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1、第十三章 细胞分化医学细胞生物学医学细胞生物学目 录二、二、细胞分化的细胞分化的特点特点三、三、细胞分化的标志细胞分化的标志四、四、细胞分化的潜能细胞分化的潜能五、细胞分化的调控五、细胞分化的调控六、细胞分化的影响因素六、细胞分化的影响因素一、一、细胞分化的细胞分化的概述概述七、细胞分化与肿瘤七、细胞分化与肿瘤2细胞生长细胞生长细胞代谢细胞代谢细胞增殖细胞增殖细胞分化细胞分化细胞通讯细胞通讯细胞衰老细胞衰老细胞死亡细胞死亡细胞类型形成细胞类型形成组织器官形成组织器官形成个体发育个体发育基因表达调控基因表达调控一、一、细胞分化的细胞分化的概述概述细胞分化（细胞分化（cell differenti
2、ationcell differentiation）：）：经分裂形成在形态、结构和功能上不经分裂形成在形态、结构和功能上不同的稳定的细胞类群的过程；是个体发育同的稳定的细胞类群的过程；是个体发育的基础和核心。的基础和核心。3几种生物的细胞数目与类型几种生物的细胞数目与类型 多细胞有机体是由各种不同类型的细胞组成（如多细胞有机体是由各种不同类型的细胞组成（如多细胞有机体是由各种不同类型的细胞组成（如多细胞有机体是由各种不同类型的细胞组成（如下表），而这些细胞通常是一个受精卵细胞经增下表），而这些细胞通常是一个受精卵细胞经增下表），而这些细胞通常是一个受精卵细胞经增下表），而这些细胞通常是一个受精
3、卵细胞经增殖分裂和细胞分化衍生而来的后裔。殖分裂和细胞分化衍生而来的后裔。殖分裂和细胞分化衍生而来的后裔。殖分裂和细胞分化衍生而来的后裔。物种物种细胞数细胞数细胞类型细胞类型团藻团藻10102 22 2海绵海绵10103 35-105-10水螅水螅10105 510-2010-20涡虫涡虫10109 9100100人人101014142002004细胞分化细胞分化细胞分化细胞分化细胞类型细胞类型细胞类型细胞类型1 1细胞类型细胞类型细胞类型细胞类型2 2细胞类型细胞类型细胞类型细胞类型3 3细胞衰老细细胞衰老细细胞衰老细细胞衰老细胞凋亡胞凋亡胞凋亡胞凋亡永生细胞永生细胞永生细胞永生细胞（癌症）
4、（癌症）（癌症）（癌症）去分化去分化去分化去分化增殖增殖增殖增殖 细胞分化与机体的正常功能：细胞分化与机体的正常功能：细胞分化与机体的正常功能：细胞分化与机体的正常功能：细胞分化是个体行使正常功能的保证。细胞分化是个体行使正常功能的保证。细胞分化是个体行使正常功能的保证。细胞分化是个体行使正常功能的保证。本质：细胞的基因组相同，但表达谱不同；本质：细胞的基因组相同，但表达谱不同；本质：细胞的基因组相同，但表达谱不同；本质：细胞的基因组相同，但表达谱不同；使细胞能行使不同的功能（分工）；使细胞能行使不同的功能（分工）；使细胞能行使不同的功能（分工）；使细胞能行使不同的功能（分工）；核心：基因是如
5、何有序表达的？（调控）。核心：基因是如何有序表达的？（调控）。核心：基因是如何有序表达的？（调控）。核心：基因是如何有序表达的？（调控）。5v 细细 胞胞 分分 化化（cell cell differentiationdifferentiation）指指同同一一来来源源的的细细胞胞通通过过分分裂裂逐逐渐渐产产生生结结构构和和功功能能上上稳稳定定差差异异的的过程。过程。6（一）稳定性（一）稳定性例例:n黑色素细胞在体外培养黑色素细胞在体外培养3030多代后仍能合成多代后仍能合成黑色素；黑色素；n离体培养的上皮细胞，始终保持为上皮细离体培养的上皮细胞，始终保持为上皮细胞，而不会变成其他类型的细胞。
6、胞，而不会变成其他类型的细胞。二、二、细胞分化的特点细胞分化的特点7（二）高度的遗传稳定性（二）高度的遗传稳定性宫内植入宫内植入宫内植入宫内植入细胞滋养层细胞滋养层合体滋养层合体滋养层 桑椹胚桑椹胚卵裂卵裂卵裂卵裂受精卵受精卵外胚层外胚层中胚层中胚层原始外胚层原始外胚层内内胚层胚层组织、器官和系统组织、器官和系统器官原基器官原基卵卵卵卵 裂裂裂裂囊胚囊胚滋滋养层养层内细胞群内细胞群8胚胚泡泡的的结结构构9v在在细细胞胞出出现现可可识识别别的的形形态态和和功功能能的的差差异异以以前前，细细胞胞已已经经确确定定分分化化方方向向，这这种种细细胞胞的的发发育育选选择择叫叫做做细细细细胞胞胞胞决决决决定
7、定定定(cell(cell determinationdetermination）。）。果蝇成虫盘移植试验果蝇成虫盘移植试验无任何分无任何分化特征化特征10v细胞记忆：细胞将信号分子的作用储藏起来，以细胞记忆：细胞将信号分子的作用储藏起来，以决定分化的能力（决定分化的能力（memory fatememory fate）。）。v 本质：特定的基因表达谱式（本质：特定的基因表达谱式（profileprofile）在细）在细胞增殖过程中的传递。胞增殖过程中的传递。11（三）细胞生理状态随分化水平提高而变化（三）细胞生理状态随分化水平提高而变化分裂指数与分化程度成反比分裂指数与分化程度成反比肿瘤分化的
8、程度：肿瘤分化的程度：G1 G2 G3(G1 G2 G3(高高 中中 低低)分化程度越高对环境因子敏感越低分化程度越高对环境因子敏感越低（四）细胞分化的时空性（四）细胞分化的时空性1.1.1.1.时间上的分化时间上的分化时间上的分化时间上的分化2.2.2.2.空间上的分化空间上的分化空间上的分化空间上的分化造血干细胞造血干细胞前体细胞前体细胞祖细胞祖细胞功能功能血细胞血细胞12（五）能转分化和去分化（五）能转分化和去分化v在一定条件下，细胞分化是可逆的。在一定条件下，细胞分化是可逆的。植物细胞的去分化植物细胞的去分化表皮细胞在过量维生素表皮细胞在过量维生素A A的作用下可以转分的作用下可以转分
9、化为粘膜上皮细胞；化为粘膜上皮细胞；低等动物的再生现象（转分化）。低等动物的再生现象（转分化）。13v1.1.新的特异性的蛋白质的合成新的特异性的蛋白质的合成 角蛋白，肌球蛋白和肌动蛋白等。角蛋白，肌球蛋白和肌动蛋白等。v2.2.新组装生成的特异性亚细胞结构成份的出现新组装生成的特异性亚细胞结构成份的出现肌节和肌浆网肌节和肌浆网上皮细胞的细胞骨架上皮细胞的细胞骨架 三、细胞分化的标志三、细胞分化的标志14 四、细胞分化的潜能四、细胞分化的潜能 （一）全能性1.1.在发育过程中细胞在发育过程中细胞潜能逐渐变窄潜能逐渐变窄单个细胞在一定条件单个细胞在一定条件下分化发育成为完整下分化发育成为完整个体
10、的能力称为细胞个体的能力称为细胞全能性全能性（totipotencytotipotency）。）。植植物物细细胞胞植植物物细细胞胞的的全全能能性性的的全全能能性性15外、中、内三胚层的细胞只能向发育为本外、中、内三胚层的细胞只能向发育为本胚层组织器官的方向分化，称为胚层组织器官的方向分化，称为多能性多能性（pluripotencypluripotency）细胞。动物的体细胞大细胞。动物的体细胞大多数已经多数已经 “单能化单能化”。细胞分化的共同规律细胞分化的共同规律：全能全能全能全能多能多能多能多能单能单能单能单能16分化进程是细胞分化潜能逐渐消失的过程分化进程是细胞分化潜能逐渐消失的过程 脑
11、脑表表皮皮神经管神经管腺腺脊髓脊髓毛、齿毛、齿甲、爪甲、爪致密结缔组织致密结缔组织致密结缔组织致密结缔组织疏松结缔组织疏松结缔组织疏松结缔组织疏松结缔组织软骨软骨软骨软骨骨骨骨骨形成血的组织形成血的组织形成血的组织形成血的组织肌肉肌肉肌肉肌肉髓样组织髓样组织髓样组织髓样组织淋巴组织淋巴组织淋巴组织淋巴组织泌尿生殖系统泌尿生殖系统泌尿生殖系统泌尿生殖系统胰胰肝肝呼吸系统上皮呼吸系统上皮消化道上皮消化道上皮腺腺甲状腺甲状腺甲状旁腺甲状旁腺中胚层中胚层外胚层外胚层内胚层内胚层分化分化卵卵裂裂受受精精卵卵分化潜能降低分化潜能降低17爪蟾的核移植及克隆羊实验2.2.分化细胞核仍具有全能性分化细胞核仍具有
12、全能性183.3.医学应用医学应用干细胞治疗的途径干细胞治疗的途径 19nA.A.一次性介入，永久性治疗；一次性介入，永久性治疗；nB.B.不需要完全了解疾病发生的确切机理；不需要完全了解疾病发生的确切机理；nC.C.可应用于自身干细胞移植，避免产生免可应用于自身干细胞移植，避免产生免疫排斥反应。疫排斥反应。20n最适合于治疗组织坏死性疾病、退行性病变、最适合于治疗组织坏死性疾病、退行性病变、自体免疫性疾病等。自体免疫性疾病等。n美国科学家已从脂肪组织中成功提取出干细美国科学家已从脂肪组织中成功提取出干细胞，使人们看到了用干细胞临床治疗疾病的胞，使人们看到了用干细胞临床治疗疾病的曙光。曙光。n
13、干细胞可以进行干细胞可以进行横向分化横向分化，多家实验室证明，多家实验室证明了人的骨髓干细胞可以横向分化为肝脏细胞、了人的骨髓干细胞可以横向分化为肝脏细胞、肌肉细胞、神经细胞等。肌肉细胞、神经细胞等。21胚胎干细胞及其向胚胎干细胞及其向神经细胞、肝细胞神经细胞、肝细胞等的诱导分化研究，等的诱导分化研究，为发育中基因表达为发育中基因表达和调控、人体生物和调控、人体生物工程、药物毒性的工程、药物毒性的研究等方面开辟了研究等方面开辟了广阔的应用前景。广阔的应用前景。干细胞的横向分化干细胞的横向分化干细胞的横向分化干细胞的横向分化22五、细胞分化的调控v奢侈蛋白奢侈蛋白奢侈蛋白奢侈蛋白（luxury
14、proteinluxury protein）这类蛋白对细这类蛋白对细胞自身生存无直接影响，却是细胞向特殊类型胞自身生存无直接影响，却是细胞向特殊类型分化的物质基础。分化的物质基础。如红细胞的血红蛋白、表皮细胞的角蛋白、如红细胞的血红蛋白、表皮细胞的角蛋白、肌细胞的收缩蛋白、腺细胞的分泌蛋白等。肌细胞的收缩蛋白、腺细胞的分泌蛋白等。vv管家蛋白管家蛋白管家蛋白管家蛋白（housekeeping proteinhousekeeping protein）维持细维持细胞生命活动所必需的，各类细胞普遍共有的蛋胞生命活动所必需的，各类细胞普遍共有的蛋白质。白质。膜蛋白、核糖体蛋白、线粒体蛋白、糖酵解膜蛋白
15、、核糖体蛋白、线粒体蛋白、糖酵解酶、核酸聚合酶等。酶、核酸聚合酶等。23（一）基因的选择性表达是细胞分化的实质（一）基因的选择性表达是细胞分化的实质v管家基因管家基因管家基因管家基因(house-keeping gene)house-keeping gene)不参与细不参与细胞分化方向的确定，而仅指导生成维持细胞胞分化方向的确定，而仅指导生成维持细胞生存所必需的最基本的蛋白质的基因。生存所必需的最基本的蛋白质的基因。v奢侈基因奢侈基因奢侈基因奢侈基因（luxury geneluxury gene）指导产生细胞分指导产生细胞分化时出现的各种特异蛋白的基因。化时出现的各种特异蛋白的基因。vmRNA
16、mRNA具有组织特异性，细胞分化实质上是不具有组织特异性，细胞分化实质上是不同特异性基因（奢侈基因）被选择性表达的同特异性基因（奢侈基因）被选择性表达的结果。结果。v调节基因（调节基因（regulatory genes):regulatory genes):其产物负责其产物负责调节组织特异性基因的表达。调节组织特异性基因的表达。24细胞总细胞总DNA细胞总细胞总RNA输卵管输卵管细胞细胞成红细成红细胞胞胰岛细胰岛细胞胞输卵管输卵管细胞细胞成红细胞成红细胞胰岛细胞胰岛细胞卵清蛋白卵清蛋白基因基因+-珠蛋白珠蛋白基因基因+-+-胰岛素基胰岛素基因因+-+实验方法实验方法 Southern杂交杂交N
17、orthern杂交杂交分子杂交技术检测基因及其表达分子杂交技术检测基因及其表达25v实验证据（分子杂交）：实验证据（分子杂交）：v 不同的细胞类型（不同的细胞类型（cell types)cell types)中，中，DNADNA相同，相同，mRNAmRNA种类不同，蛋白质种类不同。种类不同，蛋白质种类不同。v 结论：相同的基因组在不同细胞中的选择性表达；结论：相同的基因组在不同细胞中的选择性表达；v 细胞分化是基因选择性表达的结果。细胞分化是基因选择性表达的结果。26本节小结本节小结一、概念细胞分化（一、概念细胞分化（cell differentiationcell differentiati
18、on）指同一指同一来源的细胞通过分裂逐渐产生来源的细胞通过分裂逐渐产生结构和功能结构和功能上稳定差异上稳定差异的过程。的过程。二、细胞分化具有高度的遗传稳定性，细胞生理状态二、细胞分化具有高度的遗传稳定性，细胞生理状态随分化水平提高而变化，细胞分化的时空性，能转分随分化水平提高而变化，细胞分化的时空性，能转分化和去分化。化和去分化。三、细胞分化的标志为新的特异性的蛋白质的合成和三、细胞分化的标志为新的特异性的蛋白质的合成和新组装生成的特异性亚细胞结构成份的出现。新组装生成的特异性亚细胞结构成份的出现。四、细胞分化进程是细胞分化潜能逐渐消失的过程。四、细胞分化进程是细胞分化潜能逐渐消失的过程。27