项目名称：三维培养干细胞自我更新与定向分化的
调控网络
首席科学家：戴建武中国科学院遗传与发育生物学
研究所
起止年限：2011.1至2015.8
依托部门：中国科学院
二、预期目标
本项目的总体目标：
通过本项目的实施，建立干细胞三维培养和完善干细胞纳米示踪技术，解析干细胞自我更新与分化过程中遗传与表观遗传的调控网络，为干细胞的应用奠定基础。取得一批具有重大影响的科研成果，提高我国在干细胞研究领域的自主创新能力。
五年预期目标:
1．综合考虑多种因素，最大限度模拟体内环境，制备出适合干细胞生长分化的三维支架材料，建立三维培养多能干细胞和成体干细胞的自我更新和定向分化的研究体系。
2. 结合基因组、蛋白质组和磷酸蛋白质组分析结果探讨三维培养条件下干细胞自我更新和定向分化的分子和细胞机制，阐明在干细胞自我更新和定向分化中起关键调控作用的信号通路和信号网络、转录调控以及表观遗传调控网络。
3．通过模式动物体内干细胞维持与定向分化研究，发现并鉴定与神经干细胞的维持、分化相关的一些新基因，阐明其作用机制。明确体外三维培养的神经干细胞在体内的自我更新能力与分化潜能，并对其导入体内后的有效性、安全性进行评估。分析三维培养干细胞与体内干细胞维持与分化机制的异同，获得干细胞调控的真实信息。
4. 建立干细胞纳米示踪与成像新技术，包括制备出高生物相容性、高量子产率的量子点，建立量子点标记活细胞及亚细胞组分的方法，实现对三维培养干细胞以及活体干细胞的特异性标记，建立三维培养干细胞和活体干细胞的三维、非损伤性的纳米示踪与成像技术。
5．培养研究生30名。博士后10名。
6．在本领域发表论文30篇，其中影响因子5以上的15篇。
三、研究方案
1）学术思路：
干细胞的自我更新和定向分化是干细胞研究中的基本问题。在体内，干细胞的自我更新和分化是处于三维环境中，体外三维培养体系下细胞的行为学特性近似于体内细胞的特性。本项目将建立模拟体内环境的干细胞三维培养体系，并利用干细胞纳米标记与成像技术，研究三维培养干细胞自我更新和定向分化的调控网络。在体内研究中，以线虫和小鼠为模式动物，系统研究体内干细胞的维持、分化调控机制。
2）技术途径：
根据研究内容，本项目技术途径如图所示：
具体内容如下：
1）适合不同类型干细胞培养的三维胶原支架的构建
分离纯化胶原蛋白，制备三维胶原支架材料，检测其生物相容性，运用不同生产工艺使其具有适宜的硬度和孔隙结构，建立适合不同类型干细胞培养的三维
支架材料。
2）三维胶原支架材料的修饰、优化
在胶原支架材料的基础上，将微环境中调控干细胞自我更新和定向分化的其它细胞外基质成份、信号分子或支持细胞等因素通过不同的方法整合到胶原支架材料上，对三维胶原支架材料进行修饰优化，以最大限度的模拟体内干细胞自我更新和定向分化的环境。
3）干细胞三维培养体系的建立
干细胞选择多潜能干细胞（ES细胞和iPS细胞）和成体干细胞（神经干细胞、心肌干细胞、骨骼肌干细胞）。
（1）用纳米量子点-荧光标记结合活细胞成像技术记录和追踪经干细胞诱导分化的神经细胞在三维培养介质中的粘附、生长、迁移和运动等动态行为。
在亚细胞水平用活体成像技术观测参与调控细胞行为的细胞骨架(如actin 或 tubulin的荧光融合蛋白)及其他因子的动态变化。
（2）将不同干细胞接种于适宜的三维胶原支架材料，与二维培养体系相比较，利用芯片技术对二者基因表达情况进行比较，分析在三维培养条件下干细胞的基因表达情况，利用western blot等技术对关键因子的蛋白表达进行定量分析。综合利用细胞生物学和分子生物学的方法对两种培养体系下细胞的干细胞特性进行比较。
4）干细胞自我更新调控机制研究
（1）将干细胞接种于适宜的三维胶原支架材料，进行自我更新和定向分化研究。分离提取细胞RNA用Q-PCR检测干细胞及分化细胞标志蛋白以及调节干细胞定向分化的关键转录因子的表达，分离提取细胞总蛋白检测干细胞及分化细胞标志蛋白表达水平。用针对integrin等细胞表面标记以及细胞骨架蛋白的特异性抗体，通过免疫荧光染色比较二维和三维环境中干细胞及其定向分化细胞的细胞形态、粘附特性及运动特性。
（2）三维培养干细胞的发育潜能研究，在建立胚胎干细胞三维培养体系的基础上，探索三维培养胚胎干细胞的发育潜能，体外研究中重点探索三维胚胎干细胞向神经、心肌等细胞分化的能力及其调控机制，体内利用嵌合以及四倍体补偿等方法鉴定三维培养的胚胎干细胞体内发育潜能及细胞多能性。
（3）以生物化学方法检测三维培养环境中干细胞的自我更新和分化受外界信号调控的各种信号转导通路的动态变化，并与通过细胞生物学手段检测信号通路中各组分激活状态的亚细胞分布相结合，检测其下游靶基因的表达水平，以分析细胞中各种信号通路的整合情况，解析干细胞对于不同培养条件作出反应的分子基础。其中自我更新研究将以ES细胞和iPS细胞为主，探讨其以Oct4和Nanog为中心的干细胞自我更新的调控网络。
5）干细胞定向分化调控机制研究
（1）选择成体干细胞包括神经、心肌和成肌干细胞，将干细胞接种于三维支架材料上，检测比较二维和三维培养的神经、心肌和成肌干细胞分化过程中的细胞学特性，包括细胞形态变化、标志蛋白表达及细胞功能等。
将干细胞接种于适宜的三维胶原支架材料，进行定向分化研究。通过细胞形态观察及免疫荧光染色检测干细胞定向诱导分化后产生的细胞类型（针对神经干细胞分化产生的细胞类型将分别用神经元、星形胶质细胞及寡树突细胞标志蛋白的特异抗体（神经元TuJ1及MAP2，星形胶质细胞GFAP，寡树突细胞OSP）作免疫荧光染色, 针对人胚胎干细胞分化产生的心肌细胞类型将分别用α-肌浆球蛋白重链（α-MHC）、肌钙蛋白C、心房利钠肽（ANP）等标志蛋白的特异抗体作免疫荧光染色,骨骼肌标志蛋白MHC和Caveolin-3）。例如肌原代成肌细胞或肌源性细胞系C2C12细胞在增殖阶段的培养条件为含10%胎牛血清的DMEM培养基，诱导分化的培养条件为含2%马血清的DMEM培养基，一般5～6天细胞可以分化成肌管。针对成肌干细胞分化产生的骨骼肌细胞将分别用骨骼肌标志蛋白MHC和Caveolin-3作免疫荧光染色。分离提取细胞RNA用Q-PCR检测干细胞及分化细胞标志蛋白以及调节干细胞分化的关键转录因子的表达，分离提取细胞总蛋白检测干细胞及分化细胞标志蛋白表达水平。检测并比较二维和三维培养的神经、心肌和成肌干细胞在分化过程中亚细胞结构水平的变化，用针对integrin等细胞表面标记以及细胞骨架蛋白的特异性抗体，通过免疫荧光染色比较二维和三维环境中干细胞及其定向分化细胞的细胞形态、粘附特性及运动特性。通过与课题组四合作，用纳米量子点-荧光标记结合活细胞成像技术记录和追踪经干细胞诱导分化的神经细胞在三维培养介质中的粘附、生长、迁移和运
动等动态行为。在亚细胞水平用活体成像技术观测参与调控细胞行为的细胞骨架(如actin或tubulin的荧光融合蛋白)及其他因子的动态变化。
（2）运用生化方法检测并比较二维和三维培养的干细胞分化过程中受外界信号因子诱导产生的细胞内信号通路的动态变化，并与通过细胞生物学手段检测信号通路中各组分激活状态的亚细胞分布相结合，并检测其下游靶基因的表达水平，分析它们各自信号转导途径整合的特性，解析干细胞对于不同培养条件作出反应的分子基础。其中神经细胞的研究将以Erk及mTOR信号通路为主，肌细胞的研究将以PI3K/AKT/GSK3β信号通路为主。
此外，我们已发现哺乳动物雷帕霉素靶蛋白 (mTOR) 通过STAT3-p63- Jagged-Notch 级联调控细胞维持细胞增殖和分化之间的平衡。功能低下或高度活化的mTOR信号通过影响Notch信号抑制细胞分化。因此计划探讨三维培养条件下干细胞定向分化的分子和细胞机制，阐明在干细胞定向分化中mTOR信号传导通路是否起关键调控作用。研究方案如下：
分离选择小鼠条件性 mTOR、 PTEN或Tsc1基因敲除 (mTOR活化) 的成体干细胞包括神经和成肌干细胞，将干细胞接种于三维支架材料上，然后将TAT-NLS-Cre融合蛋白质加入细胞培养液，融合蛋白质将会被细胞摄取、入核，敲除mTOR基因或Tsc1基因，从而下调或上调mTOR通路的活性，然后检测比较二维和三维培养的神经、心肌和成肌干细胞分化过程中的细胞学特性，包括细胞形态变化、标志蛋白表达及细胞功能等。还可让这些小鼠与组织特异性 CRE 表达小鼠交配，在小鼠体内敲除mTOR、 PTEN或Tsc1，以明确mTOR在干细胞的定向分化中的作用。
小鼠条件性敲除胚胎干细胞 (loxp-mTOR-loxp) 已从欧洲条件性基因敲除小鼠项目（European Conditional Mouse Mutagenesis program）得到，将培育loxp-mTOR-loxp转基因小鼠，为条件性敲除mTOR小鼠做准备。已有条件性Pten或Tsc1基因敲除小鼠和神经、肌肉CRE表达小鼠。
（3）鉴定人胚胎干细胞向心肌前体细胞分化过程中起关键作用的转录因子网络和关键调节通路
表达KDR的细胞是心肌细胞的前提细胞。利用我们现有的心肌分化培养体系，将人胚胎干细胞在三维条件下分化成心肌细胞，并在相应的时间点，利用流式细胞分离仪分离取得KDR表达的心肌前体细胞和非表达细胞，然
后再利用microarray 或深度测序技术获取这二类细胞的基因表达数据，并通过二者之间和与为分化的胚胎干细胞表达谱对比，找到在这一分化过程中上调和下调的前500个基因，并通过UCSC mm8得到这些基因的启动子序列，最后利用CREAD package 的Motifclass来发现出现在这些启动子中的具有代表性的（按出现频率划分）转录因子DNA结合位点。通过这些转录因子DNA结合位点来找到调节这一细胞分化过程的转录因子网络。最后，利用可诱导的基因表达系统在胚胎干细胞中验证这些转录因子在心肌分化中的功能。
6）三维培养干细胞自我更新和定向分化的表观调控网络研究
（1）系统定量地分析在二维和三维培养条件下未分化干细胞和经诱导分化细胞之间的总蛋白质组和重要的蛋白质修饰（包括磷酸化、乙酰化和泛素化）的差异，从而找出在三维培养条件下控制干细胞自我更新与定向分化的特异性的调控网络。研究方案包括下图所示七个步骤：
①从三维和二维培养条件下未分化的干细胞和经诱导分化的细胞制备蛋白
质样品。这样一共有四个样品，分别标记为三维未分化，三维分化，二维分化，二维未分化。
②从每个样品中分出等量的蛋白样品进行胰蛋白酶（Trypsin) 酶解，产生多
肽混合物。
③利用商业化的iTraq试剂，分别标记以上四个不同的样品。iTraq试剂有四
个不同的标记物。这四个标记物在MS/MS图谱上所显示的峰其质量/电荷比分别为113，114，115，116。如果某一个多肽在四个样品中都存在，那么这个多肽就会被这四个标记物分别标记上。将这四个标记过的样品等量混合并进行LC-MS/MS分析，根据这四个标记物在MS/MS图谱上特异峰的信号强度，我们就可以对这个多肽在四个样品中的相对含量进行定量。
④对于总蛋白质组的分析，我们从每个标记的样品中取等量的样品加以混合。让后利用多维的液相层析和质谱联用的技术（LC-MS/MS), 同时对四个样品中的蛋白进行鉴定和定量。
⑤对于磷酸蛋白质组的分析，我们从第三步标记好的四个样品中分别拿出等量样品并合并，然后先后用固定化金属离子亲和层析法(IMAC)和二氧化钛(TiO2)亲和层析法富集不同的磷酸肽亚群(Bodenmiller et al., 2007)，并将收集到的磷酸肽合并到一起。同样，对与乙酰化和泛素化，我们将分别利用已发表的免疫沉降法和亲和层析法对被修饰的多肽进行富集。
⑥利用多维LC-MS/MS进行蛋白质修饰位点的鉴定和定量。我们将利用最先进的带有ETD功能的LTQ-Orbitrap-Velos质谱仪来分析这些样品。这个质谱仪是目前世界上进行大规模蛋白质组研究的最好的仪器，具有高灵敏
度，高分辨率，以及高精确度的特点。同时，附加的ETD（Electron Transfer Dissociation）功能是专门用来分析蛋白质修饰的。我们可以利用ETD方法和传统的CID(Collision Induced Dissociation)方法来进行蛋白质修饰位点的分析，以求获得更高的位点鉴定覆盖率。
⑦利用生物信息学和计算生物学的方法对产生的蛋白质组和蛋白质修饰
数据进行信号通路和网络的分析，找出与干细胞自我更新或定向分化相关的调控通路或网络。同时，我们将会找出一些与干细胞更新与定向分化特异相关的蛋白和修饰位点，进行进一步的功能研究。
（2）利用microRNA芯片进行高通量筛选。确定microRNA在三维干细胞自我更新和定向分化过程中的调控网络，具体途径如下：
①非编码RNA序列的筛选和生物信息学分析
获得二维和三维培养状态下的干细胞，提取细胞RNA，利用microRNA 芯片进行高通量筛选。通过生物信息学分析，对非编码RNA进行功能分类、确认可能的新类别非编码RNA；分析非编码RNA的基因组定位、寻找可能的非编码RNA特异的上游调控元件。
②报告基因系统确定非编码RNA基因的转录调控元件和转录调控因子
通过生物信息学方法分析非编码RNA基因的上游调控元件，进一步分析其中可能的转录调控因子结合位点，针对不同的转录调控因子结合位点构建缺失或点突变的报告基因（Luciferase）重组质粒，确定影响非编码RNA基因表达的转录调控因子及结合序列。
③非编码RNA对干细胞自我更新、分化的影响
分别构建正义和反义非编码RNA重组质粒，转染神经干细胞或肌肉干细胞，观察超表达或Knockdown特定非编码RNA对其生物学功能的影响。进一步采用Northern和Western方法检测细胞增殖分化相关的标志基因（proliferation or differentiation marker）的表达情况，分析非编码RNA 的功能。
7）模式动物体内干细胞维持分化与功能研究
将从基因、蛋白质、细胞与组织以及活体动物水平研究体内干细胞自我更新与分化。具体途径如下：
（1）基因水平的研究：全基因组RNAi筛选和化学诱变，基因定位、克隆
找到细胞分化调控因子。
（2）蛋白质水平的研究：利用双向电泳、质谱、显微注射、酵母双杂交和免疫共沉淀等技术研究蛋白质功能及蛋白质间的相互作用。
（3）细胞与组织水平的研究：利用建立的各种细胞和组织培养模型和流式细胞分离、激光共聚焦成像、显微注射、RNA干扰和过表达等技术，深入研究基因/蛋白质的功能及调控网络。
（4）活体动物研究：利用转基因疾病动物模型、干细胞移植等技术研究体内神经干细胞的自我更新与定向分化。
8）干细胞的纳米示踪与成像技术研究
将以高量子效率、高生物相容性量子点的制备为基础，通过对量子点的特异性修饰，实现对干细胞的特异性标记，利用荧光成像技术和核磁共振成像手段，对三维培养的干细胞和活体干细胞进行三维示踪成像。
具体研究途径如下：
（1）纳米粒子的制备研究：
a. 高量子效率、高生物相容性量子点：对目前实验室已有的量子点合成技术进行改进，使量子点在光稳定性、化学稳定性、低毒性、荧光量子产率、荧光半峰全宽等各个参数上满足后续应用的需要。选取恰当的配体，对量子点表面进行功能化修饰，提高其生物相容性。
b. 采用高温分解铁前驱体的方法合成磁性纳米粒子，通过优化前驱体浓度、回流时间、加热速率等反应条件，借助晶种生长法来控制粒径的大小。选用合适的铁前驱体和过渡金属前驱体进行热解，控制磁性纳米粒子的化学组成。通过表面配体置换对纳米粒子表面进行改性和修饰。
（2）量子点的特异性修饰：结合其它子课题的研究需求，利用特异性的识别分子对量子点、磁性颗粒通过共价或非共价的方式进行修饰，实现对细胞及其亚结构组分的特异性标记。
（3）活体干细胞的标记：将近红外量子点或磁性纳米粒子标记的干细胞在体外进行标记，然后导入小鼠体内，利用荧光信号或核磁信号对干细胞在小鼠体内的行为进行示踪。
（4）纳米示踪与成像：
a. 通过量子点和生物分子标记对象的双色荧光共定位成像，可以在单分子水平研究近红外量子点对干细胞结构的特异性标记技术。
b. 采用共聚焦扫描技术实现干细胞三维成像与示踪。根据红外量子点的激发与发射波长的特点，选用合适波长的激光光源构建共聚焦荧光显微系统，可以有效降低本底信号强度，实现较高成像精度的三维红外荧光成像，满足对不同生长环境下干细胞的亚细胞结构对比研究。
c. 近红外光具有较大的组织穿透深度，利用近红外量子点构建活体荧光成像系统，可以在小动物尺度对干细胞的维持和分化进行示踪成像。
d. 直接将磁性纳米粒子标记的神经干细胞注射到包裹小鼠纹状体的脑室侧壁神经干细胞的niche区，将小鼠于不同时间点置入11.7T磁共振微成像仪中，分别采用自旋回波和梯度回波两种对铁敏感性不同的磁共振影像方法，设计优化脉冲系列，对小鼠脑部进行扫描，针对移植部位进行图像采集，研究外源性神经干细胞在体内的增殖、迁移、分化等。以磁共振影像技术作为核心技术，对比研究三维培养与二维培养干细胞在体内维持分化与功能的差异，支撑课题1、2、3的相关研究。
3) 创新点与特色：
（1）三维培养体系中细胞的行为学特性更近似于体内细胞的环境。本项目模拟体内干细胞自我更新和定向分化的三维环境，建立干细胞的三维培养分化体系，在此基础上对干细胞自我更新和定向分化的调控网络进行研究。这是本项目重要创新点。
（2）活体细胞纳米示踪与成像技术作为生物医学研究的基本手段在干细胞的自我更新与分化的体内外研究中发挥着日益重要的作用。纳米标记与成像技术作为非损伤性的新型标记技术将获得传统二维细胞研究技术难以摄取的信息。
（3）系统定量地分析在二维和三维培养条件下干细胞自我更新和定向分化过程中蛋白质组和磷酸蛋白质组的差异，找出更接近体内环境中干细胞自我更新与分化的调控网络。
（4）本项目既有体外三维培养干细胞自我更新和分化的研究，又有模式动物体内干细胞自我更新和分化的研究，可以验证三维培养体系与体内环境的相似性。
4）可行性分析：
（1）项目申请人主持了2006-2010年国家重大科学研究计划中“调控干细胞自我更新能力的分子网络研究”的项目，项目组对干细胞的自我更新和定向分化及其调控网络进行了较为深入的研究，取得了一些重要的研究结果，丰富和发展了以Oct4和Nanog等转录因子为核心的干细胞自我更新的调控网络。这些工作为进一步在三维培养条件下研究干细胞自我更新的调控机制奠定了基础。
（2）项目组成员在三维培养体系建立、干细胞定向分化研究、定量蛋白质组学、细胞迁移与粘附、纳米示踪与成像技术等研究以及模式动物实验体系建立等方面已有较好的积累（详见研究基础）。
（3）参加本项目的课题组来自中国科学院遗传与发育生物学研究所、中国科学院动物研究所、中国科学院生物物理所、中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所、中国医学科学院基础医学研究所、大连医科大学，课题组依托单位和重点实验室都具备先进的实验条件，为该项目的实施提供了充分必要的条件。
（4）本项目所设置的四个课题组的研究内容相互联系，研究成员之间已经建立了紧密的协作关系。
（5）项目申请人戴建武研究员是中国科学院“百人计划”入选者、国家杰出青年基金获得者、国家重大科学研究计划“调控干细胞自我更新能力的分子网络研究”（2006-2010）项目首席科学家，为本项目的运行积累了组织和协调经验。项目课题负责人均为相关研究领域的优秀学科带头人。学术骨干队伍由精力充沛的优秀青年科研人员组成。
5）课题设置
本项目利用细胞示踪和成像技术，研究三维培养干细胞和体内干细胞自我更新与定向分化的调控机理。本项目设置四个课题：
课题1 干细胞三维培养与自我更新调控网络的研究
课题2 三维培养干细胞的定向分化调控网络研究
课题3 干细胞体内维持分化与功能研究
课题4 干细胞的纳米示踪与成像技术
四个课题相互独立又相互联系，其中课题4建立的纳米示踪与成像技术在课题1、课题2、课题3的研究过程中均会得到应用。课题1和课题2的研究为体
外研究，其分别研究三维培养干细胞的自我更新和定向分化调控。自我更新和定向分化的调控机制既相互区别又相互联系。课题3为模式动物体内干细胞自我更新与定向分化研究，其体内的研究结果可与课题1、课题2体外干细胞自我更新和定向分化的研究结果相互验证。
课题1：干细胞三维培养与自我更新调控网络的研究
研究目标：
制备出适合干细胞生长分化的三维胶原支架材料；建立多潜能干细胞和成体干细胞的三维培养体系，阐释三维培养条件下胚胎干细胞的发育潜能与自我更新的分子机制；结合蛋白质组和磷酸蛋白质组以及microRNA分析结果探讨三维培养条件下干细胞自我更新表观调控机制，阐明在干细胞自我更新起关键调控作用的表观遗传网络。
研究内容：
1）适合不同类型干细胞培养的三维支架的构建
分离纯化胶原蛋白，制备不同类型的三维支架材料，使其具有良好的生物相容性，适宜的硬度和孔隙结构，建立适合不同类型干细胞培养的三维胶原支架材料。
2）三维胶原支架材料的修饰、优化
在胶原支架材料的基础上，将微环境中调控干细胞自我更新和分化的其它细胞外基质成份、信号分子或支持细胞等因素整合到胶原支架材料上，对三维胶原支架材料进行修饰优化，以最大限度的模拟体内干细胞自我更新和分化的环境。3）干细胞三维培养体系的建立
干细胞选择多潜能干细胞ES细胞和iPS细胞，将干细胞接种于三维支架材料上，检测并比较二维和三维培养的干细胞细胞学特性，包括细胞形态变化、标志蛋白表达能等。检测并比较二维和三维培养的干细胞在生长和分化过程中的亚细胞结构水平的变化。
4）三维培养胚胎干细胞发育潜能研究
在建立胚胎干细胞三维培养体系的基础上，探索三维培养胚胎干细胞的发育潜能。利用嵌合以及四倍体补偿等方法鉴定三维培养胚胎干细胞体内发育潜能及细胞多能性，并与二维培养体系下干细胞的发育潜能相比较。
5）三维培养干细胞的自我更新研究
建立ES细胞和iPS细胞三维培养体系基础上，研究调控细胞多能性的这些因子之间的调控网络，解析其如何相互协同共同控制多能性细胞的不分化状态。
6）三维培养干细胞自我更新的表观遗传调控网络
用基因组学及蛋白质组学方法检测并比较二维和三维培养的干细胞在在自我更新过程中的表观遗传学变化，包括蛋白质组和磷酸蛋白质组、非编码RNA 表达谱等。
承担单位：中国科学院遗传与发育生物学研究所
中国科学院动物研究所
大连医科大学
课题负责人：戴建武
学术骨干：汪迎春、刘蕾、丁文勇、林琳、田余祥
经费比例：34%
课题2：三维培养干细胞的定向分化调控网络研究
研究目标：
综合运用细胞生物学、生物化学、材料科学及系统生物学研究方法，检测三维培养中干细胞自我更新和分化状态的各项指标，以建立一套完善有效的干细胞三维培养的评价体系。结合蛋白质组和磷酸蛋白质组分析结果探讨三维培养条件下干细胞定向分化的分子和细胞机制，阐明在干细胞定向分化中起关键调控作用的信号通路和信号网络及表观遗传网络。
研究内容：
1）选择成体干细胞包括神经、心肌和成肌干细胞，将干细胞接种于三维支架材料上，检测比较二维和三维培养的神经、心肌和成肌干细胞分化过程中的细胞学特性，包括细胞形态变化、标志蛋白表达及细胞功能等。检测并比较二维和三维培养的神经、心肌和成肌干细胞在分化过程中亚细胞结构水平的变化，包括用免疫染色及活细胞成像技术等观测细胞粘附特性及细胞骨架结构、细胞迁移和运动特性等。
2）运用生化方法检测并比较二维和三维培养的干细胞分化过程中受外界信号因子诱导产生的细胞内信号通路的动态变化，分析它们各自信号转导途径整合的特性。
3）用基因组学及蛋白质组学方法检测并比较二维和三维培养的干细胞在生
长和分化过程中的表观遗传学变化，包括蛋白质组和磷酸蛋白质组、microRNA 表达谱等。
4）利用已建立的人胚胎干细胞向心肌分化的体外培养模型,在三维培养条件下利用基因芯片或深度测序的方法取得基因表达谱，进行生物信息学分析，构建三维条件下心肌分化的转录因子网络。
承担单位：中国科学院遗传与发育生物学研究所
中国医学科学院基础医学研究所
中国科学院生物物理研究所
课题负责人：刘佳佳
学术骨干：马跃、张宏冰、张蕾、杨艳蕊
经费比例：31%
课题3：干细胞体内维持分化与功能研究
研究目标：
通过模式动物体内干细胞自我更新与分化研究，发现并鉴定与神经干细胞的维持、分化相关的一些新基因，阐明其作用机制。明确三维培养的神经干细胞在体内的自我更新能力与分化潜能，并对其导入体内后的有效性、安全性进行评估。分析三维培养干细胞与体内干细胞维持与分化机制的异同，获得干细胞调控的真实信息。
研究内容：
1）线虫内源神经干细胞维持与分化的关键因子
首先建立线虫神经干细胞体内观察体系，利用线虫容易进行大规模筛选的特性，进行全基因组RNAi筛选和化学诱变。然后通过内源启动子融合荧光实验，探明相应调控因子的组织表达谱。运用细胞自主性拯救实验探明该因子调控内源神经干细胞维持与分化的分子机制。
2）同源干细胞分化调控因子在哺乳动物干细胞分化中的作用
研究哺乳动物中相对应的同源干细胞分化调控因子，利用RNAi和基因敲除技术研究这些调控因子如何影响哺乳动物干细胞的维持与分化。
3）三维培养神经干细胞在小鼠纹状体区的维持、分化与神经回路的重建
将使用近红外量子点和磁性纳米颗粒对三维培养的神经干细胞在体外进行标记。经纳米材料示踪标记的神经干细胞将通过立体定位的方法直接注入到包裹小鼠纹状体的脑室侧壁，即神经干细胞的niche区。在细胞导入后不同时间分别使用增殖细胞、神经前体细胞、分化细胞、成熟神经元、神经突触等特异的分子标记，系统地检测外源神经干细胞在体内的维持、分化行为以及功能回路的建立。同时使用核磁共振活体成像技术，对干细胞移植动物后进行三维、非破坏性纳米技术示踪以分析外源神经干细胞在体内的增殖、定位、迁移、分化等。
4) 外源神经干细胞参与神经功能的恢复
使用神经退行性疾病模型小鼠—舞蹈病模型小鼠作为外源神经干细胞的受体。干细胞移植后通过检测舞蹈病模型小鼠的运动协调能力可以直接从功能上评估外源干细胞参与神经组织修复的能力。
承担单位：中国科学院动物研究所
中国科学院遗传与发育生物学研究所
课题负责人：唐铁山
学术骨干：丁梅、关丽英、李夏、陈倩
经费比例：18%
课题4：干细胞的纳米示踪与成像技术
研究目标：
建立干细胞纳米示踪与成像新技术，包括制备出高生物相容性、高量子产率的量子点，建立量子点标记活细胞及亚细胞组分的方法，实现对三维培养干细胞以及活体干细胞的特异性标记，建立三维培养干细胞和活体干细胞的三维、非损伤性的纳米示踪与成像技术。
研究内容：
1）高量子效率、高生物相容性量子点的制备
（1）高量子效率、高生物相容性量子点的制备：在我们已有工作的基础上，进一步改进量子点合成技术，开发高量子效率的、荧光范围从可见光区到近红外光区的量子点，并提高量子点的生物相容性，满足三维培养的干细胞和活体干细胞标记和成像。
（2）高生物相容性和高弛豫率磁性纳米颗粒的制备：通过控制纳米粒的粒径、化学成分以及表面性质使其具有良好的弛豫性能和生物相容性。
2）三维培养干细胞的特异性标记：与课题1和2进行合作，针对三维培养的干细胞及其亚细胞结构，分别用相应的识别分子（如抗体、适配体、信号肽等）对量子点进行特异性修饰，对细胞骨架组分、细胞因子（如Wnt、FGF、BMP、Notch和TGF-β等）及相关受体、细胞内信号通路中蛋白质磷酸化相关蛋白、非编码RNA进行特异性标记。
3）活体干细胞的特异性标记：用近红外量子点或磁性纳米粒子对三维培养的干细胞在体外进行标记，采用立体定位注射的方法导入小鼠体内，利用近红外量子点的荧光信号或磁性纳米粒子的核磁信号对活体内的干细胞进行定位与跟踪，为研究其在体内生理环境下的增殖与分化机制提供证据。
4）三维培养干细胞的近红外荧光成像技术：利用单分子/单量子点荧光共定位技术，研究修饰后的近红外量子点对细胞骨架组分、细胞因子等的特异性标记性能。针对红外量子点的激发与发射光谱特性，研究适合近红外成像的激光共聚焦显微技术；研究近红外量子点在三维培养干细胞中的示踪技术，发展基于荧光成像的二维、三维培养干细胞分化过程定量分析手段。
5）活体干细胞的三维、非损伤性示踪技术：研究近红外光在活体干细胞中的散射与吸收性质，开发利用近红外量子点标记的活体动物荧光成像系统；并且利用活体动物荧光成像系统，对移植体内的近红外量子点标记的干细胞进行三维示踪；结合纳米磁性粒子造影技术，通过核磁共振成像对磁性纳米粒子标记的干细胞在活体内的维持和分化进行成像示踪。
承担单位：中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所
课题负责人：王强斌
学术骨干：邓宗武、吴东岷、李晓然
经费比例：17%
四、年度计划
干细胞分化调控机制研究的新进展 柳翠华 药营11302班 摘要：干细胞具有自我更新和多向分化潜能，使之成为再生医学、组织工程和创伤修复等研究领域的热点。明确干细胞分化调控机制是干细胞应用的重要前提和理论基础，现对近期干细胞分化调控研究进展作一综述，包括胚胎干细胞分化调控机制研究，成体干细胞分化调控机制的研究领域的新进展。 关键词：干细胞调控转录细胞分化 干细胞分类 干细胞理论上具有无限分裂能力，在特定条件下，可分化成特定组织。 如下图所示： 全能性干细胞多能性 干细胞 造血干 细胞 特定功能性 干细胞 红细胞，白细胞，血小板 神经干细胞，皮肤干细胞，胰脏， 心脏等器官或组织之干细胞 淋巴细胞和淋巴杀伤细胞（LK）
干细胞按其分化潜能的大小，可分为３型：全能干细胞，具有分化为几乎所有组织和器官的能力；多能干细胞，具有分化出多种组织和器官的潜能；专能干细胞。 根据干细胞分化阶段的不同，大致分为胚胎干细胞（ｅｍｂｒｙｏｎｉ
ｃｓｔｅｍｃｅｌｌ，ＥＳＣ）和成体干细胞（ａｄｕｌｔｓｔｅｍｃｅｌｌ，ＡＳＣ）。胚胎干细胞主要包括受精卵分裂发育成囊胚时内层细胞团，以及从早期胎儿生殖嵴分离得到的胚胎生殖嵴细胞，这两种细胞均具有全能性，可分化为各种类型的体细胞，甚至可独立地产生完整的机体。成体干细胞存在于成人的各种组织中，参与组织更新、创伤修复等过程。它能进行“横向分化”（或称其为“可塑性”），即由一种组织的成体干细胞分化成其它组织细胞。目前研究较多的成体干细胞有：神经干细胞（ＮＳＣ）、造血干细胞（ＨＳＣ）、间充质干细胞（ＭＳＣ）、表皮干细胞、肝干细胞、胰腺干细胞、心肌干细胞、视网膜干细胞、角膜干细胞等。 一.胚胎干细胞分化调控机制研究 1.胚胎干细胞（ＥＳ细胞）诱导分化的研究 ＥＳ细胞分化的实质是胚胎发育过程中特异蛋白质的合成。而任何特异蛋白质都是由它相对应的特异基因所决定，细胞分化可归结为基因组中的特定基因按一定顺序相继活化和表达［１］。ＥＳ细胞能够在机体外保持未分化状态是因为有分化抑制因子的存在，如ＬＩＦ、ＤＩＡ等。在缺乏分化抑制因子的条件下，ＥＳ细胞分化为各种细胞。 ＥＳ细胞定向诱导分化的途径可概括为三种：细胞／生长因子诱导法、转基因诱导法及细胞共培养法。 细胞／生长因子诱导ＥＳ细胞分化法主要的因子包括：维甲酸（ＲＡ）、骨形态发生蛋白（ＢＭＰｓ）、成纤维细胞生长因子（ＦＧＦｓ）等。ＲＡ是一种强烈的神经分化诱导剂，它主要通过细胞表面受体ＲＡ受体起作用。ＲＡ受体有两类：ＲＡＲｓ和ＲＸＲｓ，但具体通过那种受体起作用尚不清楚。Ｗｉｌｓｏｎ等［２］证实，ＦＧＦ信号可以通过抑制ＢＭＰｓ表达，从而促进胚胎发育产生神经细胞，Ｘｕ等［３］研究证明ＢＭＰ－４可以诱导人ＥＳ细胞分化。越来越多的研究证明多种细胞因子共同作用促进ＥＳ细胞定向诱导分化的效率更高，只要在应用这些因子组合时确保它们的诱导分化方向一致。 转基因诱导ＥＳ细胞分化法：利用某种合适的病毒作为载体将需要的细
Hedgehog信号对骨髓间充质干细胞成软骨细胞分化的调控 软骨内成骨是骨髓间充质干细胞主要成骨方式，其主要通过软骨的形成与退化、骨组织逐渐替代软骨组织等方式成骨。而Hh信号转导通路的异常激活与多种骨关节软骨慢性退行性疾病相关。骨髓间充质干细胞成软骨分化虽然各信号通路都可以单独起作用，但是其是一个复杂的过程，共同发挥调控作用更为重要，本文主要对Hh信号对骨髓间充质干细胞成软骨细胞分化的调控进行了分析。 Hedgehog（Hh）基因编码的蛋白质前体金疯子内裂解、脂质化等形成含有N末端和C末端的多聚体，包括Sonic hedgehog、Indian hedgehog、Desert hedgehog 三种同源基因，其中N末端具有传递信号的功能。在细胞膜上，Hh信号转导通路的手提为Smoothened和Patched，其中前者是信号通路激活所必需的受体之一，为特殊的7次跨膜蛋白；后者对信号通路起负性调节作用，为12次跨膜蛋白。Hh配体形成后可作用于相应细胞膜受体。如果没有配体存在，前者转录激活因子Gli蛋白，通过结合后者来抑制其活性，并与微管结合蛋白形成复合体并附着在微管上无法进入细胞核，最终Gli被蛋白酶分解，逐渐被蛋白激酶A磷酸化。分解的产物可抑制细胞核中Hh靶基因的转录，是一种转录抑制因子。当存在编码Hh配体，Hh解除其对Smo的抑制，配体会与Ptc受体结合，释放的Smo与Cos2、Fu结合形成复合物，从而抑制Gli的分解，抑制PKA活性，能够激活相应的Hh靶基因，使完整的Gli进入细胞核。 一、Hedgehog信号与骨髓间充质干细胞成软骨组织分化和发育 1.Indian hedgehog（Ihh）调控软骨细胞分化 根据相关研究发现，软骨细胞肥大化是软骨内骨化过程中的关键步骤，Ihh 在BMSC增殖和成软骨分化过程中，具有调控作用，通过甲状旁腺激素相关蛋白途径，能够调节软骨细胞分化，通过与PTHrP形成负反馈轴来影响软骨分化，PTHrP再作用于效应细胞膜受体甲状旁腺激素受体，从而使其保持增殖状态，抑制局部区域内软骨细胞持续肥大。并且，为了使BMSC向成软骨细胞分化，通过PKA途径负向调控Ihh表达，抑制其肥大老化。软骨细胞在PTHrP合成降到一定水平时，会停止增生并肥大化。缺乏Ihh时，会进一步促进软骨细胞肥大老化。根据相关研究发现，Ihh还进一步参与了滑膜关节软骨的形成及维持。但是在含PTHrP-/-个体的软骨组织中，当Hh特异性抑制剂环靶明存在时，可以延迟软骨细胞肥大。由此可见，Ihh其具体调控机制尚未阐明，可能不依赖PTHrP途径来促进软骨细胞肥大。在软骨内成骨不同时期中，Ihh通过不同途径来维持骨稳定生长，调控软骨细胞的分化发育。 2.Sonic hedgehog（Shh）调控软骨细胞分化 在调节软骨细胞分化过程中，Shh能够促进胚胎时期肌体和脊髓中的BMSC 向软骨细胞分化，发挥着与Ihh不同的作用。根据相关研究发现，通过骨形态，前体节中胚层Shh发生蛋白信号转导通路，能够调控软骨细胞分化与增值，使
简述干细胞的形态特征及其研究进展 干细胞是一类具有自我复制能力的原始的未分化细胞，是形成哺乳类各组织器官的原始的多潜能的细胞。在一定条件下，它可以分化成多种功能细胞。干细胞在形态上具有共性，通常呈圆形或椭圆形，细胞体积小，核相对较大，细胞核多为常染色质，并具有较高的端粒酶活性。根据它所处的发育阶段可以分为胚胎干细胞和成体干细胞。 胚胎干细胞的发育等级较高，是全能干细胞，而成体干细胞的发育等级较低，是多能干细胞或单能干细胞。干细胞的发育受多种内在机制和微环境因素的影响。目前人类胚胎干细胞已可成功地在体外培养。 干细胞的形态特征： 干细胞具有自我更新复制的能力，能够产生高度分化的功能细胞。 1 胚胎干细胞：胚胎干细胞当受精卵分裂发育成囊胚时，内层细胞团的 细胞即为胚胎干细胞。具有全能性，可以自我更新并具有分化为体内所有组织的能力。进一步说，胚胎干细胞是一种高度未分化细胞。它具有发育的全能性，能分化出成体动物的所有组织和器官，包括生殖细胞。 2 成体干细胞：成年动物的许多组织和器官，比如表皮和造血系统，具 有修复和再生的能力。成体干细胞在其中起着关键的作用。在特定条件下，成体干细胞或者产生新的干细胞，或者按一定的程序分化，形成新的功能细胞，从而使组织和器官保持生长和衰退的动态平衡。 3 造血干细胞：造血干细胞是体内各种血细胞的唯一来源，它主要存在 于骨髓、外周血、脐带血中。造血干细胞的移植是治疗血液系统疾病、先天性遗传疾病以及多发性和转移性恶性肿瘤疾病的最有效方法。 4 神经干细胞:理论上讲，任何一种中枢神经系统疾病都可归结为神经 干细胞功能的紊乱。脑和脊髓由于血脑屏障的存在使之在干细胞移植到中枢神经系统后不会产生免疫排斥反应。除此之外，神经干细胞的功能还可延伸到药物检测方面，对判断药物有效性、毒性有一定的作用。 5 肌肉干细胞:可发育分化为成肌细胞，可互相融合成为多核的肌纤维，形成骨骼肌最基本的结构。
精原干细胞的分离、纯化和初步鉴定 薛振华1刘国世1，2史建民1王梁1田秀芝1王永彬1 侯保民3田见晖1，2曾申明1，2朱士恩1，2 （1. 中国农业大学动物科学技术学院，北京 100094； 2. 农业生物技术国家重点实验室，北京 100094； 3. 内蒙古兴安盟科右中旗草原工作站，内蒙古巴彦胡舒 029400） 摘要对达兰仔猪睾丸精原细胞及精原干细胞进行了体外分离、纯化和初步鉴定。对8 d达兰仔猪的睾丸实质组织，采用Ⅳ型胶原酶、透明质酸酶和胰酶组合消化法分离精细管细胞，制备单细胞悬液，用Percoll 不连续密度(11%、19%、27%、35%和43%)梯度法纯化精原细胞；对纯化后的细胞培养12 h ，细胞贴壁后进行碱性磷酸酶(AKP)染色鉴定，初步确定精原干细胞及其比例。结果表明：所获精细管细胞悬液中活细胞和死细胞所占的比率分别为9265%和735%，平均每克睾丸可获得417×107个细胞；精原细胞主要分布于19%～27%的Percoll 梯度带中，经纯化后其纯度为4762%，精原干细胞占该带细胞的比例为552%。因此，采用组合酶消化，结合Percoll 不连续密度梯度离心法分离的达兰仔猪的精原细胞不但能够满足体外培养的需要，还可以做为精原干细胞移植的研究材料。 关键词达兰猪；精原干细胞；分离；纯化；精原细胞 DA-6对草莓叶绿体光化学反应和Rubisco活性的影响 单守明1刘国杰1李绍华2苗鹏飞1 （1农学与生物技术学院, 北京 100094； 2北京植物研究所, 北京 100093） 摘要以草莓为试材，研究叶面喷施二烷氨基乙醇羧酸酯（DA-6）对叶绿体光化学反应和Rubisco活性的影响。结果表明，处理14 d后，10和20 mg/L DA-6分别使草莓叶片净光合速率提高了7.6%和16.4%，同时还提高了叶绿素含量、叶绿体Hill反应、光合磷酸化活性和Mg2+ATPase活性，并使Rubisco活性各提高了7.9%和16.9%。40 mg/L的DA-6降低了叶片的光合作用速率、叶绿素含量、叶绿体光化学反应和Rubisco活性。试验结果表明，叶面喷施DA-6能调节草莓叶片叶绿体光化学反应和Rubisco活性，并同时
干细胞治疗工作流程 脐带血临床采集流程 干细胞是一种未分化的细胞，具有自我更新、分化、发育再生各种组织器官和人体的潜在功能。 脐带血广泛的应用前景备受关注，脐带血本属于废弃物，但是医学技术的进步使得它的价值得到了空前的提升。1989年，法国的鲁克罗曼教授用HLA 相合的同胞脐带血干细胞进行移植，成功地治疗了一例遗传性疾病—可尼贫血症，之后短短的15年的时间，医学界利用脐带血干细胞已成功治愈和改善了多种疾病，包括:血液系统疾病、免疫系统疾病、神经和血管系统疾病、脑部疾病、肿瘤、糖尿病等。现在在儿童的干细胞移植方面，由于可以存在1-2个HLA位点的不配型，免疫排斥反应小等原因，脐带血干细胞已成为治疗一些重大疾病的有效手段。同时，干细胞的进一步开发，还可用于抗衰老、器官修复、美容等保健领域。干细胞技术和临床应用的飞速发展，给人类的健康带来了新的希望和保障。但是作为采集脐带血最主要的工作人员，我们所需要的操作是非常简单的，但是对于术中操作之外，我们还是会遇到以下的问题。解决这些问题，我们才能放心的采集，存储，备用。但是真正合法，安全，便捷的让脐带血的干细胞移植到有需要的患者体，需要按以下流程操作： 脐带血采集条件： 以初产妇、年龄在45岁以或35岁以经产妇，身体健康者为宜。 脐带血安全流程
1、传染病检查：孕妇在产前要做好身体检查。这些检查包括:肝功能是否正常，有无梅毒螺旋体，艾滋病病毒(HIV )、乙型肝炎病毒(HBV )、丙型肝炎病毒(HCV)等病原体检测。如果其中有一样是阳性的话，就不要再进行采集了。 2、采集和储存的无菌观念：在自然分娩的情况下，一定要注意消毒。被厌氧菌和需氧菌污染，检测为阳性时都不能储存和使用。在脐血被采集后，应该尽快保存在2-8℃的恒温箱中，并远离辐射源，不要让X射线照到。这样的脐带血经科学实验证实，放置24小时或在-23℃以下48小时，其中的干细胞的活性是没有明显影响的，但最长不应该超过72小时。 采集流程 何种方法采集脐带血更好些呢？Solves[5]等证实了剖宫产情况下，以下两种采集方法体采集法对得到的脐带血除血细胞比容及血小板外，其他各项没有明显不同。 体采集法：产妇施行常规的子宫横切术，将胎儿取出后，立即用两把止血钳夹住脐带，将其与胎儿分离，然后用碘酒和70%酒精消毒脐带，做脐静脉穿刺后，脐带血通过重力的作用流人含抗凝剂的无菌采集袋，采集完将其放入4℃冰箱中保存。 体外采集法：同样对产妇行子宫横切术，待胎盘自然或人工剥离后，立即将其置于采集区，胎盘取出与进行采集之间时间尽可能缩短，将胎盘放在一个中间有孔的可供脐带自然垂下的采集台上，对脐带进行严格消毒后行脐静脉穿刺，血液在重力的作用下流人采集袋中，将其放人4℃冰箱保存。 脐带血贮存 因为脐血的采集、运输、储存和应用事实上有别于一般血液，国际上通行的管理法规都将血液和组织细胞分别管理，而我国目前的法规对脐血干细胞库
---------------------------------------------------------------最新资料推荐------------------------------------------------------ 精原干细胞研究进展 精原干细胞研究进展动物生殖生理学课程论文精原干细 胞移植的研究进展【摘要】 :精原干细胞(spermatogonial stem cells, SSCs) 是精子发生的起始细胞。 SSCs 移植是近年发展起来的一项技术，是将供体动物的 SSCs 移植到受体动物的睾丸内，使其在受体睾丸内迁移、定居、增殖并 启动精子发生，产生有受精能力精子的过程。 该技术在雄性不育的治疗、精子发生机制的探讨、干细胞生物 学研究及优质动物或转基因动物繁育等方面具有广阔的应用前景。 本文就 SSCs 移植技术、移植研究的发展和 SSCs 移植应用作 一综述。 【关键词】 : 精原干细胞、移植、鉴别、分离、受体Progress on Spermatogonial Stem Cell Transplantation 【Abstract】 : Spermatogonial stem cells (spermatogonial stem cells, SSCs) are initiating cells of sperm production. SSCs transplantation is novel technique developed in recent years, in which the testicular cell suspension from donor animals is microinjected into seminiferous tubes at the surface of the host testis, and subsequently, the donor SSCs survive, migrate, proliferate, initiate the spermatogenesis and produce the sperms with normal fertilization ability in the host testis. 1/ 19
成体神经干细胞分化及自我更新的调控机制 研究小组成员：陈静雯、蒋显、林珑、欧阳川、王朝、杨怡 指导教师：袭荣文博士 介绍 已有证据表明，成体哺乳动物大脑中的神经发生贯穿整个生命周期。神经干细胞的分化及自我更新是这一过程的基础并对神经组织的修复和维持起着重要作用。许多神经退行性疾病也与其功能的失调相关。深入研究成体神经干细胞最终将有助于确立干细胞治疗的方案。我们组的研究兴趣在于探索影响成体神经干细胞分化或自我更新的分子，尤其是希望能找出一条起较为关键作用的调控通路。为此，我们选用繁殖周期短，基因组序列已知，干细胞研究相对清楚的果蝇作为实验动物，通过大规模人工诱变，筛选出与成体神经干细胞分化调控相关的候选基因，最终通过酵母双杂交，基因沉默（或过量表达）观察相关蛋白表达量变化等方法推测出并验证其中起主导性作用的信号通路。 小组活动 7月17日 选择成体神经干细胞作为研究对象，确定小组成员。组员初步讨论了各自对成体神经干细胞的研究兴趣，交流了对其相关背景的了解。讨论后发现虽然大家都对成体神经干细胞有感性的认识，但这方面的背景知识都比较欠缺，不清楚目前围绕这一课题的研究方向以及研究进展，不能具化出一个研究课题，决定先阅读相关文献以尽快弥补对成体神经干细胞研究领域及现状的认识不足。 7月19日PM9：00
组员交流了各自查阅文献后新增加的认识以及心得，经过讨论，初步将研究课题定为成体神经干细胞的自我更新，并设立公共邮箱，将文献发到公邮中，以方便组员阅读。 7月27日PM9:00 最终确定小组的课题为成体神经干细胞分化及自我更新的调控机制。讨论过程中提出了两种实验方向：一是以一种或几种参与调控的特异性蛋白为导向，研究其对成体神经干细胞的影响，二是以调控通路为导向，即通过追踪成体神经干细胞不同时期蛋白表达的动态变化，找到可能参与调控的候选基因，通过基因沉默或过量表达等方法，设法找到它们之间的相互关系，推测并最终验证出一条信号通路。经过讨论决定采用第二种方案，因为相对于前者，后者更加系统全面（当然工作量也更大）。 7月28日PM:3:00 邀请指导老师---袭荣文老师与小组成员座谈。袭老师启发式的提问以及耐心的讲解帮助大家建立起了一个更加清晰明确的实验思路，同时也使大家注意到了一些实际操作中的关键问题，比如如何建立一个实验系统，选择哪种实验动物，怎样鉴定并监测成体神经干细胞的动态变化等等，而这些具体问题是大家之前都没有细致考虑过的。与老师座谈结束后，小组成员又就老师提出的有关实验操作的问题进行了讨论，最后由欧阳川负责整理实验的整体流程。 实验思路 1.通过对不同时期神经干细胞的蛋白质组分析，找到特异性最高，表达最稳定的蛋白作为标记靶分子，与GFP融合，建立分子标记。 2利用GFP，通过FACS筛选出可用于实验的细胞，分离，鉴定，体外培养。 3.选择果蝇作为实验动物，进行大规模人工诱变，筛选出具有与中枢神经修复，维持有关的突变表型的个体，通过染色体核型分析和基因测序找出突变基因，建立一个参与调控神经干细胞活动的候选基因库。 4通过查阅相关文献报道，推测可能存在于同一条调控通路中的基因，并对其相互作用做出猜想和假设 5.通过局部两两检测，检验推测，具体方法包括： a.免疫共沉淀试验 b.酵母双杂交 c.基因沉默或转染瞬时高表达后对相关基因进行实时定量PCR，对相关蛋白进行western blotting 检测其表达变化. 6.得出一个信号通路的草图，从全局层面进行进一步的实验验证。 有待解决的问题： 1.界定神经干细胞的存在 成体神经干细胞的干细胞特性---自我更新以及具有分化成多种神经细胞的潜能---在体外是通过神经球和贴壁单层细胞培养实验证明的，但是目前还没有实验能够清楚地证明在体内进行的自我更新和分化。因此需要设计出直接的工具来更有力地界定神经干细胞的存在。 2.找到神经干细胞特异性的分子标记 目前用于追踪细胞世系的标记包括Nestin,GFAP,Sox2等，但这些分子标记都表达在异质的细胞群中，而且并不清楚表达这些分子标记的细胞是否就是神经干细胞。
项目名称： 体内间充质干细胞自我更新、分化及其 调控相关组织干细胞的机制研究 首席科学家：李保界上海交通大学 起止年限：2012.1 至2016.8 依托部 门： 上海市科委
一、关键科学问题及研究内容 拟解决的关键科学问题 基于MSC广谱的疾病治疗应用前景，针对目前对MSC的微环境、自我更新、 分化机理等缺乏系统研究的现状, 本课题拟解决以下关键科学问题: 1. 通过建立脂肪细胞、成骨细胞、骨髓HSC 缺乏及血管再生受阻的动物模型，探讨这 几种细胞是否作为骨髓MSC 的微环境调节MSC 的干性维持、自我更新与分化，寻找这些细胞旁分泌的活性分子在其中的作用，并探讨这些活性分子在抵抗组织衰老、促进组织再生与损伤修复中的作用。 2. 通过在体研究PTHrP-Bmi1 BMP-MAPK p16和p53通路等在调控MSC自我更新 与分化中的作用机制，阐释MSC 自我更新与分化的关键信号分子在抵抗组织衰老，促进组织再生及损伤修复中的作用，并与微环境中的信号分子建立联系。 3. 通过系统地分析MSC 自我更新、分化过程中表观遗传学的改变，寻找受DNA 甲基 化、组蛋白修饰、non-coding RNA调控的目标基因。结合基因表达图谱，阐释在MSC 的维持、自我更新及分化中的新表观遗传学基础。利用基因敲除小鼠，研究若干关键表观遗传调控基因在MSC 自我更新与分化中的作用及机制，并研究其与信号通路的关系。 4. 通过对骨折愈合、HSC 造血和神经损伤修复的在体研究，阐释MSC 及其分化细胞 在这些过程中的作用和机制，以期为MSC 的临床应用提供理论依据和指导。探讨两种活性分子通过促进MSC 增殖及向成骨细胞分化，加速骨形成和骨折愈合以及促进HSC 造血和神经再生与修复的应用前景。
干细胞的基础知识 干细胞的基础知识 干细胞的概念 干细胞是一类具有自我更新和分化潜能的细胞。它包括胚胎干细胞和成体干细胞。干细胞的发育受多种内在机制和微环境因素的影响。目前人类胚胎干细胞已可成功地在体外培养。最新研究发现，成体干细胞可以横向分化为其他类型的细胞和组织，为干细胞的广泛应用提供了基础。 在胚胎的发生发育中，单个受精卵可以分裂发育为多细胞的组织或器官。在成年动物中，正常的生理代谢或病理损伤也会引起组织或器官的修复再生。胚胎的分化形成和成年组织的再生是干细胞进一步分化的结果。胚胎干细胞是全能的，具有分化为几乎全部组织和器官的能力。而成年组织或器官内的干细胞一般认为具有组织特异性，只能分化成特定的细胞或组织。 然而，这个观点目前受到了挑战。 最新的研究表明，组织特异性干细胞同样具有分化成其他细胞或组织的潜能，这为干细胞的应用开创了更广泛的空间。 干细胞具有自我更新能力（Self-renewing），能够产生
高度分化的功能细胞。干细胞按照生存阶段分为胚胎干细胞和成体干细胞。 1.1 胚胎干细胞 胚胎干细胞（Embryonic Stem cell, ES细胞） 当受精卵分裂发育成囊胚时，内层细胞团（Inner Cell Mass）的细胞即为胚胎干细胞。胚胎干细胞具有全能性，可以自我更新并具有分化为体内所有组织的能力。早在1970年Martin Evans已从小鼠中分离出胚胎干细胞并在体外进行培养。而人的胚胎干细胞的体外培养直到最近才获得成功。 进一步说，胚胎干细胞（ES细胞）是一种高度未分化细胞。它具有发育的全能性，能分化出成体动物的所有组织和器官，包括生殖细胞。研究和利用ES细胞是 当前生物工程领域的核心问题之一。ES细胞的研究可追溯到上世纪五十年代，由于畸胎瘤干细胞（EC细胞）的发现开始了ES细胞的生物学研究历程。 目前许多研究工作都是以小鼠ES细胞为研究对象展开的，如：德美医学小组在去年成功的向试验鼠体内移植了由ES 细胞培养出的神经胶质细胞。此后，密苏里的研究人员通过鼠胚细胞移植技术，使瘫痪的猫恢复了部分肢体活动能力。随着ES细胞的研究日益深入，生命科学家对人类ES细胞的了解迈入了一个新的阶段。在98年末，两个研究小组成功的培养出人类ES细胞，保持了ES细胞分化为各种体细胞的
新生小鼠精原干细胞诱导分化精子样细 胞 （作者： _________ 单位：___________ 邮编： ___________ ） 作者：毕聪明，王珅，王军，费东亮，肖银霞 【摘要】目的探讨小鼠精原干细胞体外诱导分化精子样细胞的 可行性。方法以7~8日龄小鼠睾丸为材料，采用小鼠睾丸支持细胞作为饲养层，应用维甲酸诱导、成年小鼠睾丸组织液诱导以及低温诱导精原干细胞分化，应用流式细胞仪分析诱导精子样细胞的染色体倍性。采用显微注射法将精子样细胞注射到卵母细胞和去核卵母细胞，观察受精卵的发育状况。结果三种方法诱导精子样细胞比例分别为 5.9% 1.6%、0.35%;流式细胞仪分析维甲酸诱导单倍体比率为19.3%; 诱导精子样细胞能激活卵母细胞，囊胚发育率20.36%。结论新生小 鼠精原干细胞体外可以诱导分化为精子样细胞，并具有激活卵母细胞的能力。 【关键词】精原干细胞分化单倍体小鼠 Abstract: Objective To discuss the possibility of SSCs of Newly-born mice in due ing the differe ntiat ing Sperm-like cells. Methods Taking the testis of male mice of 7~8 days for material and
adopti ng the testis of mice , SSCs differe ntiat ing were induced by using retinoic acid, tissue fluid of adult mice and low temperature. Flow cytometry was used to analyse the ploidy of chromosome inducing sperm-like cells. Microinjection was used to inject the sperm-like cells into oocytes and enucleate oocytes to observe the development situation of zygotes. Results The proportions of sperm-like cells induced by the three methods were 5.9%,1.6%,0.35% respectively. The rate of Flow cytometry to an alyse reti noic acid haploid is 19.3% .The sperm-like cells achieved could activate bovine oocytes by sperm injecti on (ICSI), and the developme nt rate of blastosphere was 20.36%. Con clusi ons SSCs of n ewly -born mice can be induced and differentiated into sperm-like cells and are also capable of activati ng oocytes. Key words:SSCs; differe ntiat ing; haploid; mice 在生精过程中，原始生殖细胞在胚胎期迁移到生殖嵴，经有丝分 裂，迅速增殖形成精原干细胞(spermatogoial stem cells ，SSCs)，然后进一步形成精原细胞。吴应积等］1］利用曲细精管体外共培养法长期培养精原干细胞自分化为精子样细胞，另外应用外源基因修饰的雄性生殖细胞系或青春期的精原干细胞也可分化出精子样细胞］2 -5］，通过体内移植使无内源性精子的动物产生精子。但在体外研究SSCs诱导精子的很少，某些雄性性原细胞可以直接分化成精原细胞
干细胞分化调控机制 摘要：干细胞的发展引起了当今世界各界的强烈关注。我们将有可能利用干细胞所有的潜力去治疗遗传性或目前无法治疗的疾病,但在干细胞被用于治疗之前,必须认识和掌握调节干细胞保持为干细胞或引导其特殊分化途径的调控机制,本文对干细胞的微环境及分化调控机制作一综述。 关键词：干细胞；分化调控；应用前景 由于干细胞在白血病、老年性痴呆症、糖尿病等多种疾病的治疗以及动物克隆等方面显示出巨大的应用前景,干细胞研究已经成为当今生命科学领域的热点。干细胞能够用于某些疾病的治疗,是因为干细胞具有多种分化潜能,它定向分化产生的后代细胞能够取代病变组织的细胞。因此,阐明干细胞如何在保持自我更新的同时又能产生新的组织及其调控机制是理解多细胞生物体发育的关键,也是利用干细胞治疗人类疾病的基础。 1干细胞的概念 干细胞(Stem Cell)是一种具有自我复制功能和多分化潜能的早期未分化细胞。在特定条件下,它可以分化成不同的功能细胞,形成多种细胞和器官。干细胞是个体发育和组织再生的基础。 2干细胞的分类 干细胞按生存阶段顺序分为胚胎干细胞和成体干细胞。 2.1胚胎干细胞(Embryonic stem cells,ES细胞) 胚胎干细胞具有全能性,可以自我更新并有分化为体内所有组织的能力。受精卵分裂形成一个称为囊胚(blastocyte)后,囊胚内部一端的一个”内细胞群”(innercellmass)是一群具有全能分化能力的细胞,它们在胚胎发育过程中,进一步
分化为内胚层、中胚层和外胚层,并最终分化为不同的组织、器官,成为一个完整的人体。将这种内细胞群分离取出,在体外进行培养,就成为”胚胎干细胞”。因此胚胎干细胞是受精后胚胎内细胞团的衍生物。 这类干细胞分化潜能宽，具有分化为机体任何组织细胞的能力。如囊胚期内细胞团的细胞。在体外培养扩增时，经遗传操作、选择和冻存，均不失其全能性，在不同生长条件下具有不同的功能状态。 2.2成体干细胞(Adultstemcells) 成年动物的许多组织和器官,始终保留着一部分未被分化的干细胞,即成体干细胞,如造血干细胞、表皮细胞等。过去认为成体干细胞具有组织特异性,只能分化成特定的细胞或组织,是一些定向细胞。1999年以后,这一观点受到了挑 战,Bjornson等人的研究发现成熟组织中分离的干细胞在特定微环境下具有向其他组织类型细胞分化的潜力,如造血干细胞具有向骨、肌肉、肝细胞、神经细胞转变的潜力,而神经干细胞也可以转变为血细胞。研究提示:不同胚层起源的成体干细胞在一定的条件下可相互转化,它们是在特定微环境中存在的适度分化的细胞,并能在不同环境中显示更多的潜在基因型,具有向其它组织类型的细胞分化的潜力,即不同的干细胞可以发生分化“命运”的转变(横向分化能力)。 3 胚胎干细胞分化调控机制研究 ES细胞分化实质是胚胎发育过程中特异蛋白质的合成。而任何特异蛋白质都是由它相对应的特异基因所决定,细胞分化可归结为基因组中特定基因按一定顺序相继活化和表达。ES细胞能够在机体外保持未分化状态是因为有分化抑制因子的存在,如LIF、DIA等。在缺乏分化抑制因子的条件下,ES细胞分化为各种细胞。 ES细胞定向诱导分化的途径可概括为三种:细胞/生长因子诱导法、转基因诱导法及细胞共培养法。 3.1 细胞/生长因子诱导法 细胞/生长因子诱导ES细胞分化法主要的因子包括维甲酸(RA)、骨形态发生蛋白(BMPs)、成纤维细胞生长因子(FGFs)等。RA是一种强烈的神经分化诱导剂,它主要通过细胞表面受体RA受体起作用。RA受体有两类:RARs和RXRs,但具
第9卷第4期中华男科学Vol.9No.4 2003年7月N ational Journal of Andrology Jul.2003 #综述# 精原干细胞的研究进展 曾辛综述;徐斯凡审校 (江西医学院生理学教研室,江西南昌330006) 摘要:精原干细胞是具有自我更新和多向分化潜能等特性的多能干细胞,可在自身基因和/或外来信号调节下最终分化为精子,对其研究近年来倍受关注。本文介绍了精原干细胞的富集、初次分选技术,增殖调控因子以及移植技术的研究进展。 关键词:精原干细胞;富集;增殖;移植 中图分类号:R321.1;Q813文献标识码:A文章编号:1009-3591(2003)04-0288-051 Advances in the Research of Spermatogonial Stem Cell Xin ZENG,S-i Fan XU (Dep ar tment o f Phy siology,Jiangx i Medical College,Nanchang,Jiangx i330006,China) Abstract:In r ecent years,people have paid more attention to the spermatogonial stem cells that have the capacity for self renewal and multilineage differentiation and produce daug hter cells that can ex pand and differentiate into spermatozoa under the adjustment of self g enes and ex ter nal signal.T his ar ticle reviews recent advances in studies o f enrichment and original selection of the spermato gonial stem cells.T his review also summarizes some control factors in proliferation and transplantation techniques.Natl J Androl,2003,9 (4):288-291,295 Key words:Spermatogonial stem cells;Enr ichment;Proliferation;T r ansplantation. 在哺乳动物成体中存在几套自我更新系统,包括造血系统、精子发生系统、肠上皮和皮肤等,就物种延续而言最重要的莫过于精子发生(spermatog en-esis)。因为它承担着雄性配子的产生和进化所必需的基因传递。青春期启动后,精子发生的过程持续于整个雄性生命,其通过有序而又严格调控的细胞增殖和分化步骤而产生大量的精子,这一系统的基础便是精原干细胞(spermatog onial stem cell)。成体中特定组织干细胞应具备的特点:长期增殖、自我更新和多分化潜能,并对于损伤仍能维持更新的潜能和重新增殖的能力[1]。同样,精原干细胞有着上述的生物学特性。本文就精原干细胞的富集、增殖和移植技术研究概况作简要概述。1精原干细胞的富集 精子发生是起源于精原干细胞而最终导致成熟精子形成的复杂而具生产性的过程。这些干细胞终身具有自我更新的能力,但由于它们在睾丸中的数量极少(2~3/104)和由于它们只有通过功能来鉴定,使得生物学特性的研究变得非常困难。尽管精原干细胞移植技术的发展提供了一个干细胞分析系统,但有效的干细胞富集方法并未获得。Shinohara 等[2]运用多参数选择策略(multiparameter selection strateg y)结合体内患隐睾病的动物睾丸模型和体外荧光激活细胞分选技术(fluorescence-activated cell sorting analysis)进行精原干细胞的富集。将表达 # 288 # 1收稿日期:2002-05-24;修回日期:2002-09-03 作者简介:曾辛(1975-),男,江西武宁县人,检验师,硕士研究生,从事生殖生理学专业。E-mail:xzdive@https://www.doczj.com/doc/dc13637788.html,
造血干细胞的特性与应用 姓名： 学号： xx大学生命科学学院，2010生物科学 摘要： 关键词： 造血干细胞；生物学特性；应用 1造血干细胞的来源 胚胎造血与出生后的较单一、固定的骨髓造血不同，它伴随着生长发育而不断变换造血部位。一般认为，随着胚胎发育过程中造血中心的转移，其造血过程相继分为三个阶段，即胚胎外造血期——卵黄囊造血期（人胚第13~16天）、胎肝造血期（人胚第6周至第5个月）和骨髓造血期（胚胎第四4个月开始至终生）。但有学者认为成体造血干细胞来源于胚胎的背主动脉区，因为能够重建成体各系造血的造血干细胞最早出现在鼠胚第10天的主动脉-性腺-中肾（AGM）区。 而卵黄囊只是一种一过性的造血组织，不是胚胎发育过程中的第一个造血中心。至于骨髓造血干细胞，有人认为其来源于胎肝造血干细胞的迁移，也有人认为其来源于上述的AGM区，目前尚无定论。 2造血干细胞的特性与鉴定 2.1造血干细胞的生物学特性 2.1.1造血干细胞的活化 1986年Lemischka等通过对移植小鼠血液细胞DNA分析所做的克隆研究发现，在小鼠接受移植后的造血恢复期，植入的造血干细胞不是被平均使用，一部分克隆逐渐消退;以移植小鼠的骨髓做二次移植后，二次移植的小鼠造血由在
一次移植中与造血无关的另一部分克隆来维持。结果提示，造血干细胞并非全部处于增殖分化周期中。一般情况下，大部分造血干细胞处于静止期，在必要时才进入细胞周期进行细胞分裂。造血干细胞分裂后，其子代细胞一个通过自我复制维持造血干细胞的特性，另一个则通过分化成为多能性造血祖细胞。造血干细胞的活化机制尚不明确，但至少其中一个机制是通过各种细胞因子来调节。人们推测，造血干细胞的活化，需要多种刺激因子的协同作用。在细胞刺激因子之外，细胞抑制因子也能调节造血干细胞的活化。 2.1.2造血干细胞的自我更新 造血干细胞最为基本的生物学特征是其具有高度的自我更新能力(Self-re-newal)，即它能通过自我复制方式使子代细胞与亲代细胞具有完全相同的特征。造血干细胞的这种高度的自我更新能力，在维持机体一生的造血过程中具有重要意义。因为，造血干细胞如果不能通过自我复制进行自我更新，随细胞的增殖分化成熟，干细胞池即会被耗尽而导致难以维持造血。大量研究证实，造血干细胞经分裂后其子代细胞基本上能够保持与亲代细胞完全相同的特性。但也有学者认为，即使是造血干细胞，只要行分裂，从严格的意义上来讲，就不存在完全的自我复制，而已进入了分化阶段。造血干细胞是否确实能够进行完全的自我复制，尚存争议。但具有长期体内外造血重建能力这一特征是造血干细胞所必备的。 2.1.3造血干细胞的多向分化 通过放射线照射，诱导细胞产生染色体异常，然后将具有这种染色体异常的造血干细胞移植给小鼠，在小鼠体内可以看到含淋巴细胞在内的所有血液细胞均具有相同的染色体异常，说明造血干细胞可以形成含淋巴细胞在内的各种血液细胞。现已明确，造血干细胞向成熟细胞分化过程中受到多种正负造血因子的作用，形成一种较为复杂的调控网络。在综合因素作用下，造血干细胞可以分化形成红系、髓系、巨核系成熟血液细胞，也是淋巴系干细胞的来源。除造血系细胞外，近年还发现造血干细胞可以分化形成一些非造血细胞，如破骨细胞、表皮生发层细胞等。新近在一例作异性间骨髓移植后的病人，发现受者肝细胞具有供者的染色体核型，提示其来源于供者的造血干细胞。 而近
干细胞调控机制的研究进展 何红媛,夏 冬1,王 萍2 综述, 吴绍华 审校 (泸州医学院教务处; 12000级肝胆外科研究生; 22000级组胚研究生,四川泸州 646000) 中图分类号 R321.5 文献标识码 A 文章编号 1000-2669(2002)06-0179-03 干细胞的发展引起了当今世界各界的强烈关注,其原因之一是人类胚胎干细胞系的成功培育;二是成体干细胞不断被成功培育成机体的其它细胞类型,甚至科学家们利用从皮肤中提取的干细胞培养出包括人类赖以进行思维活动的神经细胞。由于成体干细胞的材料来源不象胚胎干细胞会毁坏所使用的胚胎,而且容易获得组织替代,因而成体干细胞有着比预想更为广阔的应用前景。我们将有可能利用干细胞所有的潜力去治疗遗传性或目前无法治疗的疾病,如早老性痴呆症、帕金森综合征、糖尿病和心脏病等,但在干细胞被用于治疗之前,必须认识和掌握调节干细胞保持为干细胞或引导其特殊分化途径的调控机制,本文对干细胞的微环境及分化调控机制作一综述。 1 干细胞的概念及应用前景 干细胞是一群具有无限的或被延长自我更新能力的细胞,它们能产生至少一种高度分化的后化[1]。按生存阶段顺序分为胚胎干细胞和成体干细胞。 1.1 胚胎干细胞(Embry onic stem cells,ES细胞) 胚胎干细胞具有全能性,可以自我更新并有分化为体内所有组织的能力。受精卵分裂形成一个称为囊胚(blastocyte)后,囊胚内部一端的一个”内细胞群”(innercell mass)是一群具有全能分化能力的细胞,它们在胚胎发育过程中,进一步分化为内胚层、中胚层和外胚层,并最终分化为不同的组织、器官,成为一个完整的人体。将这种内细胞群分离取出,在体外进行培养,就成为”胚胎干细胞”。因此胚胎干细胞是受精后胚胎内细胞团的衍生物。小鼠的胚胎干细胞的研究表明,它们在体外可以在一些生长因子的诱导下分化,发育成为不同的细胞和组织,并可以使其在小鼠子宫内发育成一个完整的小鼠。显然,人的胚胎干细胞可以通过改变体外培养条件(如生长因子的成分和含量)使之向不同组织细胞分化,这对揭开人体的个体发育之谜,具有极其重要的理论意义。此外,如果能够使第一代培养物衍生的一群干细胞在体外无限传代下去,成为”干细胞株”,这样就可以保存和利用干细胞株在体外不断扩增并用来进行广泛研究,诱导产生不同的组织细胞,甚至器官,供临床移植用。据报导现已获得的人类胚胎细胞株还没有一个被证明能转化成为人类身体所有细胞,但随着科学的发展,无论从基础研究角度、应用潜力,还是从人类同疾病作斗争的决心来看,人类ES细胞的研究将获得更大的发展空间。 1.2 成体干细胞(Adult stem cells) 作者简介:何红媛(1974-),女,实习研究员。成年动物的许多组织和器官,始终保留着一部分未被分化的干细胞,即成体干细胞,如造血干细胞、表皮细胞等。过去认为成体干细胞具有组织特异性,只能分化成特定的细胞或组织,是一些定向细胞。1999年以后,这一观点受到了挑战, Bjorns on等人的研究发现成熟组织中分离的干细胞在特定微环境下具有向其他组织类型细胞分化的潜力,如造血干细胞具有向骨、肌肉、肝细胞、神经细胞转变的潜力,而神经干细胞也可以转变为血细胞。研究提示:不同胚层起源的成体干细胞在一定的条件下可相互转化,它们是在特定微环境中存在的适度分化的细胞,并能在不同环境中显示更多的潜在基因型,具有向其它组织类型的细胞分化的潜力,即不同的干细胞可以发生分化“命运”的转变(横向分化能力)。[1～5] 2 干细胞的自我更新和分化 从发生机制来看,干细胞并不直接分化产生终末分化细胞,而是先分化成短暂扩充细胞(transit am plifying cells),短暂扩充细胞有产生定向分化成某种终末分化细胞的能力,因而是定向祖细胞(committed progenitors)。短暂扩充细胞再经过几次到十几次不等的分裂后定向分化,进一步可分化为有丝分裂后细胞(post-mitotic cells)及终末分化细胞(terminally-differentiated cells)。短暂扩充细胞的存在说明组织可以靠较少量的干细胞分裂为很多的子代分化细胞[6]。干细胞自我更新和分化的方式通常有两种[7,8],一种是不对称方式分裂,即1个干细胞分裂成1个干细胞和1个定向祖细胞,常见于单细胞生物和无脊椎动物;另一种是具有高度调控机制的分裂方式,干细胞按一定的概率分裂成干细胞或定向祖细胞,即干细胞按一定的概率分裂为两个干细胞或两个定向祖细胞;或按不对称方式分裂,一般认为哺乳类动物即以此种方式进行自我组织更新。细胞的更新具有准确无误性,干细胞在整个增殖过程中处于相对静止状态,而由短暂扩充细胞完成DNA合成和细胞扩充的任务,干细胞在分裂后仍保留其原有的遗传信息。短暂扩充细胞拥有新复制DNA序列,以保证差错仅停留在短暂扩充细胞水平。通常干细胞等数分裂干细胞和定向祖细胞,当受到损伤等情况时,干细胞的分裂方式会发生改变以适应机体的需要[10]。 3 干细胞的调控 干细胞的调控是指给予适当的条件因子,对干细胞的增殖和分化进行调节控制,使之向指定的方向发展。干细胞的分化行为是被预先程序化还是受周围环境的调控一直是一个有争论的话题,但干细胞所处的微环境又称为干细胞壁龛(niche),对干细胞分化调控的影响是存在的[2]。 971 泸州医学院学报 2002年 第25卷 第1期Journal of Luzhou Medical C ollege V ol.25 N o.1 2002