miR-196通过调节某些转录因子的表达，然后最终影响神经纤维的生长及其靶蛋白的表达等。

另一方面，转录因子如Hoxa9和Hoxc8等能够与miR-196协同作用，从而控制胚胎中期的神经系统发育。

小鼠胚胎干细胞自我更新的信号调控机制在生命科学的广袤领域中，小鼠胚胎干细胞（Embryonic Stem Cells，ESCs）自我更新的信号调控机制一直是备受关注的研究热点。

这不仅对于深入理解胚胎发育的奥秘至关重要，还为再生医学和疾病治疗带来了无限的可能。

要明白小鼠胚胎干细胞的自我更新机制，首先得清楚什么是胚胎干细胞。

简单来说，胚胎干细胞是一种具有全能性的细胞，它们有潜力分化成身体内的各种细胞类型。

而自我更新，则指的是这些细胞在保持未分化状态的同时，能够不断地分裂增殖，产生更多的相同类型的胚胎干细胞。

那么，是什么在背后操控着这一神奇的过程呢？其中，一系列的信号通路起着关键的调控作用。

首先，LIF/STAT3 信号通路在小鼠胚胎干细胞的自我更新中扮演着重要角色。

LIF（Leukemia Inhibitory Factor，白血病抑制因子）与细胞表面的受体结合后，激活了 STAT3（Signal Transducer and Activator of Transcription 3，信号转导与转录激活因子 3）。

活化的 STAT3 进入细胞核，调控一系列与自我更新相关的基因的表达。

当 LIF 存在时，STAT3 被激活，促进胚胎干细胞的自我更新；而缺乏 LIF 时，STAT3活性降低，胚胎干细胞容易发生分化。

再者，BMP（Bone Morphogenetic Protein，骨形态发生蛋白）信号通路也对小鼠胚胎干细胞的自我更新有着重要影响。

BMP 与相应的受体结合后，通过一系列的信号转导，激活下游的 Smad 蛋白。

这些被激活的 Smad 蛋白会与其他转录因子相互作用，调节与自我更新和多能性相关的基因表达，从而维持胚胎干细胞的未分化状态。

除了上述两条主要的信号通路，还有其他一些因素也参与其中。

例如，Wnt 信号通路在小鼠胚胎干细胞的自我更新中也发挥了一定的作用。

当 Wnt 信号通路被激活时，它可以抑制胚胎干细胞的分化，促进其自我更新。

胚胎发育中干细胞分化的分子调控机制干细胞是一类具有自我更新和多向分化潜能的细胞，具有重要的生物学和临床研究价值。

胚胎干细胞（Embryonic Stem Cells, ESCs）是最早被发现的干细胞，其可分化为人体任何组织细胞类型，包括心脏、肝脏、肌肉等。

因此，ESC具有重要的研究和应用前景，例如组织工程、再生医学、药物发现等方面。

然而，ESC的分化和应用过程中尚面临着许多困难，其中之一是掌握ESC分化成各类细胞的分子机制，是当前干细胞领域的研究热点。

一、 ESC分化的阶段和特征ESC分化过程可分为前期和后期两个阶段。

前期干细胞可以分化成早期肠道、中胚层等，后期则可以分化成中胚层、内外胚层等。

在ESC分化的过程中，可通过细胞表型特征、基因表达和细胞功能等方面来识别和刻画不同的分化状态。

例如，早期的胚胎干细胞通常表达多种干细胞标志物，如Oct4、Sox2、Nanog等，同时不表达特定细胞标志物。

而在后期，不同类型的细胞已经出现了特异性标志物，如神经元标志物Tuj1和肌肉标志物Myosin。

二、 ESC分化成肌肉的分子机制ESC分化成肌肉细胞依赖于一系列关键的转录因子和信号通路的协同作用。

早期的胚胎干细胞分化为肌肉，通常经过三个转录因子暨信号途径（MyoD、Pax3和BMP）的激活和表达。

这些转录因子通过多种方式作用于胚肌层和其他外胚层细胞的基因，引发基因表达级联启动子，在其内部对细胞命运选择发挥作用。

下面将分析详细。

1. MyoD转录因子早期的MyoD表达是ESC分化为肌肉细胞的关键，MyoD作为肌肉转录因子家族的代表，主要参与调控胚肌层和侧板中的肌肉分化。

MyoD具有基因诱导和转录活性，其途径向未分化的胚肌层细胞注入肌肉特异性基因转录因子。

MyoD的表达可以诱导ARF（ARF）和MDM2的降解，从而刺激细胞周期前移，促进胚胎像早期发育。

2. Pax3转录因子Pax3是一种非常重要的肌肉分化相关基因，并已成为肌肉干细胞命运转变的标志物。

胚胎干细胞的分化与调控机制研究胚胎是人类生命的起源。

胚胎发育过程中，细胞分化和调控是非常重要的研究方向。

其中胚胎干细胞是研究的重点，它们可以分化为不同类型的细胞并在不同的组织和器官中完成特定的功能。

本文将介绍胚胎干细胞的分化和调控机制的研究进展。

一、胚胎干细胞的定义和特性胚胎干细胞是从早期胚胎中获取并保存的一种细胞。

它们具有两个重要的特性：1. 多能性：胚胎干细胞可以分化为三个胚层的所有类型组织，包括内胚层（胚球的内部）、外胚层（胚球的外部）和中胚层（内胚层和外胚层之间的区域）。

2. 自我更新：胚胎干细胞可以不断地分裂和自我更新，保持其未分化状态。

以上的两个特性使胚胎干细胞在分化和发育过程中扮演着重要的角色。

二、胚胎干细胞的分化胚胎干细胞能够分化为不同类型的细胞，这种分化过程成为细胞命运的决定。

细胞命运在很大程度上由细胞内的信号通路和外部环境因素共同调控。

最近的研究发现，细胞外基质对胚胎干细胞的分化也有很大的影响，这包括生长因子、细胞外基质成分和细胞间相互作用等。

胚胎干细胞的分化过程可以显式的调控，这导致胚胎干细胞的定向分化成为一个重要的研究方向。

在胚胎干细胞分化过程中，特定的基因表达活动被激活或抑制，这促进了不同类型细胞的分化。

一些基因表达动态的短周期、稳态和长周期的过程，已经成为研究分化过程的前沿。

这些基因的表达模式可以帮助人们理解细胞命运的决定和分化过程的调控。

三、胚胎干细胞的调控机制胚胎干细胞的分化是复杂的，它需要由多个信号通路和调控模块所组成的调控网络。

最近的研究表明，在这些调控模块中，转录因子、非编码RNA、表观遗传调控和染色质结构调控等因素起着至关重要的作用。

在不同的细胞命运的分化过程中，不同的调控因素主导着分化过程。

例如，在心脏和肌肉分化过程中，ARK5的活性和ERK通路的活性相互作用，控制核外ATP的浓度，增加峰值活性，促进心肌分化并抑制脂肪细胞投入。

这种调控方案可以促进心肌细胞的定向分化，并在胚胎发育过程中起到重要的作用。