干细胞研究进展课件.ppt

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1、,干细胞研究进展,干细胞研究进展,武汉大学根底医学院病理生理教研室魏蕾 教授,临床病理生理学,干细胞研究进展武汉大学根底医学院病理生理教研室临床病理生理学,主要内容,概念、特点、分类干细胞分类概述干细胞治疗研究及临床应用干细胞研究展望,主要内容概念、特点、分类,美国?SCIENCE?,1999年度，2000年度年度世界十大进展之榜首,干细胞研究的起源与进展,美国?SCIENCE?1999年度，2000年度干细胞研究的,干细胞,概念： 来自胚胎、胎儿或成人的具有持久或终身自我更新能力的细胞，它能产生特异的细胞类型，形成人体组织和器官形态学特征 圆形、椭圆形，体积小、核大，具有较高的端粒酶活性,S

2、tem cells, SCs,干细胞概念：Stem cells, SCs,干细胞生物学特点,属非终末分化细胞它们是未分化的，终生保持具有分化成各种特定细胞的能力在机体的数目、位置相对恒定能自我更新： 成体干细胞制造自己本身能够无限的分裂、增殖：可无限地分裂产生大量后裔,根本特点：多向分化潜能和自我更新,干细胞生物学特点属非终末分化细胞根本特点：多向分化潜能和自我,干细胞生物学特点,多向分化 分化Differentiation指非特化细胞 (如干细胞)成为组成身体的诸多的细胞中的一种特定细胞的过程 分裂的慢周期性：绝大多数的干细胞处于Go期通过两种方式生长其子细胞有两种命运，保持为干细胞或分化为

3、特定细胞,干细胞生物学特点多向分化,干细胞和前体细胞的分化,干细胞和前体细胞的分化,干细胞分类,根据发生学来源分类,胚胎期干细胞 Embryonic stem cells ESCs EGCs成体干细胞Adult Stem Cells，ASCs,干细胞分类根据发生学来源分类胚胎期干细胞,干细胞分类,根据发生学来源分类,胚胎期干细胞ESCs EGCs,胚胎期干细胞(Embryonic stem cells，ESCs ):来自早期胚胎 (45天，即胚泡)中的内细胞群胚胎生殖细胞Embryonic germ cells，EGCs 来自胎儿组织(从510周胎儿生殖嵴的原生殖细胞),由胚胎内细胞团或原始生

4、殖细胞经体外抑制培养而筛选出的细胞。,干细胞分类根据发生学来源分类胚胎期干细胞ESCs EG,干细胞分类,根据发生学来源分类,胚胎期干细胞ESCs EGCs成体干细胞Adult Stem Cells，ASCs,指存在于一种已经分化组织中的未分化细胞，它能够自我更新并且特化形成该类型组织的细胞。,干细胞分类根据发生学来源分类胚胎期干细胞ESCs EG,干细胞分类,根据发生学来源分类,胚胎期干细胞ESCs EGCs成体干细胞Adult Stem Cells，ASCs,骨髓、牙髓血液脑眼角膜、视网膜骨胳肌肝脏、皮肤胃肠道上皮胰腺,目前发现的成体干细胞,来源,干细胞,骨髓间充质干细胞Mesenchym

5、al stem cells，MSCs造血干细胞神经干细胞视网膜干细胞肌肉卫星干细胞肝干细胞、皮肤表皮干细胞肠上皮干细胞胰腺干细胞,干细胞分类根据发生学来源分类胚胎期干细胞ESCs EG,分类 来源 干细胞类型可分化细胞胚胎 干,全能干细胞Totipotent stem cells，TSCs多能干细胞pluripotent stem cell 单能干细胞unipotent stem cell,根据分化潜能分类,干细胞分类,全能干细胞根据分化潜能分类干细胞分类,具有自我更新和分化形成任何类型细胞的能力，有形成完整个体的分化潜能。,全能干细胞Totipotent Stem Cells，TSCs,如胚

6、胎干细胞，具有与早期胚胎细胞相似的形态特征和很强的分化能力，可以无限制增殖并分化成为全身200多种细胞类型，进一步形成机体的所有组织、器官。,具有自我更新和分化形成任何类型细胞的能力，有形成完整个体,多能干细胞pluripotent Stem Cells，TSCs,具有产生多种类型细胞的能力，但缺失去了发育成完整个体的分化潜能，发育潜能受到一定的限制。,骨髓间充质干细胞可以分化成为多种中胚层组织的细胞如骨、软骨、肌肉、脂肪以及其他胚层的细胞如神经元,造血干细胞，至少可以分化出12种血细胞。,多潜能干细胞,多能干细胞,多能干细胞pluripotent Stem Cells，,单能干细胞Unipo

7、tent Stem Cells，MPSCs,只能向单一方向分化，产生一种类型的细胞,在各种已经分化组织中的成体干细胞是典型的单能干细胞，如上皮组织基底层的干细胞，肌肉中的成肌细胞又叫卫星细胞。,这种组织处于一种稳定的自我更新状态，但是当受到严重伤害，需要多种类型的细胞来修复是，那么需要激活多潜能干细胞。,单能干细胞Unipotent Stem Cells，MP,干细胞分类概述,干细胞分类概述,存在于受精后约5-7天人胚胎的囊胚内细胞团具有分化为机体任何一种组织器官的潜能具有种系传递功能在体外可以进展遗传操作,全能干细胞胚胎干细胞,全能干细胞胚胎干细胞,人类胚胎发育简图,人类胚胎发育简图,小鼠胚

8、胎发育简图,小鼠胚胎发育简图,人体组织器官的分化,受精卵,囊胚,内细胞团约140个细胞,原肠,外胚层,中胚层,内胚层,生殖细胞,表皮 脑神经 色素 心肌 骨骼 肾小管红细胞 肠平滑肌 胰岛 甲状腺 肺泡 精子 卵子,人体组织器官的分化受精卵囊胚内细胞团原肠外胚层中胚层内胚层生,干细胞研究进展,内细胞团胚胎干细胞,原始生殖干细胞,胚胎生殖细胞,内细胞团原始生殖干细胞胚胎生殖细胞,1998年11月美国威斯康辛大学 Thomsan报道获得人胚胎干细胞株 传代超过8个月、32代 在体外长期保持增殖和未分化状态,胚胎干细胞的获得,胚胎干细胞的获得,James A. Thomson： Wisconsin大

9、学 方法：人卵细胞体外受精后，将胚胎培育到囊胚阶段，提取 inner cell mass细胞，建立细胞株。测试细胞株的细胞外表 marker 和酶活性。每个胚胎可取得1520个细胞用于培养。,胚胎干细胞的获得,James A. Thomson： Wisconsin大学胚,1998年美国有两个小组分别培养出了人胚胎干细胞：James A. Thomson： Wisconsin大学John D. Gearhart: Johns Hopkins大学 方法：从受精后59周人工流产的胚胎中提取生殖母细胞( primordial germ cell )。由此培养的细胞株，证实具有多能干细胞的特征。,胚胎干

10、细胞的获得,1998年美国有两个小组分别培养出了人胚胎干细胞：胚胎干细胞,目前应用最为广泛的干细胞提取技术是体细胞核转移技术，俗称“治疗性克隆。它是将体细胞的细胞核注入去掉细胞核的卵细胞内，然后让这种新组合而成的细胞发育成胚泡早期胚胎，再从胚泡中提取干细胞。这种干细胞携带的是体细胞提供者的基因。,胚胎干细胞的获得,目前应用最为广泛的干细胞提取技术是体细胞核转移技术，俗称“治,生殖克隆治疗性克隆：体细胞核转移SCNT去核卵细胞 + 体细胞核 克隆 囊胚 别离内细胞群 ES细胞,生殖克隆治疗性克隆：体细胞核转移SCNT,干细胞工程,干细胞工程核移植去核胚胎干细胞组装胚胎干细胞组织干细胞各种组,干细

11、胞研究进展,科学家最近运用体细胞核转移技术，用病人身上的皮肤细胞克隆出早期胚胎，然后提取新的胚胎干细胞系。这使干细胞研究向实用的“治疗性克隆前进了一大步。领导这一研究的黄禹锡教授曾在2004年运用同样的技术，率先用人类体细胞克隆出早期胚胎，并提取干细胞。,韩国汉城大学黄禹锡教授,科学家最近运用体细胞核转移技术，用病人身上的皮肤细胞克隆出早,美国著名的?时代?杂志每年都要评选一年来影响最大、最令人惊异的创造 ，11月13日， 2005年度，韩国科学家培育的世界第一只克隆狗“斯纳皮Snuppy荣登榜首。它是由韩国汉城大学教授黄禹锡领导的科研小组克隆，它的“父母分别是一只阿富汗猎犬和一只拉布拉多猎犬

12、。,美国著名的?时代?杂志每年都要评选一年来影响最大、最令人惊异,干细胞培养过程,干细胞培养过程,干细胞研究进展,A. Inner cell mass-derived cells,B. H9 colony,C. H9 cells,D. Differentiated H9 cells,A. Inner cell mass-derived cel,胚胎干细胞的鉴别胚胎干细胞具有以下特点：(1) 细胞内碱性磷酸酶活性高(2)端粒酶活性高(3) 不被Hoechst33342 和Rhodamine123染色(4) 细胞膜外表有特殊的标记：SSEA-3, SSEA-4, TRA-1-60, TRA-1-8

13、1(5) 能分化成三个胚层的细胞，将胚胎干细胞植 入免疫缺陷小鼠皮下可产生畸胎瘤(6) 可诱导分化为各种成体干细胞,胚胎干细胞的鉴别,A. Alkaline phosphatase,B. SSEA-1,C. SSEA-3,D. SSEA-4,A. Alkaline phosphataseB. SSEA,干细胞研究进展,干细胞特性,干细胞特性,干细胞研究进展,Rosettes of neural epithelium. Cell line H14.,Bone. Cell line H14.,Striated muscle. 横纹肌Cell line H13.,Cartilage. 软骨Cell

14、line H9.,胚胎干细胞的多向分化,Rosettes of neural epithelium.,人类胚胎干细胞研究的重要性,生物学与医学根底研究： 人类干细胞是机体早期发育的极好模型。人类发育生物学研究经常受到伦理学的限制。胚胎干细胞提供了直接研究早期发育出现的复杂事件和细胞分化的原初过程。 关键是找到控制与发育和分化过程相关特定的因子 为了解非正常细胞分化肿瘤等的原因提供线索医疗实践细胞移植药物设计,人类胚胎干细胞研究的重要性生物学与医学根底研究：,利用人体表皮制造“类胚胎干细胞取得成功,两个科学家小组分别利用人类表皮细胞制得了类胚胎干细胞图片来源：Junying Yu,?细胞?Cel

15、l，DOI:10.1016/j.cell.2007.11.019，Kazutoshi Takahashi, Shinya Yamanaka?科学?Science，DOI: 10.1126/science.1151526，Junying Yu, James A. Thomson,避开了利用卵母细胞获得胚胎干细胞的伦理争议,利用人体表皮制造“类胚胎干细胞取得成功 两个科学家小组分别,研究目标：将一些正常的体细胞直接转化为诱导多能性干细胞induced pluripotent cells，简称iPCs，它们具有类似胚胎干细胞ES的功能,Yamanaka小组利用4种基因Oct3/4，Sox2，c-My

16、c和 Klf4，实现基因重组的细胞分别来自一位36岁妇女的表皮和一位69岁男性的结缔组织。大约每5000个细胞就能制造一个iPC细胞系,Thomson小组也使用了4个基因OCT3，SOX2，NANOG和LIN28，其中前两个和Yamanaka小组是一样的。利用的是胎儿皮肤细胞以及一个新生儿的包皮细胞。与Yamanaka小组相比，这项研究需要1万个细胞才能别离出一个iPC细胞系，,研究目标：将一些正常的体细胞直接转化为诱导多能性干细胞in,多能干细胞,造血干细胞骨髓间充质干细胞神经干细胞肌肉干细胞皮肤干细胞其他,骨髓干细胞,多能干细胞造血干细胞骨髓干细胞,骨髓干细胞,造血干细胞：红系、髓系、淋巴

17、系细胞骨髓间充质干细胞 ：具有多向分化潜能 成骨细胞、软骨细胞、脂肪细胞、网状细胞、肌细胞,骨髓干细胞造血干细胞：,造血干细胞,存在于造血组织内的一类能分化发育成各种血细胞的原始细胞,造血干细胞是不均一的细胞群体，由不同年龄等级的干细胞组成，在细胞大小、比重、形状、行为特征、说明抗原标志、细胞周期和调控等方面均存在较大差异。,造血干细胞存在于造血组织内的一类能分化发育成各种血细胞的原始,造血干细胞分布迁移,出生前：由卵黄囊转移到胎肝出生后：主要存在于红骨髓内，占有核细胞的5 少量存在于脾脏、淋巴组织、外周血中,造血干细胞来源：,骨髓、外周血和脐血,造血干细胞分布迁移出生前：由卵黄囊转移到胎肝造

18、血干细胞来源,造血干细胞的外表标志,CD34 抗原Thy1 胸腺抗原-1(CD90)c-kit 干细胞因子受体(SCF-R, CD117)Lin 抗原：CD11、13、15、16粒系 CD14单核系 CD11、25、7、56T/NK系 CD19、20、21、45B淋巴系 CD47、59、71红系 CD31、41、61、63、107巨核系Rh-123 荧光4HT/5FU 抗性,造血干细胞的外表标志CD34 抗原,A.CD34 localizes to endothelial cells,A.CD34 localizes to endothelia,造 血干细胞,造 血 祖 细 胞,骨 髓 前 体

19、 细 胞,成熟血细胞,造血干细胞:具有高度自我复制和多向分化潜能的最原始的造血干细胞.,造血祖细胞:具有一定自我复制能力和高度增殖、分化能力的早期造血细胞.,造 血造 血 祖,人造血干祖细胞的表型 (1),+ +,人造血干祖细胞的表型 (1) 干 细 胞,人 造 血 干 祖 细 胞 的 表 型 (2),干 细 胞 祖 细 胞Lin:,造血干细胞的检测,至今尚无一个与体内重建造血法完全吻合的造血干细胞体外检测法体外用多参数法：CD34+，33，45RO，38 检测临床移植成功后供者标志在受者体内维持一年以上为干细胞植入,造血干细胞的检测至今尚无一个与体内重建造血法完全吻合的造血干,CD34+ 细

20、胞,造血祖细胞造血干细胞某些肿瘤细胞，如乳腺癌细胞,CD34+ 细胞造血祖细胞,CD34 细胞,胚胎干细胞胚层干细胞非造血组织干/祖细胞间充质干细胞/间充质细胞尚未表达CD34的造血干细胞造血前体细胞，成熟血细胞其它非造血组织细胞,CD34 细胞胚胎干细胞,骨髓间充质干细胞,骨髓中的具有高度自我更新能力和多向分化潜能的干细胞群体，具有支持造血、多向分化潜能形成于发育中的骨髓腔出生后附于骨髓窦的内腔面 占细胞总数的0.1-0.01可分化为多种中胚层来源的细胞：骨、关节、脂肪、肌腱、肌肉、骨髓基质、软骨,骨髓间充质干细胞骨髓中的具有高度自我更新能力和多向分化潜能的,间充质干细胞的分化,脂肪,软骨,

21、骨,间充质干细胞的分化脂肪 软骨骨,骨髓间充质干细胞的外表标志,外表标志 碱性磷酸酶(AKP)阳性: 甲状旁腺素抑制 ， VitD3促进 外表特异受体：CD44+ 不具有造血系细胞独有的CD14、CD34和CD45等外表抗原,骨髓间充质干细胞的外表标志外表标志,人间充质细胞的表达物,Adhesion Molecules C D,ALCAM 166ICAM - 1 54ICAM - 2 102ICAM - 3 50E-selectin 62EL-selectin 62LP-selectin 62PCadherin 5 144LFA - 3 58PECAM - 1 31NCAM 56HCAM 44

22、VCAM 106Hyaluronate receptor 44,1,人间充质细胞的表达物Adhesion Mol,人间充质细胞的表达物 2,Integrins CD,Integrin4 104 VLA - 11 49a VLA - 12 49b VLA - 1 29,Cytokines,IL - 6, 7, 8, 11, 12, 14, 15 M-CSF, FL, SCF, LIF,Induced by IL-1,G - CSF , GM - CSF , IL,1 IL - 6, 8, 11, LIF,人间充质细胞的表达物 2,培养48-72小时后出现的纺锤形的贴壁细胞,MSC/MC 的第一步

23、别离,间充质干细胞MSC 间充质祖细胞MC,培养48-72小时后出现的纺锤形的贴壁细胞 MSC/M,培养10天后出现的MC集丛,培养10天后出现的MC集丛,培养14天后出现致密贴壁的细胞集合单层,培养14天后出现致密贴壁的细胞集合单层,骨髓干细胞的定向分化简图,骨髓,T淋巴细胞,淋巴样前体细胞,NK细胞,专能干细胞,前成骨细胞,骨细胞,成骨细胞,间充质干细胞,造血干细胞,内皮细胞,骨髓脂肪细胞,造血基质细胞,B淋巴细胞,中性粒细胞,碱性粒细胞,酸性粒细胞,血小板,单核/巨噬细胞,红血球,髓样前体细胞,骨髓干细胞的定向分化简图骨髓T淋巴细胞淋巴样前体细胞NK细胞,骨髓干细胞的定向分化简图,骨髓干

24、细胞的定向分化简图,造 血 干 细 胞,骨髓 基 质细 胞 成纤维细胞 脂肪细胞 巨噬细胞 内皮细胞 网状细胞,外 胚 层 干 细 胞,内 胚 层 干 细 胞,中 胚 层 干 细 胞,间 充 质 干 细 胞 Mesenchymal Stem Cell ( M S C ),间 充 质(祖) 细 胞 Mesenchymal Cells (MC) SH 2 / 3 / 4 (+) CD 13, 29, 44, 50, 54, 73, 90, 105, 106, 166 (+) CD 34, 133, 45, 33, 2, 3, 4, 8, 14, 15, 16, 19, 20, 24 ( - ) 成

25、骨细胞 血管平滑肌细胞 软骨细胞 血管外层细胞 肌腱细胞 血管内皮细胞,胚 胎 全 能 干 细 胞 ESC,骨髓 基 质细 胞外 胚 层 干,骨髓干细胞应用研究现状,骨髓、脐血、外周血移植技术成熟 将基因导入骨髓干细胞治疗疾病 水平与国际同步,骨髓干细胞应用研究现状骨髓、脐血、外周血移植技术成熟,神经干细胞NSC,中枢神经系统中具有自我更新及分化成成熟脑细胞的能力的细胞,应用前景 移植修复受损神经 “有前途的脑癌治疗新手段 判断药物有效性、毒性神经元,神经干细胞NSC中枢神经系统中具有自我更新及分化成成熟脑,NSC 的生物学特性,缓慢的自我增殖能力：短暂的增殖期, 过渡放大细胞,再经过假设干次

26、分裂后产生分化细胞，有利于干细胞对特定的外界信号作出反响, 减少基因突变 自稳定性：生命区间中自我更新并维持其自身数目的恒定。此过程通过对称分裂: 不对称分裂两种方式实现。处于高度未分化状态:呈中间纤维抗原巢素蛋白(nestin) 阳性,而缺乏已分化细胞的抗原标志。具有多向分化潜能：可诱导分化成神经元、星形胶质细胞和少突胶质细胞三种主要神经组织成分。 可发生转分化和去分化,NSC 的生物学特性缓慢的自我增殖能力：短暂的增殖期, 过,神经干细胞,上海第二医科大学,CNS stem cells,Nestin (green) and Cul2 (red) - a protein known to i

27、nteract with the product of the tumor supressor gene VHL,神经干细胞上海第二医科大学CNS stem cells Ne,神经干细胞外表标志,STEM CELLS 干细胞,-Nestin (red)巢蛋白-GFAP (green) glial fibrillary acidic protein 胶质纤维酸性蛋白,PROGENITORS 祖细胞,神经干细胞外表标志STEM CELLS 干细胞-Nestin,NSC 的分布,胚胎期神经系统： 大脑皮层、海马、纹状体、嗅球、脑室沿线包括侧脑室、第三脑室和第四脑室、间脑、中脑、小脑、脊髓、视网膜成体

28、哺乳动物中枢神经系统： 两个NSC 聚集区: 侧脑室壁的脑室下层 海马齿状回的颗粒下层,NSC 的分布胚胎期神经系统：,NSC 的增殖分化机制,生长因子信号在NSC增殖中非常重要：EGF、PDGF、CNTF捷状神经营养因子、 BDGF脑源神经营养因子、IGF胰岛素样生长因子基因表达调控NSC 的分化 Delta-Notch 信号通路 Notch 激活 干细胞增殖 Notch 抑制 干细胞分化永生化：基因工程技术导入外源性癌基因,诱导干细胞的细胞周期不断循环往复,阻止细胞分化过程,从而NSC 获得永生,NSC 的增殖分化机制生长因子信号在NSC增殖中非常重要：,NSC 的分化条件,GGF雪旺氏细

29、胞 BMP-2，4 促进向星形胶质细胞分化 T3 少突胶质细胞,Bone morphogenetic protein 细胞因子骨架多型蛋白,NSC 的分化条件 GGF雪旺氏细胞Bone morpho,临床应用,细胞替代治疗： 移植入新生期和成年大鼠脑内, 整合到嗅泡、纹状体、皮质、小脑。分化为神经元、星形胶质细胞和少突胶质细胞。 修复神经元缺失 修复损伤的神经胶质治疗神经系统退行性疾病：帕金森病(PD) 、阿尔茨海默病(AD) 和亨廷顿病(HD)，帕金森氏病成活10年以上、 无排斥反响、 不具成瘤性,方法： 诱导病变部位本身神经干细胞 增殖分化 从患者体内别离神经干细胞，体外增殖和加工，再移植

30、到相应的病变部位。,临床应用细胞替代治疗：方法：,外源基因载体,转染报告基因(如LacZ基因)转染神经营养因子的基因(NGF转染神经递质合成酶(酪氨酸羟化酶)基因,用于治疗帕金森病,外源基因载体转染报告基因(如LacZ基因),表皮干细胞,定位： 胎儿时期 初级表皮嵴 成人 表皮基底层细胞 毛囊的膨胀部位,表皮干细胞定位：,A.无发囊表皮，干细胞位于基地底层 B.发囊，干细胞位于膨胀部位,A.无发囊表皮，干细胞位于基地底层 B.发囊，干细,典型特征,慢周期性(slow cycling)：如小鼠表皮干细胞的标记滞留可长达2 年; 干细胞的自我更新能力：表现为在离体培养时细胞呈克隆性生长,如连续传代

31、培养,细胞可进展140 次分裂,即产生1 1040个子代细胞; 对基底膜的粘附：干细胞主要通过表达整合素实现其对基底膜的粘附。,外表标志：integrin,典型特征 慢周期性(slow cycling)：如小鼠表皮干,分化的调控,细胞因子： 白细胞介素( ILs) 干细胞生长因子(SCF) 表皮细胞生长因子( EGF) 成纤维细胞生长因子( FGF) 肝细胞生长因子(HGF),分化的调控细胞因子：,肝干细胞,来源：内源性肝脏干细胞：存在于肝脏内具有增殖分化为肝细胞和胆管细胞的能力的一类细胞外源性肝脏干细胞 骨髓源性干细胞 Alison 等(2000) ：承受男性骨髓移植的女性患者体内出现了男性

32、肝细胞。 Lagasse 等报道,仅用小局部纯化的造血干细胞就可使急性肝衰竭大鼠的肝脏迅速恢复胰源性干细胞,肝干细胞来源：,肝干细胞的外表标志,肝干细胞的外表标志,肝脏干细胞和肝病的研究进展,肝损伤:肝细胞增生性反响可分为: (1) 代偿性增生或再生; (2) 肝细胞过度增生; (3) 干细胞增生。,肝脏干细胞和肝病的研究进展肝损伤:,肝脏干细胞应用前景,肝脏干细胞根底研究: 说明肿瘤的发生机制 肝脏干细胞移植研究: 能双向分化成肝细胞、胆管上皮细胞, 可替代受损肝细胞功能,刺激肝组织增生 肝脏干细胞移植的部位； 腹腔内移植、静脉移植、脾内移植、门脉或肝内移植,肝脏干细胞应用前景 肝脏干细胞根

33、底研究:,角膜缘干细胞的应用,角膜缘干细胞(corneal stem cells ,CSC) 位于角膜缘上皮层基底部, Pellegrini 等采用自体角膜缘干细胞治疗陈旧性碱烧伤患者,均成功。Rama 等对18 例眼化学烧伤患者移植自体角膜缘干细胞,1 年后,其中14 例病症得以改善;,角膜缘干细胞的应用,干细胞分化的调控,内源性调控 构造蛋白 多肽因子 端粒体酶,TGF PDGF LIF细胞膜外表分子Notch信号整合素,外源性调控,指给出适当的条件，对干细胞的增值和分化进展调控，使之向指定的方向开展,干细胞分化的调控内源性调控 TGF PDGF,内源性调控,细胞骨架成分膜收缩蛋白、细胞周

34、期素A,转录因子的调控 转录因子Oct4 白血病抑制因子LIFTcf/Lef转录因子家族,内源性调控 细胞骨架成分转录因子的调控,干细胞的信号通路,干细胞的信号通路,外源性调控,1分泌因子 TGF家族和Wnt信号通路胶质细胞衍生的神经营养因子GDNFWnts的作用机制是通过阻止-Catenin分解从而激活Tcf/Lef介导的转录，促进干细胞的分化。比方在线虫卵裂球的分裂中，邻近细胞诱导的Wnt信号通路能够控制纺锤体的起始点和内胚层的分化。,外源性调控1分泌因子,膜蛋白介导的细胞间的相互作用,有些信号是通过细胞-细胞的直接接触起作用的：-Catenin：介导细胞粘附连接的构造成分。穿膜蛋白Not

35、ch及其配体Delta或Jagged在果蝇的感觉器官前体细胞，脊椎动物的胚胎及成年组织包括视网膜神经上皮、骨骼肌和血液系统中，Notch信号都起着非常重要的作用。当Notch与其配体结合时，干细胞进展非分化性增殖；当Notch活性被抑制时，干细胞进入分化程序，发育为功能细胞,膜蛋白介导的细胞间的相互作用有些信号是通过细胞-细胞的直接接,整合素Integrin与细胞外基质,整合素家族是介导干细胞与细胞外基质粘附的最主要的分子。整合素与其配体的相互作用为干细胞的非分化增殖提供了适当的微环境。 当1整合素丧失功能时，上皮干细胞逃脱了微环境的制约，分化成角质细胞。,整合素Integrin与细胞外基质,

36、干细胞“壁龛(Niche) ,干细胞壁龛即干细胞生存的微环境 保持干细胞的生理状态、维持干细胞未分化的特性,同时也起到信号传导作用。,干细胞“壁龛(Niche) 干细胞壁龛即干细胞生存的微环境,肿 瘤 干 细 胞,肿 瘤 干 细 胞,肿瘤,机体在各种致瘤因素作用下，局部组织的细胞异常增生而形成的新生物，常表现为局部肿块 。,肿瘤 机体在各种致瘤因素作用下，局部组织的细胞异常增生而,发育生物学观点,肿瘤的细胞来源成熟分化的细胞去分化de-differentiation机体或组织内本已存在的干细胞在特定的分化水平停顿分化或分化失常dys-differentiation,发育生物学观点肿瘤的细胞来源

37、,肿瘤的起源肿瘤干细胞,Tannishtha , Sean JM , Michael FC,et al. Nature,2001,414:105,肿瘤是在具有无限增殖和自我更新潜能的很少一局部细胞的驱动下发生的，这一局部恶性转化的靶细胞即是肿瘤干细胞cancer stem cell。,新观点,肿瘤的起源肿瘤干细胞Tannishtha , Sean,Stewart S. Critical Reviews in Oncology/Hematology,2004,51:1,肿瘤起源于不同分化阶段的干细胞：如果致癌因子作用于未分化的干细胞，干细胞就成为肿瘤性干细胞而形成恶性肿瘤；如果致癌因子作用于近于

38、终末期分化而仍能合成DNA的细胞那么形成良性肿瘤；如果致癌因子击中的是中间状态的细胞会出现中等程度分化而介于这两种极端之间的肿瘤。,Stewart S. Critical Reviews in,肿瘤干细胞,目前还没有一个适宜的公认的定义。是存在于肿瘤组织中、极小一局部具有干细胞性质的细胞群体，具有自我更新的能力，是形成不同分化程度肿瘤细胞和肿瘤不断扩大的源泉。,肿瘤干细胞目前还没有一个适宜的公认的定义。,人乳腺癌手术标本,制成单细胞悬液，流式分群,分离小鼠移植乳腺癌的细胞，再次接种小鼠,不同细胞亚群移植入NAD/ SCID小鼠乳腺脂肪组织,CD44CD24/low细胞接种的小鼠12w时出现明显

39、肿瘤,未分类细胞5104才能形成肿瘤， CD44CD24/low细胞只需200个即可在小鼠乳腺中再次形成肿瘤。,表型相似包含肿瘤组织的各种成分,人乳腺癌手术标本 制成单细胞悬液，分离小鼠移,肿瘤干细胞的特点,极强的自我复制更新能力，能够产生与上一代完全一样的子代细胞。 不断的分化能力，能够产生不同表型的肿瘤细胞，并在体内形成新的肿瘤。 具有与非致瘤细胞不同的外表标志。在肿瘤中的所占的比例较少。,肿瘤干细胞的特点极强的自我复制更新能力，能够产生与上一代完全,研究肿瘤干细胞的意义,有望代替肿瘤细胞系，成为更加理想的肿瘤研究工具。用于研究肿瘤的发生机制，有助于研究观念的转变及对肿瘤本质的理解。为临床

40、有效地诊断出恶性生长细胞的存在部位并进展有效治疗，提供了新的思路。,研究肿瘤干细胞的意义有望代替肿瘤细胞系，成为更加理想的肿瘤研,肿瘤的传统治疗手段,手术、放疗、化疗 缺点：不彻底；复发；严重的副作用,肿瘤的传统治疗手段 手术、放疗、化疗,传统治疗的对象是肿瘤的整体。但大多数肿瘤细胞并无肿瘤源性, 其生长依赖于少量干细胞样的细胞。而目前的治疗并未有效地攻击这些细胞。 许多化疗药物靶向正在分裂的细胞。但干细胞大多处于休眠状态处于有丝分裂的静止期, 偶尔进展分裂。这可能使肿瘤干细胞与其它肿瘤细胞对化疗药物的敏感性上存在着差异。,肿瘤传统治疗手段失利的原因,传统治疗的对象是肿瘤的整体。但大多数肿瘤细

41、胞并无肿瘤源性,将治疗的重心转向肿瘤干细胞,在信号途径的研究中寻找新的诊治靶点。 诱导分化。需要注意的是, 对于血液系统、肝脏、中枢神经系统等重要器官, 其治疗既要面向肿瘤干细胞, 又要保护正常的干细胞。而另外一些器官, 如子宫、乳腺及前列腺等, 暂时可不考虑正常干细胞的保护问题, 应成为优先研究的方向。可行性：已有研究证实，个别化疗药物既可杀灭白血病干细胞而又不破坏正常的造血干细胞。,将治疗的重心转向肿瘤干细胞在信号途径的研究中寻找新的诊治靶点,干细胞治疗研究及临床应用,干细胞治疗研究及临床应用,干细胞治疗研究及其临床应用,造血干细胞移植干细胞和糖尿病治疗干细胞和眼内移植神经干细胞治疗帕金森

42、病、阿尔海默病及其神经系统损伤皮肤干细胞与皮肤损伤修复血管内皮干细胞与血管新生干细胞移植与心肌梗死的治疗,干细胞治疗研究及其临床应用造血干细胞移植,造血干细胞移植,1990年，美国的墨里和托马斯分别因为在肾移植和骨髓移植方面作出的重要奉献，共同获得该年度的诺贝尔生理和医学奖。这是临床医生首次获得此殊荣,开展简史：,造血干细胞移植1990年，美国的墨里和托马斯分别因为在肾移植,造血干细胞移植,造血干细胞移植这朵器官移植领域的奇葩，在近30年里迅速开展壮大，为白血病、再障、先天免疫缺陷病、恶性实体瘤等60多种顽疾提供了崭新的、卓越有效的治疗方法。,开展简史：,造血干细胞移植造血干细胞移植这朵器官移

43、植领域的奇葩，在近30,造血干细胞移植,开展简史：,萌芽阶段：20世纪30年代 初入阶段：19581963快速开展： 20世纪30年代,人类白细胞抗原HLA系统的发现新型免疫抑制剂抗细菌、病毒感染药物重组造血生长因子等支持疗法,造血干细胞移植开展简史：萌芽阶段：20世纪30年代 人类白细,1968年 Gatti等成功为一位重症联合免疫缺陷患儿实施HLA相和的同胞间骨髓移植.1969年,西雅图骨髓移植中心为110名终末期白血病和再障实施HLA相和的同胞间骨髓移植.1978年,Thomas报道100例白血病患者中有13例长期生存下来.1972年,国际骨髓移植登记处(IBMTR)成立,目前库存450

44、万例1975年,欧洲骨髓移植小组(EBMTG)正式成立,目前库存370万例1992年,我国成立中国造血干细胞捐赠者资料库(即中华骨髓库),2002年全面启动,目前库存3万例.,造血干细胞移植,1968年 Gatti等成功为一位重症联合免疫缺陷患儿实施H,造血干细胞移植的分类,1 骨髓移植BMTbone marrow transplantation 2 外周血干细胞移植PBSCT3 脐带血干细胞移植CBCST4 CD34细胞移植CD34 T,一、根据HSC来源分类,造血干细胞移植的分类1 骨髓移植BMTbone marr,造血干细胞移植的分类,1 自体造血干细胞移植 AHSCTautologou

45、s haematopoietic stem cell transplantation2 同基因(synogeneic) 3 异基因( allogeneic) Allo-HSCT,二、根据供者遗传学分类,造血干细胞移植的分类1 自体造血干细胞移植 AHSCTau,造血干细胞移植的分类,1 去除骨髓性干细胞移植MSCT Myeloablative stem cell transplatation2 非去除骨髓性干细胞移植NSCT Nonmyeloablative stem cell transplatation,三、根据预处理的方法分类,造血干细胞移植的分类1 去除骨髓性干细胞移植MSCT三、,临

46、床准备,一、病人选择(具备以下条件)1 年龄小于45岁2 全身一般状态好3 无心肺肝肾等重要脏器损害者4 无严重或未控制的感染5 无严重药物过敏6 无严重精神障碍史,临床准备一、病人选择(具备以下条件),临床准备,二、供者选择(Allo-HSCT采用)1 HLA相合A24、B52、DR202 无心肺肝肾等重要脏器损害者3 无精神障碍史4 无影响移植的传染病,临床准备二、供者选择(Allo-HSCT采用),临床准备,三、HSCT前准备1 拟定造血干细胞移植的方案2 了解药物过敏史和输血史3 全面的体格检查4 详细的实验室检查5 防治感染6 供者骨髓采集术术前准备7 外周血干细胞的发动和采集,临床

47、准备三、HSCT前准备,一拟定方案1 HSC (Allo Auto CB)方式的选择2 与家属的谈话及签字3 从HSC采集到出无菌层流室的用药安排,HSCT前准备,一拟定方案HSCT前准备,四详细的实验室检查1 常规检查三大常规 BCA BM和脑脊液2 重要脏器功能检查心肺肝肾免疫甲状腺3 移植相关检查血型 HLA配型 MLC4 特异标记检查血型 RBC同功酶遗传学标记5 细菌学检查口咽鼻外耳皮肤大便和尿6 病毒的检查HV CMV EBV,HSCT前准备,四详细的实验室检查HSCT前准备,六供者骨髓采集术前准备限于BMT1 知情谈话和签字2 备自体血600一800m1,HSCT前准备,六供者骨

48、髓采集术前准备HSCT前准备,五、PBSC发动方案限于PBSCT1 造血生长因子Auto or Allo2 大剂量化疗Auto 3 大剂量化疗合用造血生长因子Auto ,HSCT前准备,五、PBSC发动方案HSCT前准备,一BM采集部位 髂骨前、后麻醉 硬膜外并发症 局部疼痛和短暂发热采集前备血 自/异体血800ml,HSCT前准备,六、HSC采集,一BM采集HSCT前准备六、HSC采集,HSCT前准备,六、HSC采集,二PBSC采集血细胞别离机别离PBSC采集量MNCauto2 108/kg allo&syn 5-8108/kg并发症 短暂WBC和PLT减少,HSCT前准备六、HSC采集二P

49、BSC采集,HSCT前准备,六、HSC采集,三 CBSC采集方法双钳夹住脐带距脐6cm钳间切断消毒穿刺处脐静脉穿刺收集到有抗凝剂的采血袋中每次可采集42-240ml,新生儿娩出后开场分娩后分钟完毕,HSCT前准备六、HSC采集三 CBSC采集方法新生儿娩出,并发症,移植物抗宿主病 GVHD感染 消化道并发症 泌尿系并发症 中枢神经系统并发症 移植失败,异基因HSCT时供体T淋巴细胞攻击受者各器官引起,供者的干细胞未在受者体内生长宿主的免疫系统排斥,并发症 移植物抗宿主病 GVHD异基因HSCT时供体T淋巴细,治疗效果,重型再障 50-70%长期存活重型地贫 64-73%成功MDS Auto 2

50、7% Allo 31%ALL 46-50%AML 42-46%CML 60%NHL 50-70%MM 70%有效率其它 个案报道,急性髓细胞样白血病,急性淋巴细胞性白血病,慢性髓细胞样白血病,非何杰金(氏)淋巴瘤,骨髓增生异常综合征,多发性骨髓瘤,治疗效果重型再障 50-,干细胞研究进展,干细胞研究进展,干细胞研究进展,干细胞移植与心肌梗死的治疗,心脏疾患的治疗 修复缺血或损坏的心肌 使心肌细胞再生骨髓基质干细胞参加5-氮杂胞苷azacytidine) 培养24 h, 自发跳动 参加5-氮杂胞苷培养24 h 30% 自发跳动细胞 合成心房肽和脑钠肽骨髓干细胞注射到心肌梗死区域的交界处, 发现梗