神经干细胞增殖与分化调控的研究进展
神经干细胞的研究及其应用新进展
神经干细胞的研究及其应用新进展 [关键词] 神经干细胞研究 健康讯: 崔桂萍天津市脑系科中心医院 300060 1992 年， Reynolds 首次成功地从成年小鼠纹状体中分离出神经干细胞（ neural stem cell, NSC ），于是“神经干细胞”这一概念被正式引入神经科学研究领域。可以总结为具有分化为神经元、星形细胞和少突胶质细胞的能力，能自我更新并足以提供大量脑组织细胞的细胞。不少文献中还提到神经祖细胞和神经前体细胞，目前认为，神经祖细胞是指比 NSC 更有明确发展方向的细胞，而神经前体细胞是指处于发育早期的增殖细胞，可指代 NSC 和神经祖细胞：与 NSC 相比，二者的分裂增殖能力较弱而分化能力较强，是有限增殖细胞，但三者均属 NSC 范畴。 1. NSC 的起源、存在部位及生物学特征中枢神经系统的发育起源于神经沟、神经嵴、神经管；研究发现， NSC 在神经管壁增殖，新生细胞呈放射状纤维迁移至脑的特定位置；主要存在于室管膜区，在成脑生发区以外的区域也广泛分布，即具有高度可塑性的神经前体细胞。现发现 NSC 的生物学特征为：（ 1 ）具有自我更新能力；（ 2 ）具有多向分化潜能，可分化为神经元、星形细胞和少突胶质细胞；（ 3 ）处于高度未分化状态；（ 4 ）终生具有增殖分化能力，在有损伤的局部环境信号变化的刺激下可以增殖分化。其中（ 1 ）和（ 2 ）是 NSC 的两个基本特征。 2. NSC 的基础研究进展 NSC 的增殖和分化调控是目前 NSC 研究的核心问题，最近的研究资料显示， NSC 的增殖、分化、迁移调控受多种相关因素的影响。神经递质神经递质作为细胞外环境的一员，不仅介导神经元之间和神经元与效应器之间的信号传递，还参与 NSC 的增殖和分化。这些神经递质包括谷氨酸（ G1u ）、 5- 羟色胺（ 5-HT ）、 GABA 、甘氨酸（ G1y ）、乙酰胆碱（ Ach ）一氧化氮（ NO ）、肾上腺素与性激素等。 G1u ：在脑的发育过程中有高含量的 G1u 表达， Haydar 等发现， G1u 可以通过大鼠胚胎皮质 AMPA/KAR 的激活调节室周区前体细胞的增殖，但 GLU 对室管膜区（ SZ ）和室管膜下区（ SVZ ）体内细胞的影响是不同的，它可增加 SZ 细胞的增殖，减少 SVZ 细胞的增殖； GLU 还可促进神经元生长和分化。 5-HT ：许多研究表明， 5-HT 在皮质发育、突触形成中起重要作用，抑制 5-HT 合成或选择性损伤 5-HT 神经元则引起齿状回及脑室下区神经元增殖活性下降， 5-HT 可促进胶质细胞分化和髓鞘形成。 GABA ： GABA 是成体脑发育过程中主要
干细胞分化调控机制研究的新进展
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
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
关于神经干细胞
.关于神经干细胞 定义是一类具有多向分化潜能, 能够自我复制, 在特定诱因下, 能够向神经元或神经胶质细胞分化的未分化细胞的总称。它是神经系统形成和发育的源泉。其主要功能是参与神经系统损伤修复或细胞凋亡的更新。 特点⑴自我更新：神经干细胞具有对称分裂及不对称分裂两种方式，从而保持干细胞库稳定。对称分裂由一个神经干细胞产生两个神经干细胞；在特定诱因下进行非对称分裂，会产生神经干细胞和神经胶质细胞（astrocyte,oligodendrocyte)。⑵多向分化潜能：神经干细胞可以向神经元、星形胶质细胞和少突胶质细胞分化，其分化与局部微环境（niche）密切相关。⑶低免疫源性：神经干细胞是未分化的原始细胞，不表达成熟的细胞抗原，可以不被免疫系统识别。⑷良好的组织融合性：可以与宿主（即接受神经干细胞移植的患者）的神经组织良好融合，并在宿主体内长期存活。 发现时间1992年，Reynodls等从成年小鼠脑纹状体中分离出能在体外不断分裂增殖，且具有多种分化潜能的细胞群，并正式提出了神经干细胞的概念，从而打破了认为神经细胞不能再生的传统理论。 产生区域神经干细胞主要产生于脑室周围的室管膜下区(SVZ，subvetricular zone)和海马齿状回的颗粒下区(SGZ,subgranular zone)。成人大脑中每天有3万个神经干细胞产生，按照从脑室周围的室管膜下区（SVZ）通过侧迁移流RMS(rostral migratory)最后到达嗅球 OB(olfactory bulb) 的方向移动。增殖时间为12～28天/代。 2.治疗机理与应用领域
神经干细胞的治疗机理 ⑴患病部位组织损伤后释放各种趋化因子，可以吸引神经干细胞聚集到损伤部位，并在局部微环境的作用下分化为不同种类的细胞，修复及补充损伤的神经细胞。 ⑵由于缺血、缺氧导致的血管内皮细胞、胶质细胞的损伤，使局部通透性增加，另外在多种黏附分子的作用下，神经干细胞可以透过血脑屏障，高浓度的聚集在损伤部位。 ⑶神经干细胞可以分泌多种神经营养因子，刺激原有神经元和神经胶质细胞，促进损伤细胞的修复。 ⑷神经干细胞可以增强神经突触之间的联系，建立新的神经环路，降低脑部氧化性压力。 神经干细胞的应用领域 神经干细胞主要应用于治疗中枢神经系统疾病，包括脑部和脊髓损伤的治疗。面前可以治疗的疾病包括脑瘫，脑膜炎后遗症, 脑发育不良脑, 中风(脑出血,脑梗塞)及后遗症, 脑外伤及脊髓损伤, 运动神经元病, 肌萎缩性侧索硬化症(ALS), 帕金森病, 脑萎缩, 共济失调, 癫痫, 多系统萎缩症(MSA), 老年性痴呆及血管性痴呆, 各种舞蹈症, 急性感染性多发性神经根炎(格林巴利氏病), 神经性耳聋, 面瘫及各类周围神经病。 目前有许多研究结果证明神经干细胞的分化潜能不仅仅局限于所属组织，在特定环境（niche）中，在一些细胞因子和蛋白的作用下，可以跨过神经系统而分化成其他类型的组织细胞，即具有横向分化潜能。如神经干细胞可被诱导分化为肌细胞和造血前体细胞。这无疑在理论上扩大了神经干细胞在今后的应用范围，使得更多用现今医学手段无法治愈的患者看到希望。 3.本公司的神经干细胞
神经干细胞的应用前景及研究进展
神经干细胞的应用前景及研究进展 生科1301班李桐 1330170031 神经干细胞( neuralstem cells, NSCs)是重要的干细胞类型之一，是神经系统发育过程中保留下来的具有自我更新和多向分化潜能的原始细胞,可分化为神经元、星形胶质细胞、少突胶质细胞等多种类型的神经细胞。具有很多的特性，如自我更新、多潜能分化、迁移和播散、低免疫原性、良好的组织相容性、可长期存活等。目前神经干细胞的分离与体外培养已取得可喜的进展，有关神经干细胞的研究已经成为国内外神经科学领域的热点。 一、神经干细胞的生物学特性 19世纪80年代提出了神经干细胞的概念，它是指一类多潜能的干细胞，能够长期自我更新与复制，并具有分化形成神经元、星形胶质细胞的能力。神经干细胞的主要特征：未分化、缺乏分化标记、能自我更新并具有多种分化潜能。它并不是指特定的单一类型的细胞，而是具有相类似性质的细胞群。Gage将神经干细胞的特性进一步描绘为以下三点，可生成神经组织或来源于神经系统，具有自我更新能力，可通过不对称法、分裂产生新细胞。神经干细胞经过不对称分裂产生一个祖细胞和另一个干细胞，祖细胞只有有限的自我更新能力，并自主分化产生神经元细胞和成胶质细胞。神经干细胞是具有自我更新和具有多种潜能的母系神经细胞，它能分化成各种神经组织细胞表型，如神经元、星形胶质细胞和少突胶质细胞.并能自我更新产生新的神经干细胞，在神经发育和神经损伤中发挥作用。神经干细胞移植、迁移及分化与局部环境密切相关，这种特性为移植及移植后的结构重建和功能恢复提供了依据，为移植治疗不同疾病提供了局可能。 二、神经干细胞的应用前景 1.细胞移植以往脑内移植或神经组织移植研究进展缓慢，主要受到胚胎脑组织的来源、数量以及社会法律和伦理等方面的限制。神经干细胞的存在、分离和培养成功，尤其是神经干细胞系的建立可以无限地提供神经元和胶质细胞，解决了胎脑移植数量不足的问题，同时避免了伦理学方面的争论，为损伤后进行替代治疗提供了充足的材料。研究表明，干细胞不仅有很强的增殖能力，而且尚有潜在的迁移能力，这一点为治疗脑内因代谢障碍而引起的广泛细胞受损提供了理论依据，借助于它们的迁移能力，可以避免多点移植带来的附加损伤。另外，神经干细胞移植也为研究神经系统发育及可塑性的实验研究提供了观察手段，前文提及细胞因子参与调控神经元增殖和分化，通过移植的手段对这些因素的具体作用形式和机制进行探索，为进一步临床应用提供了理论基础。 2.基因治疗目前诱导干细胞向具有合成某些特异性递质能力的神经元分化尚未找到成熟的方法，利用基因工程修饰体外培养的干细胞是这一领域的又一重大进展；另外已经发现许多细胞因子可以调节发育期甚至成熟神经系统的可塑性和结构的完整性，将编码这些递质或因子的基因导入干细胞，移植后可以在局部表达，同时达到细胞替代和基因治疗的作用。 3.自体干细胞分化诱导移植免疫至今为止仍是器官或组织移植的首要问题。前文提到已经证明成年动物或人脑内、脊髓内存在着具有多向分化潜能的干细胞，那么使人们很容易想到通过自体干细胞诱导来完成损伤的修复。中枢神经系统损伤后，首先反应的是胶质细胞，在某些因子的作用下快速分裂增殖，形成胶质瘢。其实在这个过程中也有干细胞的参与，可不幸的是大多数干细胞增殖后分化为胶
肠神经干细胞研究进展
肠神经干细胞研究进展 神经干细胞主要有两类：中枢神经干细胞和外周神经嵴干细胞。中枢起源的神经干细胞研究颇多，而外周起源的神经干细胞研究还刚刚起步。两者具有很多相似性。目前研究表明，在肠道内有神经嵴来源的神经干细胞池[1]。本文就肠起源的神经干细胞—肠神经干细胞（(Enteric neural stem cells，ENSCs)），对其生物学特性，迁移分化调控因素，应用前景等做一概述。 一．肠神经干细胞与肠神经系统 具有多向分化潜能的干细胞可以从出生以后的人类及啮齿类动物的大脑、胰腺、肝脏、骨髓等获取，进行体外培养并研究其相关性状。有报道，从肠管也可以获取干细胞[2] 。这种细胞在个体中一生都存在，且可以分化为神经元、神经胶质细胞以及其他细胞，具备自我更新和多向分化潜能等干细胞特性，这种细胞即为“肠神经干细胞”(Enteric neural stem cells，ENSCs)。 肠神经干细胞起源于神经嵴。在个体发育过程中，其通过迷走神经嵴在胚胎早期迁移进入肠道，从头端至尾端向成熟分化，发育形成肠神经系统[3]。国内外研究者对其不同的命名，但通过分离培养以及生物学性状的研究证实为同一种细胞。Morrison[4]等将其称为肠神经嵴细胞（Enteric neural crest cells ，ENCC）或肠神经嵴干细胞（Enteric neural crest stem cells，ENCSC），在胚胎发育时期或成年组织中，从消化道中分离出神经嵴干细胞,进行体外培养，并进行了一系列鉴定，证明其具备干细胞特性，且主要分化为神经元和神经胶质细胞。Natarajan[5]等在研究中则将其称为“肠神经系统源性的多能祖细胞”(Enteric nervous system derived multipotential progenitor cells,ENSPCs)，从小鼠胚胎或出生后的肠管中制取单细胞，行体外培养后可以获取。国外学者Y oung[6]和Suarez-Rodriguez [2]等在研究中则称其为“肠神经干细胞”（Enteric neural stem cells，ENSCs）。 肠神经干细胞和肠神经系统的发育密切相关。脊椎动物的肠神经系统是外周神经系统中最复杂的部分。它是由大量的、不同种类的神经元和神经胶质细胞构成的。相互连接的神经节，围绕肠壁、外肌层、以及内部的粘膜下层的辐射轴，排列成两个同心圆状。如同外周神经系统的绝大多数细胞一样，肠神经系统完全起源于神经嵴。大多数肠神经系统的祖细胞产生于1-7 体节听泡后方的后脑迷走神经嵴。从神经管脱离不久，迷走神经嵴亚群向腹外侧移动，聚集在中间后肢区，移向主动脉背侧颈丛腹外侧，在局部信号的影响下，迷走神经嵴细胞会诱导表达RET酪氨酸激酶受体。在孕9.5 天至10 天这些RET+迷走神经嵴侵入前肠肌层，称为“肠神经嵴细胞”,即肠神经干细胞，接下来的 4 天，则会向尾侧迁移以定位于整个肠段。发育过程中，如果肠神经干细胞迁移、定位失败，就会导致肠神经节的缺失，形成神经节细胞缺失症。这种情况发生在结肠部位，会形成先天性巨结肠症，即神经节细胞缺失，导致分泌调节障碍和严重的肠道阻塞[6]。 肠神经干细胞与肠神经系统的发育密切相关。肠神经干细胞的出现为研究肠神经系统的发育提供了一个较为理想的模型，可以来研究肠神经形成过程中的分化、调节的影响因素，为阐明神经发育提供有力的证据由此可解释肠神经系统发育和修复的一些机制，此外，肠管作为器官，易于进行活检，且肠神经分布丰富，其与中枢神经系统具有许多共性。据此，可以就有可能采用肠神经干细胞对一些中枢或外周神经缺失性疾病行细胞移植替代治疗了。二．肠神经干细胞的生物学特性 作为干细胞，其特性简要概况即：①可自我复制更新，产生与自己相同的子代细胞，维持稳定的细胞储备②处于较原始的未分状态，无相应的成熟细胞的特异性标志③具有多向分化的潜能，即演变成不同类型成熟细胞的能力。要识别肠神经干细胞，可以从三个方面
神经干细胞研究介绍
神经干细胞研究介绍 陈晓萍 程君奇 (浙江大学生命科学学院浙江省细胞与基因工程重点实验室浙江杭州310029) 摘要 神经干细胞研究是近年脑科学研究的热点,本文综述了神经干细胞的分离培养方法、脑内迁移路线、发育分化的影响因素以及可能的应用前景。 关键词 神经干细胞 分离 迁移 发育 分化 脑的结构与机能一直是生命科学的研究难题,它以极其错综复杂而又高度易变为特征,至今仍保持着极大的神秘性。近年来科学家对神经干细胞的研究是脑科学领域的重要成果之一,它突破了以往一直认为的成年动物神经细胞不能分裂再生的观念,为神经细胞的发育分化过程,也为神经系统疾病的治疗开辟了一条全新的途径。 1 神经干细胞的分离培养 神经干细胞(N eural stem cells,N SCS)是指具有如下特征的细胞:1)能形成神经组织;2)具有自我繁殖和自我更新能力;3)细胞分裂后能发生分化[1]。 胚胎时期是神经系统快速增长发育的阶段,在这时期脑内的许多部位都存在神经干细胞,这包括大脑皮质、纹状体、小脑等区域。成年后,脑细胞一般不再分裂增殖。以往曾一度认为成年动物神经细胞完全失去了这种能力,但近年科学家在高等哺乳动物(包括人)的脑室管膜下层等区域发现了仍具有增殖分化能力的神经干细胞。另外,在啮齿类动物主管学习记忆的海马区,也发现了神经干细胞的存在[2]。 成年动物脑内的神经干细胞仅仅是保存了能进行分裂增殖的潜能,通常情况下得不到足够的正面刺激信号,因而并不分裂增殖,而是处于静止状态。 从脑组织分离培养神经干细胞需要特殊的条件,目前多采用生长因子刺激和细胞克隆技术。具体有3种方法[3]:1)用无血清培养液将脑细胞分离,再加入具有丝裂原作用的生长因子如表皮生长因子或碱性成纤维生长因子,待原代克隆形成后挑选单个克隆机械分离继续进行亚克隆培养,也可采用单细胞克隆分离;2)用反转录病毒向脑细胞内导入原癌基因,如V2m yc和SV40大T抗原等,部分细胞可因此获得持续分裂的能力;3)从脑组织以外的部位,如胚胎干细胞,经过适当化学因子的诱导,使其定向分化为神经干细胞。 外加化学因子对于维持神经干细胞的分裂增殖能力是必须的。培养液中如撤去外加的化学因子,改用普通培养,神经细胞会很快发生分化,失去分裂增殖能力。 2 神经细胞的发育及脑内迁移路径 神经系统的发育源于胚胎早期的神经管和神经嵴[4],其中的中央管经发育形成脑室系统和脊髓中央管,管腔内表面覆盖的上皮细胞具有活跃的增殖和分化能力,是神经细胞发生的来源。成年后这个区域称为室管膜 室管膜下区。 内径1～2mm的完全闭合的呼吸管。据B landfo rd报道,这种呼吸管中衬有外套膜组织。上述蜗牛的夏眠能从1月持续至6月。同时具有裂口、裂沟和缝合线管的结构有利于气体的循环。在足部和外套膜肌肉运动下,可促使气体交流和循环,贝类学家F ischer曾对冬眠期间的盖罩大蜗牛进行了研究,业已证明其足部和外套膜从未停止过运动。 8)喇叭状口和壳壁上的穿孔 A lycaeinae的种类,其成体的壳口呈喇叭状,其后逐渐缩小成一口颈。在口颈近缝合线的壳壁上有穿孔。A ly caeus属的种类,如A2 ly caeus m ajor壳壁上的孔由内向外通入一覆盖在缝合线上的管。管的截面略呈三角形。此管在缝合线上,略弯曲,呈带状,长约6～7mm,管的末端是盲端,但常破碎,即使不破碎,该管仍可进行气体交换。据分析这个带状结构比通常的贝壳更具通透性。因种类不同,喇叭口的长度有差异,缝合线管内开口到口缘距离也有所不同。喇叭状的壳口可能是为了蜗牛在夏眠期间有一个较大的气室,这与无厣贝类具有的盖膜腔情况相似。由此可以推断A ly caeus和Pup ininae的一些种类缝合线管在内部的开口可能与肺呼吸孔靠得很近。 其他的一些陆生螺类,如R um ina d ecollata和C lausilia的一些种类,在夏眠期间往往胚螺层失去,然而可能也有利于呼吸。破损的一端由内脏分泌的膜封住,这比休眠时螺壳倒下,靠外套膜边缘呼吸更利于气体交换。 (BF) — 8 1 —生 物 学 通 报 2003年第38卷第2期
干细胞的基础知识学习资料
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
神经干细胞及其应用研究新进展
神经干细胞及其应用研究新进展 摘要：长期以来，人们一直认为成年哺乳动物脑内神经细胞不具备更新能力，一旦受损乃至死亡不能再生。这种观点使人们对中枢神经系统疾病的治疗受到了很大限制。虽然传统的药物、手术及康复治疗取得了一定的进展，但是仍不能达到满意的效果。现在，神经干细胞(neural stem cells，NSCs)不仅存在于所有哺乳动物胚胎发育期的脑内，而且在其成年之后也有，这已为神经科学界所普遍接受。神经干细胞由于具有自我更新和多向分化潜能，使神经系统损伤后的细胞替代治疗成为可能本文综述了神经干细胞的分布、生物学特性、神经干细胞在细胞疗法中的多功能应用，并对神经干细胞临床应用前景做出了展望。 关键词：神经干细胞细胞疗法多向分化潜能转分化性 1、神经干细胞的分布 大量研究表明成年哺乳动物的脑室下区、海马、纹状体、大脑皮质等区域均有NSCs存在，其中侧脑室壁的脑室下层(sub ventricular zone，SVZ)和海马齿状回的颗粒下层(sub granular zone，SGZ)是神经干细胞的两个主要脑区。另外，研究者们还在成年哺乳动物脑内的其他部位发现了神经干细胞的存在，例如在黑质内发现了新生的多巴胺能神经元。 2、神经干细胞在细胞疗法中的多功能应用 2.1细胞替代治疗中外源性NSCs的使用 NSCs可以用来代替因为损伤或神经系统退行性病变而缺失的组织。理想的是重建组织适宜的结构并整合人周围组织；重要的是在这种治疗方案中，几种细胞类型需替代。在移植入成年啮齿动物脑内前，首先需从人胚胎干细胞或胎儿脑内分离出NSCs，并在体外诱导分化为神经元、星形胶质细胞和少突胶质细胞。值得注意的是NSCs整合入室管下区的微环境，促成嗅球的神经发生。在海马，移植的神经祖细胞分化为特定区域的神经细胞亚型，并功能性整合入周围的环路。NSCs移植入疾病或损伤的啮齿动物模型中取得了预期的效果。移植入的存活的NSCs首先迁移到病变部位并分化。成年鼠的NSCs移植入多发性硬化大鼠模型后可观察到少突胶质细胞祖细胞、宿主和移植来源的成熟细胞数量增加，病情明显好转。在大鼠脑梗死模型中，移植的NSCs迁移到损伤部位并大部分分化为神经元。在脑出血模型中，由静脉移植的NSCs在损伤部位分化成神经元和星形胶质细胞，并引起了功能的恢复。将富有多巴胺神经元的胚胎腹侧中脑移植入去神经的帕金森鼠中，结果移植物中的多巴胺神经元修复了损害引起的功能缺损。神经干细胞植入大鼠亨廷顿病模型脑内能保护维持运动习惯的能力，受损的运动习性也可重新恢复，表明植入的细胞在体内形成了功能性连接。Mcdona等给胸髓损伤大鼠分别注入单纯培养基、成年小鼠皮层神经元和胚胎干细胞，2周后发现植入干细胞者后肢恢复部分负重与协调能力，明显优于前二者。田增明等报道了人胚胎神经干细胞治疗21例小脑萎缩患者，发现移植后临床症状有改善。 2.2脑损伤激发内源性NSCs 近年研究表明多种神经系统损伤均可激发内源性神经细胞再生。追踪巢蛋白阳性的神经祖细胞定殖在成年脊髓损伤区，可以观察到这种祖细胞扩增并在损伤区分化为神经元；在脊髓挤压伤、局灶性脑缺血中，在有正常神经发生的大脑皮质和海马可观察到NSCs的增生，并可以被外源性神经营养因子所加强。但在病理状态下这种内源性干细胞的修复反应很显然是不够的，大量实验已证实哺乳动
干细胞分化调控机制
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
神经干细胞研究进展
神经干细胞研究进展 一、引言 神经干细胞(neural stem cell，NSC)是指存在于神经系统中，具有分化为神经神经元、星形胶质细胞和少突胶质细胞的潜能，从而能够产生大量脑细胞组织，并能进行自我更新，并足以提供大量脑组织细胞的细胞群[1]。狭义的神经干细胞是指成体神经干细胞，指的是分布于胚胎及成人中枢及周围神经系统的干细胞。简单的说，就是在成年哺乳动物的大脑中分离出来的具有分化潜能和自我更新能力的母细胞，它可以分化各类神经细胞，包括神经元、星形胶质细胞和少突胶质细胞。我们所讲的神经干细胞指的就是成体中存在于脑中的中枢神经干细胞，其实在外周也有一些“神经干细胞”称为“神经嵴干细胞”，可以分化成外周神经细胞、神经内分泌细胞和施旺细胞，还可横向分化成色素细胞和平滑肌细胞[2]。 神经干细胞具有以下特征：（1）有增殖能力；（2）由于自我维持和自我更新能力，对称分裂后形成的两个子细胞为干细胞，不对称分裂后形成的两个自细胞中的一个为干细胞，另一个为祖细胞，祖细胞在特定条件下可以分化为多种神经细胞；（3）具有多向分化潜能，在不同因子下，可以分化为不同类型的神经细胞，损伤或疾病可以刺激神经干细胞分化,自我更新能力和多向分化潜能是神经干细胞的两个基本特征[3]。 需要注意的是，在脑脊髓等所有神经组织中，不同的神经干细胞类型产生的子代细胞种类不同，分布也不同。神经干细胞的治疗机理是：（1）患病部位组织损伤后释放各种趋化因子，可以吸引神经干细胞聚集到损伤部位，并在局部微环境的作用下分化为不同种类的细胞，修复及补充损伤的神经细胞。由于缺血、缺氧导致的血管内皮细胞、胶质细胞的损伤，使局部通透性增加，另外在多种黏附分子的作用下，神经干细胞可以透过血脑屏障，高浓度的聚集在损伤部位；（2）神经干细胞可以分泌多种神经营养因子，促进损伤细胞的修复；（3）神经干细胞可以增强神经突触之间的联系，建立新的神经环路[4]。 二、研究现状
s干细胞调控机制的研究进展
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
石墨烯加速神经干细胞成熟和分化
启示神经与基于BSC疗法的导电材料的接口：通过偶合石墨烯加速神经干细胞的生物电功能开发 为了管理在组织工程细胞特异性行为神经修复和再生，更好地理解材料- 细胞相互作用，尤其是生物电功能的，极其important.Graphene已报道是用作支架的潜在候选和神经interfacingmaterial.However，石墨烯这些导电性基板细胞膜的生物电演变在很大程度上仍然没有进行过。在这项研究中，我们使用了神经干细胞（NSC）模型，探讨膜生物电属性E包括增殖和分化conditions.We下休息膜电位和动作电位E和细胞行为上的石墨烯薄膜中使用的组合可能发生的变化 单细胞电生理记录和传统的细胞生物学技术。石墨烯不影响基本膜电参数（电容和输入电阻），但搁在石墨烯衬底细胞膜电位分别更强烈增殖和分化的条件下为负。此外，神经干细胞及其对石墨烯基片表现出的后代与对照相比，在开发过程中增加的动作电位的射击。但是，石墨烯只有轻微影响电动刻画ofmature NSC后代。石墨烯基片上的被动和主动的生物电特性Themodulation伴随着增强NSC分化。此外，棘密度，突触 突触蛋白表达和在.Modeling石墨组所有activitywere增加上导电的石墨烯衬底电场表明由该负电的细胞膜产生的电场大于上即控制它的石墨烯衬底高得多，这可以解释观察到的 通过耦合石墨烯的生物电的发展变化。我们的研究结果表明石墨烯是能够加速在开发过程中的NSC成熟，特别是在生物电发展方面。我们的发现提供对导电材料在调谐膜中的作用的基本理解石墨烯模型中的生物电性能，为未来的发展研究铺平道路方法和材料形成在基于NSC的治疗的可控通道中的膜性质。 石墨烯，碳原子的2维单层，由于材料的独特的电，机械和热特性，一直在纳米技术的最前沿。它最近被认为是一个有前途的候选人制造超快纳米电子器件，透明电极，纳米复合材料和生物医学材料[3]。 它已经用于多种生物医学应用，包括细胞成像和药物递送[4]，生物分析[5]，干细胞研究[6,7]，甚至光热疗法治疗肿瘤 [8]。最近，我们和其他团体发现使用石墨烯作为神经接口材料的可能性，因为它可以促进人类成神经细胞瘤（SH-SY5Y）细胞培养[9]，PC-12细胞[10]，海马原代培养神经元[11]和直接NSC分化神经元[12,13]，促进神经干细胞分化成石墨烯纳米网半导体神经元和形成神经元纤维[14,15]。此外，越来越多的研究表明石墨烯表现出操纵茎的命运的潜在能力细胞。例如，石墨烯基材料能够诱导NSC分化成神经元谱系[7,16]，控制甚至加速间充质细胞的分化干细胞[6,17e22]，并调节其他类型的行为干细胞，包括多能干细胞和胚胎干细胞[23e25]。这些开创性的研究清楚地证明了在细胞治疗中基于石墨烯的材料的巨大潜力。然而，改变细胞行为背后的基础机制，例如增强的分化和促进的细胞增长，仍然很大程度上未知。 细胞功能和细胞之间的强连接膜的生物电性质启发我们调查石墨烯是否可以调节NSC发育和成熟的子代通过影响其生物电特性细胞。在这项工作中，我们研究了石墨烯的影响在NSC 发育期间电生理状态的成熟，包括被动和主动生物电特性和随后的NSC命运的选择。 2。材料和方法2.1。石墨烯膜制备 根据先前公布的CVD方法[26]合成石墨烯样品。简言之，将薄铜箔（5cm×5cm）加热至1000℃并在H 2和Ar气体下退火20分钟，随后暴露于H 2和CH 4下5分钟。然后在H 2和Ar气下将膜从1000℃冷却至室温。通过在硝酸铁水溶液中蚀刻从铜箔上除去石墨烯膜。在铜膜溶解之后，使TCPS基板与石墨烯膜接触，并将其从溶液中拉出以制造石墨烯/ TCPS基板。