干细胞的生物学特性中科博生 [复制链接]

最新研究表明，与成熟的体细胞相比，干细胞具有一些独特的生物学特性。

（一）干细胞缺乏分化标记,终生保持未分化或低分化特征。

干细胞属非终末分化细胞,终生保持未分化或低分化特征,缺乏分化标记。目前已知的部分干细胞标记物有/p>

1.ESC标志物

2.造血干细胞标志彩

3.间质干细胞标志物

4.神经干细胞标志物

中科博生。

(二)干细胞在机体的数目、位置相对恒定

干细胞的数量受到机体的严格控制,在组织中的数量非常少,如骨髓中的间充质干细胞(marrowstromacell,MSC)数量每10～10°单个核细胞中为2～5个,且数量随年龄的增长而降低。成体干细胞的数目和位置相对恒定与其维持和修复特定组织器官、保持其稳定性相适应。中科博生。

(三)干细胞具有自我更新及增殖能力

干细胞形成后,在机体内终生都具有自我更新能力。干细胞以两种分裂生长方式来完成自我更新,一种是对称分裂,可形成两个相同的子代干细胞;另一种是非对称分裂,非对称分裂中一个子代细胞保持亲代的特征,仍作为干细胞保留下来,另外一个子代细胞不可逆地分化为功能专一性终末分化细胞。干细胞通过非对称分裂进行自我更新和产生分化祖细胞,对维持机体组织器官的稳定性具有重要意义。干细胞的自我更新能力在体内表现为可增殖分化形成组织的全部细胞并维持自身的数量,体外则表现为克隆性生长。

干细胞在体内、体外都有较强的增殖能力,通过扩增以增加干细胞数量。干细胞的高度增殖能力对机体组织器官稳态的维持具有重大意义，因此干细胞高度扩增不但对机体正常功能的维持起着重要的作用,而且对干细胞的研究和应用也具有现实意义。当然,干细胞的扩增能力并非无限制,例如,在体外培养时,MSC的倍增时间、传代能力及分化潜能与细胞接种的密度有关,传至20～25代时,MSC分化潜能降低并发生衰老凋亡。中科博生。

（四)干细胞具有多向分化潜能

干细胞具有分化为多种细胞类型的潜能,但不同干细胞的分化潜能有所不同。ESC具有全能性,分化能力最强,可分化发育成构成机体任何一部分组织器官的能力。在体外,胚胎干细胞可被诱导分化出包括3个胚层在内的所有分化细胞;在体内,胚胎干细胞可诱导分化为造血千细胞、血管及内皮细胞、心肌细胞和肌肉细胞、神经细胞及其他分化细胞。而多能干细胞仅具有向有限细胞系分化的能力,如分离纯化的造血干祖细胞能够在体外大量扩增和向红细胞、粒细胞、巨核细胞等各类功能血细胞和免疫活性细胞定向分化。单能干细胞只能向一种类型或密切相关的两种类型的细胞分化,如血管内皮干细胞最终分化为成熟的梭形内皮细胞。多能干细胞具体向哪一方向分化受到所属周围微环境,即所谓干细胞壁龛(niche)的影响。Alison和Lagasse等分别报道HSC可在体内分化成肝细胞。崔磊以及威克姆等都已成功地利用成年人的脂肪干细胞培育出了骨骼、软骨细胞及神经细胞,并已进行了组织修复方面的临床应用,获得了较好的远期效果。中科博生。

（五)干细胞分裂的慢周期性与DNA永生化链学说

大部分器官中绝大多数干细胞处于G。期的相对静息状态,分裂较少,寿命较长。只有当组织需要周期性更新或替换时,干细胞增殖活性才被激活,缓慢而有节律地自我复制,分化为成熟的终末分化细胞,用于组织的维持和修复。采用在新生动物细胞分裂活跃时掺入氟标的胸苷的办法,可证实干细胞分裂的慢周期性。由于干细胞分裂缓慢,因而可长期探测到放射活性,比如小鼠表皮干细胞的标记滞留可长达2年。这种标记滞留也与DNA永生化链（DNAimmortalstrands）有关。DNA永生化链假说认为成体干细胞在不对称分裂过程中,含有相对比较古老的DNA链(永生化链）的染色体总是被分配给将要成为干细胞的子代细胞,含有相对新合成DNA链的染色体被分配给趋向分化并最终衰老死亡的另一个子代细胞。中科博生。

由此推测DNA永生化链可能具有赋予细胞永生化(自我更新)的能力,而含有新合成链的染色体可能具有赋予细胞分化的能力。

（六）干细胞具有迁移和归巢能力

干细胞具有归巢能力,所谓干细胞巢即自然条件下干细胞周围的微环境组成,胎干细胞会按机体需求,自行迁移、定位于各个组织器官的干细胞巢当中,这一过程称为干细胞的归巢。干细胞在体内具有很强的迁移和归巢能力。如果某一组织器官受损严重,其内在的干细胞不足以恢复组织正常结构,骨髓MSC会迁移至受损部位,在局部微环境的诱导下分化发育为相应的组织细胞类型,修复受损组织。在干细胞移植研究中发现,干细胞具有向其起源部位、功能及解剖区域或受损组织部位趋化迁移的非凡能力。中科博生。

（七)干细胞表达高活性的端粒酶

在人体的正常细胞中,只有生殖细胞、干细胞和部分免疫细胞表达端粒酶活性。端粒酶在干细胞寿命的维持上起重要作用。端粒酶活性在细胞分化发育过程中的诱导表达是短暂的,在终末分化细胞出现之前会下降到一个基本水平。CD34被认为是HSC的标志物。外周血和骨髓来源的CD34细胞在体外用混合生长因子诱导分化后,其端粒酶活性下降。用干细胞因子、FMS样酪氨酸激酶3（FmslikeTyrosineKinase,Flt3)配体、集落刺激因子(CSF)等体外扩增脐血CD34!细胞两周后,端粒酶活性上升近9倍,端粒的长度得到有效维持。用干细胞因子和IL-3或L-6扩增入外周血CD34细胞,在细胞数量增加之前,其端粒酶活性已经快速升高。骨髓MSC在12代以内能够保持端粒酶活性。干细胞一旦发生分化,其端粒酶活性则急剧下降,端粒随着细胞的分裂而逐渐缩短。中科博生。

（八）干细胞具有SP细胞特性

干细胞表达有多种ABC转运蛋白,能够抵抗放射线、药物和毒素。如其成员之一的ABCG2特异性的表达,决定了在猴骨髓细胞、小鼠骨骼肌细胞和ESC中存在外排荧光染料Hoechst的SP表型的细胞(详见第七章）。通过移植骨髓来源的SP细胞可以获得再生的心肌和骨骼肌细胞,证明SP细胞具有潜在的分化可塑性。SP细胞特性是干细胞的特性之一。同时,ABCG2在SP细胞上的专一表达,使ABCG2成为成体多能干细胞阳性筛选的候选标志物之一。中科博生。

（九）干细胞的低免疫原性

研究发现,将同种异体或异种的骨髓MSC通过局部直接注射、蛛网膜下腔注射、动脉或静脉注射等不同途径移植入受者体内后,并未发生免疫排斥反应,表明骨髓MSC的免疫原性较低。有研究报道,人MSC可在免疫功能正常的绵羊体内存活达13个月而不发生免疫排斥;将神经干细胞移植入中枢神经系统后免疫排斥反应轻微,可能是由于血脑屏障的存在使脑和脊髓成为免疫豁免区有关。中科博生。

（十）干细胞分泌生物活性因子及免疫调节作用

干细胞能分泌生长因子、细胞因子、调节肽、干细胞特异性归巢趋化及营养因

子等多种生物活性因子。这些生物活性因子在局部形成复杂的生物活性因子网络,调节组织细胞的代谢及其相应的细胞和组织器官生物功能,并受缺血缺氧、生长因子、性别和激素等多因素的调节。干细胞除了能够调节组织细胞生物功能外,对免疫细胞同样也有调节作用。实验证实,MSC对T细胞、B细胞和NK细胞的增殖有抑制作用,但相关的调节机制非常复杂,影响因素众多。中科博生。

（十一）干细胞与干细胞微龛

支持干细胞生存的局部特殊微环境称为干细胞微龛,又称干细胞小生境或干细胞微环境(niche),其作用是滋养干细胞并保持干细胞稳定的功能状态,既保护正常干细胞不受各种信号的干扰,同时又防止干细胞的过度增殖导致恶变。组成微环境的细胞包括来自间叶组织的细胞,如纤维母细胞(小肠、皮肤及毛囊）、成骨细胞(骨髓）等。各种干细胞的微环境是相互独立的,是特定组织干细胞进行自我更新和补充相应组织细胞的场所,其与干细胞之间的信号联系,在干细胞的多能性维持和分化发育过程中具有重要作用。

中科博生期待大家一起探讨学习。