干细胞与组织再生

第十一章　干细胞与组织再生

大纲要求

1．掌握干细胞的生物学特性、不同类型干细胞的获取。

2．了解组织再生的基本概念。

重点和难点

1．重点

（1）干细胞的生物学特性。

（2）干细胞获取的技术原理。

2．难点：维持干细胞分化状态的机制。

内容精要

一、干细胞

1．干细胞是一类具有自我更新和分化潜能的细胞。

2．可以分化产生一种以上的“专业”细胞。

3．根据分化潜能可将其分为全能干细胞、多能干细胞、专能干细胞以及单能干细胞。

4．根据细胞来源将干细胞分成胚胎性干细胞和成体干细胞。

二、干细胞的生物学特性

1．干细胞的形态和生化特征。

2．干细胞增殖的缓慢性、自稳定性。

3．干细胞的分化特征：转分化、去分化。

4．干细胞增殖与分化的微环境。

三、胚胎干细胞

1．胚胎干细胞（embryonic stem cells，ES细胞）是从早期囊胚内细胞团经体外培养、分离、克隆得到的具有发育多能性的细胞。

2．胚胎干细胞具有以下特点：①体外培养可以无限增殖；②可以长期保持原始未分化的状态；③可以分化成为衍生于3个胚层的各类组织细胞，包括生殖细胞。

3．目前获得胚胎干细胞的方法主要有3种：①人多能干细胞可以取自体外受精胚胎囊胚期内细胞团细胞；②人多能干细胞可以取自终止妊娠的胎儿原始生殖嵴组织；③取自去核卵细胞经体细胞核移植后产生的融合细胞进一步分裂发育成囊胚，再取其内层细胞培养形成多能干细胞。

四、组织的再生与医学

通过人类干细胞培养，再生人体组织和器官进行替代组织治疗疾病。

综合练习题

一、名词解释

1．干细胞（stem cell）

2．成体干细胞（adult stem cell）

3．转分化（trans－differentiation）

4．不对称分裂（asymmetry division）

5．过渡放大细胞（transit amplifying cell）

二、填空题

1．干细胞是一类具有________和_______特性的细胞。

2．根据干细胞的分化潜能，分为_______、_______、_______以及_______。

3．受精卵发育到囊胚阶段，外表是一层扁平细胞为_______，可以发育成胚胎的支持组织如胎盘等。中心的腔称_______，腔内一侧的细胞群被称为_______，后者进一步形成_______个胚层。

4．_______为目前广泛用于鉴定胚胎性干细胞是否处于未分化状态的一个重要的标记分子。

5．细胞每分裂1次，端粒即减少_______bp，以致细胞逐渐衰老。

三、是非题

1．在个体发育不同阶段的不同组织中均存在着干细胞，只是随着发育过程的延伸，干细胞的数量和分化潜能均逐渐降低。

2．内细胞团可以形成每一种组织，因此是一种全能干细胞。

3．干细胞具有快速的增殖分裂能力，且这种能力是无限的。

4．干细胞通过对称分裂来维持其自稳定性。

5．干细胞向其前体细胞的逆向转化称为干细胞的转分化。

6．神经干细胞存在于胚胎神经系统及成年脑的某些特定部位，其特征性的生物学标志为神经巢蛋白（nestin）。

7．组织再生工程通过自体细胞在ECM、生长因子等环境下，进行分裂、增殖、分化以重新构筑患者自己的组织。

四、选择题

（一）单选题

1．下列哪一条关于干细胞的叙述是正确的

A．不具有分裂增殖能力，但能分化产生一种以上专业细胞的原始细胞

B．具有分裂增殖能力，并能分化产生一种以上专业细胞的原始细胞

C．在胚胎发育过程中，具有分裂增殖能力，但不能分化产生专业细胞的原始细胞

D．干细胞通常呈圆形或椭圆形，体积较小，核质比也相对较小

E．干细胞中端粒酶活性随干细胞的进一步分化而逐渐增高

2．下列哪一条关于干细胞的叙述是正确的

A．干细胞具有明确的形态学特征，可以进行直接分离和纯化

B．干细胞具有明确的特异的生化特征，可以进行直接分离和纯化

C．干细胞具有明确的存在部位，可以进行直接分离和纯化干细胞

D．干细胞具有较高的端粒酶活性，可以用来进行分离和纯化干细胞

E．分离和纯化干细胞，必须观察细胞是否具有增殖能力和自我更新能力，并在适当条件下表现出一定的分化潜能

3．下列哪一种现象是干细胞的去分化

A．神经干细胞分化形成神经元

B．神经干细胞分化形成神经胶质细胞

C．神经干细胞分化称为造血细胞

D．造血干细胞分化成为肌细胞

E．造血干细胞逆转成为胚胎干细胞

4．受精卵细胞属于

A．胚胎干细胞　　　B．全能干细胞　　　C．多能干细胞

D．专能干细胞　　　E．成体干细胞

5．以下哪种物质是神经干细胞所特有的生化标志

A．端粒酶　　　　　B．巢蛋白　　　　　C．角蛋白15

D．SSEA－3　　　　 E．SSEA－4

6．以下哪种物质是表皮干细胞所特有的生化标志

A．端粒酶　　　　　B．巢蛋白　　　　　C．角蛋白15

D．SSEA－3　　　　 E．SSEA－4

7．干细胞的不对称分裂是指

A．干细胞分裂时产生的子细胞一大一小

B．干细胞分裂时产生的子细胞1个是干细胞，另1个是特定分化细胞

C．干细胞分裂时产生的子细胞均是特定分化细胞，或均是干细胞

D．干细胞分裂时产生1个干细胞，3个特定分化细胞

E．干细胞分裂时产生3个干细胞，1个特定分化细胞

8．干细胞的对称分裂是指

A．干细胞分裂时产生的子细胞一大一小

B．干细胞分裂时产生的子细胞1个是干细胞，另1个是特定分化细胞

C．干细胞分裂时产生的子细胞均是特定分化细胞，或均是干细胞

D．干细胞分裂时产生1个干细胞，3个特定分化细胞

E．干细胞分裂时产生3个干细胞，1个特定分化细胞

9．1998年，Thomson利用哪些细胞获得人胚胎干细胞

A．人受精卵发育形成囊胚期的内细胞团细胞

B．流产胎儿的性腺嵴细胞

C．流产胎儿的肠系膜细胞

D．流产胎儿的卵黄囊细胞

E．体细胞核移植技术产生杂合细胞发育而来的囊胚期内细胞团细胞

10．胚胎干细胞中不表达以下哪种物质

A．端粒酶　　　　　B．巢蛋白　　　　C．碱性磷酸酶

D．SSEA－3　　　　 E．SSEA－4

11．囊胚的内细胞团

A．可形成各器官系统，所以它是全能干细胞

B．虽然可以形成每一种组织，但它不能形成完整的婴儿，因为它不能形成胎盘和支持组织，所以被称为多能干细胞

C．因为它不能形成胎盘和支持组织，所以被称为专能干细胞

D．属于成体干细胞

E．可表达巢蛋白

12．胚胎干细胞是

A．未分化的多能性细胞，可分化为外、中、内3种胚层

B．不表达畸胎瘤细胞的表面抗原

C．具有分化成为内胚层的潜能，但不具有分化为中胚层的潜能

D．具有分化成为中胚层的潜能，但不具有分化为内胚层的潜能

E．具有分化为外胚层的潜能，但不具有分化为中胚层的潜能

13．精子形成过程的第一步是

A．As型精原细胞分裂分成两个部分，形成两个分离的干细胞

B．As型精原细胞分裂分成两个相连的子细胞，形成Apr型精原细胞

C．Apr型精原细胞经过多次分裂形成Aal型精原细胞

D．Aal型精原细胞分化为A₁、A₂、A₃、A₄及中间型精原细胞

E．B型精原细胞经过多次分裂，体积增大，分化为初级精母细胞

14．精子生成过程中不可逆的调控点是

A．As型精原细胞分裂分成两个部分，形成两个分离的干细胞

B．As型精原细胞分裂分成两个相连的子细胞，形成Ap型精原细胞

C．Ap型精原细胞经过多次分裂形成Aal型精原细胞

D．Aal型精原细胞分化为A₁型精原细胞

E．B型精原细胞经过多次分裂，体积增大，分化为初级精母细胞。

15．下列有关过渡放大细胞的叙述是错误的

A．是介于干细胞和分化细胞之间的过渡细胞

B．过渡放大细胞分裂速度比干细胞要快

C．过渡放大细胞分裂速度比干细胞要慢

D．过渡放大细胞可经多次分裂后，产生分化细胞

E．可以通过较少的干细胞产生较多的分化细胞

16．以下有关干细胞增殖的特性哪条是错误的

A．增殖的缓慢性，有利于干细胞对外界信息做出正确的反应

B．较快的分裂速度，可迅速产生大量的分化细胞

C．干细胞增殖，首先要经过一个增殖期，产生过渡放大细胞

D．干细胞增殖系统具有自稳定性，以保证干细胞数目的恒定

E．干细胞增殖缓慢，有利于细胞校正细胞内DNA复制错误

17．以下哪个现象是干细胞的转分化

A．神经干细胞分化形成神经元

B．神经干细胞分化形成神经胶质细胞

C．卵黄囊内胚胎有核红细胞分化为造血干细胞

D．造血干细胞分化成为肌细胞

E．造血干细胞逆转成为胚胎干细胞

18．与造血干细胞的移行、数目维持与分化无关的因子有

A．成纤维细胞生长因子1

B．成纤维细胞生长因子2

C．锌指蛋白转录因子GATA－1

D．PU1

E．巢蛋白

19．人造血干细胞的表面标志包括

A．CD34^＋、CD38^－、Lin^－、ThY＋、c－Kit^＋等

B．CD34＋、CD38－、Lin^－、ThY＋、CD44等

C．CD34^＋、CD38^－、Lin^－、ThY＋、SH2等

D．CD34^＋、CD38^－、Lin^－、ThY＋、SH3等

E．CD29、CD38^－、Lin^－、ThY＋、c－Kit^＋等

20．间充质干细胞的表面标志有

A．SH2、SH3、CD29、CD44、c－Kit^＋等

B．SH2、SH3、CD29、CD44、CD45等

C．SH2、SH3、CD29、CD34、c－Kit^＋等

D．SH2、SH3、CD29、CD44、CD71等

E．CD29、CD38^－、Lin^－、ThY＋、c－Kit^＋等

（二）多选题

21．关于过渡放大细胞的叙述下列哪些正确

A．是介于干细胞和分化细胞之间的过渡细胞

B．过渡放大细胞分裂速度比干细胞要快

C．过渡放大细胞分裂速度比干细胞要慢

D．过渡放大细胞可经多次分裂后，产生分化细胞

E．是失接触抑制增殖的细胞

22．按照干细胞的分化潜能，可将干细胞分为

A．全能干细胞　　　　B．多能干细胞　　　　C．专能干细胞

D．无能干细胞　　　　E．神经干细胞

23．干细胞的增殖特性有

A．增殖的缓慢性，有利于干细胞对外界信息做出正确的反应

B．较快的分裂速度，可迅速产生大量的分化细胞

C．干细胞增殖首先要经过一个增殖期，产生过渡放大细胞

D．干细胞增殖系统具有自稳定性，以保证干细胞数目的恒定

E．失接触抑制增殖

24．囊胚期内细胞团属于

A．全能干细胞　　　　B．多能干细胞　　　　C．专能干细胞

D．胚胎干细胞　　　　E．成体细胞

25．Insc是果蝇感觉器官前体细胞不对称分裂的调控基因之一，Insc蛋白至少有3个方面的作用

A．不对称地分配细胞膜上的细胞定向决定因子

B．不对称地分配细胞内RNA

C．不对称地分配细胞核内DNA的分布

D．决定细胞分裂时，纺锤体的取向

E．决定细胞凋亡的时相

26．1998年，Gearhart利用哪些细胞获得人胚胎干细胞

A．人受精卵发育形成囊胚期的内细胞团细胞

B．流产胎儿的性腺嵴细胞

C．流产胎儿的肠系膜细胞

D．流产胎儿的卵黄囊细胞

E．流产胎儿的绒毛膜

27．多能干细胞可进一步分化为

A．肠干细胞　　　　B．造血干细胞　　　　　C．肝干细胞

D．神经干细胞　　　E．胚胎干细胞

28．干细胞的转分化指以下哪些现象

A．神经干细胞分化形成神经元

B．神经干细胞分化形成神经胶质细胞

C．神经干细胞分化成为造血细胞

D．造血干细胞分化成为肌细胞

E．胚胎干细胞分化成肝干细胞

29．胚胎干细胞的特征有

A．体积小，核大，有1个或多个核仁

B．克隆紧密堆积，无明显的细胞界限

C．表达早期胚胎未分化细胞的标志

D．端粒酶活性高

E．细胞核中异染色质的含量较受精卵低

30．关于间充质干细胞叙述下列哪些正确

A．全能干细胞　　　　B．多能干细胞　　　　C．专能干细胞

D．成体干细胞　　　　E．胚胎干细胞

五、简答题

1．什么是胚胎干细胞？其研究有何意义？

2．什么是间充质干细胞？有何作用？

3．什么是干细胞增殖与分化的微环境？

六、论述题

1．干细胞增殖有哪些特性？有何意义？

2．试述精原细胞的增殖和干细胞再生的过程及其特点。

参考答案

一、名词解释

1．干细胞是处于分化过程中仍具有增殖分裂能力，并能分化产生一种以上的“专业”细胞的原始细胞。根据其存在的部位以及分化潜能的大小，将其分为胚胎干细胞和成体干细胞。胚胎干细胞是具有分化成为机体任何一种组织器官潜能的细胞，如囊胚内细胞团中的细胞；成体干细胞是存在于成熟个体各种组织器官中的干细胞，具有自我更新能力，但通常只能分化成为相应或相邻组织器官的专业细胞。

2．成体干细胞是在成体组织中具有自我更新能力，能分化产生一种或一种以上组织细胞的未成熟细胞。例如造血干细胞、间充质干细胞、神经干细胞、表皮干细胞、肠干细胞、肝干细胞等。

3．由一种组织类型的干细胞在适当条件下分化为另一种组织类型细胞的现象。

4．是细胞分裂时产生异型的细胞，如两个子细胞一个是干细胞，而另一个是分化细胞。

5．是介于干细胞和分化细胞之间的过渡细胞，其分裂较快，经若干次分裂后产生分化细胞，其作用是可以通过较少的干细胞产生较多的分化细胞。

二、填空题

1．自我更新　分化潜能

2．全能干细胞　多能干细胞　专能干细胞　单能干细胞

3．滋养层　囊胚腔　内细胞团　3

4．Oct－4

5．50～100

三、是非题

1．√2．╳3．╳4．╳5．╳6．√7．√

四、选择题

1．B　2．E　3．E　4．B　5．B

6．C　7．B　8．C　9．A　10．B

11．B　12．A　13．B　14．D　15．C

16．B　17．D　18．E　19．A　20．D

21．A、B、D　22．A、B、C　23．A、C、D　24．D　25．A、B、D

26．B、C　27．A、B、C、D28．C、D　29．A、B、C、D30．C、D

五、简答题

1．有以下特性和意义：①具有多能性分化潜能；②能在体外无限增殖并保持未分化状态；③胚胎干细胞不仅能从囊胚的内细胞团中获得，也可从其他途径获得；④胚胎干细胞可表达早期胚胎细胞的抗原；⑤研究药物毒性和安全性检测以及用于组织工程和细胞治疗。

2．间充质干细胞：①形成于发育中的骨髓腔；②属于专能性干细胞；③可分化为多种间充组织，如骨、关节、肌腱、肌肉、骨髓基质等；④骨损伤、先天性骨组织畸形的治疗方面将有广泛应用。

3．干细胞增殖与分化：①干细胞在机体组织中的居所；②所有调控干细胞增殖分化的外界信号构成了干细胞生存的微环境；③干细胞的微环境包括三方面，分泌因子、受体介导的细胞间作用、整合素和胞间基质。

六、论述题

1．干细胞的增殖特性具有缓慢性和干细胞增殖系统的自稳定性。所谓缓慢性是指在细胞进入分化程序前，首先进入一个缓慢的增殖期，产生过渡放大细胞。过渡放大细胞是介于干细胞核分化细胞之间的过渡细胞，经若干次分裂后产生分化细胞，其作用是可以通过较少的干细胞产生较多的分化细胞。干细胞分裂较慢，过渡放大细胞分离较快。干细胞缓慢增殖有利于其对特定的外界信号作出反应，已决定是进入增殖还是进入分化程序，同时有利于减少干细胞内基因突变的危险。

干细胞增殖系统的自稳定性是干细胞在生物个体生命区间中自我更新并维持自身数目恒定，这是干细胞的基本特征之一。生物体往往通过不对称分裂来保持其自稳定性。所谓对称分裂指干细胞分裂时产生同型的细胞，如两个子细胞全是干细胞或全是分化细胞。不对称分裂是细胞分裂时产生异型的细胞，如两个子细胞一个是干细胞，而另一个是分化细胞。不对称分裂是无脊椎动物干细胞维持自身数目恒定的方式。不对称分裂受一系列基因的控制。哺乳类动物的干细胞分裂较为复杂，可产生两个干细胞，也可产生两个特定的分化细胞。因此，哺乳动物的干细胞是种群意义上的不对称分裂，而不是单细胞意义上的，称为种群不对称分裂。高度进化的哺乳动物对其干细胞分裂的调控是多角度、多层次、十分精确的，以保持干细胞数目的恒定。干细胞的自稳定性是其区别于肿瘤细胞的本质性特征。

2．精原细胞分为A和B两型。A型精原细胞又分为3型：As、Apr、Aal，其中As型精原细胞是精子发生的干细胞。As型精原细胞分裂分成两个部分：一是形成两个分离的干细胞，以保持其数量的恒定；另一部分是两个子细胞相连，形成Apr型精原细胞，其经过多次分裂形成Aal型精原细胞，再进一步分化为A₁、A₂、A₃、A₄及中间型精原细胞，最终分化为B型精原细胞。B型精原细胞经过多次分裂，体积增大，分化为初级精母细胞。精原细胞分化的控制涉及多个因素，是极其精确的。Aal型精原细胞分化为A₁型精原细胞是精子生成过程中不可逆转的调控点。精原细胞的凋亡是精子形成过程中必不可少的过程，以保证原始生殖母细胞数量以及密度的恒定。涉及精原细胞凋亡的因子很多，如Bcl－2家族、P53蛋白等。

（复旦大学上海医学院　郭　锋）