各类干细胞的分化潜能

2018-10-19 10:47

干细胞指体内具有强大自我复制能力、能分化成其他类型细胞的细胞,它具备两个特点:自我复制能力即分裂能力,分化为特定功能细胞的能力即分化潜能。“分裂”和“分化”使于细胞具有再生成各种组织器官的潜能。

各类干细胞的分化潜能
成体干细胞的分化潜能
成体干细胞是各种机体组织器官内的一类具有多种分化潜能、自我更新和高度增殖能力的细胞,能产生与自身完全相同的细胞,同时又能进一步分化成为各种不同组织细胞,从而构成机体各种复杂的组织器官。成体干细胞一般出现于原肠胚或原肠胚之后,是胚胎干细胞的后代细胞,来自胎儿、胎盘、脐带血和成体组织器官。成体组织器官中的干细胞来自于骨髓、乳腺、视网膜、角膜、脑、脊髓、牙髓、肝脏、皮肤、胰腺、胃肠道上皮、心肌、骨骼肌等。成体干细胞在体外自我复制的能力相对有限,分化潜能变窄,通常定向分化形成相应的细胞类型,有“多能”或“单能”两种分化潜能。下面以造血干细胞、精原干细胞、乳腺干细胞为例,具体介绍成体干细胞的分化潜能。
 
1、造血干细胞的分化潜能
造血干细胞的分化潜能骨髓位于长骨腔,柔软有弹性,类似于海绵状组织。骨髓有两种骨髓干细胞,造血干细胞和间充质干细胞,这两种成体干细胞均是多能干细胞。
 
造血干细胞是生成各种血细胞的原始细胞,体积小,细胞核相对较大,核仁明显,细胞质富含核糖体。以人胚胎发育为例,在受精卵形成的第2周左右,在卵黄囊壁、体蒂和绒毛膜的胚外中胚层中,出现间充质细胞增殖形成的细胞团,称血岛,中央的细胞分化为原始血细胞即造血干细胞,周边的细胞分化为内皮细胞并围成内皮管形成原始血管。血岛也是胎儿在母体内最早出现的造血器官。造血干细胞起源于胚胎发育期卵黄囊等处的血岛,具有分裂分化形成血细胞的能力。当胚胎发育到45天左右,造血干细胞随血液流动并植入肝脏引起肝脏造血,之后造血干细胞植入脾,引起脾造血;之后造血干细胞随血液流动植入骨髓,引起骨髓造血。当胎儿发育到5个月左右,肝脏和脾的造血功能开始减退。此时,骨髓腔中的红骨髓有丰富的毛细血管网,毛细血管网聚集成团形成血窦,血窦周围聚集着由造血干细胞增殖分化成的各种血细胞雏形,这样红骨髓逐渐代替了肝脏、脾的造血功能,成为最主要的造血之处。个体出生后,造血干细胞还是主要存在于红骨髓,其次脾、淋巴结,少量外周血、脐带血等。造血干细胞分化为血细胞的主要过程为:造血干细胞一各种血细胞雏形原始阶段一幼稚阶段一成熟阶段一各种血细胞。实际上,造血干细胞能分化出至少12种血细胞,但不能分化出造血系统以外的其他细胞,是一种多能干细胞。
 
2、精原干细胞的分化潜能
精原干细胞源自于胚胎时期的原始生殖细胞,是出生后存在于睾丸曲细精管生精上皮内的一类成体干细胞,也称雄性生殖干细胞。精原干细胞是一种多能干细胞,既能经有丝分裂完成细胞更新,又能经细胞分化形成各级生殖细胞最终形成精子。
 
胚胎时期,“原始生殖细胞”在胚胎发育过程中逐渐迁移到生殖嵴分化为“两性生殖细胞”,从而决定了胚胎的性别。性别决定后,生殖嵴中的原始生殖细胞被睾丸小管周肌样细胞和支持细胞前体包围成精索形成睾丸中的“性原细胞”。个体出生后,性原细胞发育为未分化的精原细胞——精原干细胞。睾丸内的A型精原细胞就是精原干细胞,它能通过有丝分裂维持自身数量的稳定,还能分化为各型精原细胞。研究发现,A型精原细胞通过分裂可分化形成A1,A2,A3,A4型,中间型精原细胞以及B型精原细胞。B型精原细胞再经数次有丝分裂后逐渐分化为初级精母细胞,最后经减数分裂形成精细胞,变形后成为精子,从而完成一个完整的生精周期。所以,作为精原干细胞的A型精原细胞是多能干细胞。
 
3、乳腺干细胞的分化潜能
乳腺干细胞是一种成体干细胞,也是一种多能干细胞,能产生各级祖细胞,最终分化为腺上皮细胞、肌上皮细胞等。研究表明,体内的单个乳腺干细胞可以重新构建一个发育良好的、有功能的乳腺,且从哺乳动物小鼠乳腺中分离到的乳腺干细胞经体外诱导能分化为乳腺组织的各种类型细胞。
 
胚胎生殖干细胞的分化潜能
生殖嵴在正常的胚胎发育中发育为卵巢或睾丸。胚胎生殖干细胞来自胎儿生殖嵴的原始生殖细胞,增殖能力有限,具有向多种细胞分化的能力,是多能干细胞。原始生殖细胞担负着生成精子或卵子的使命,完成获得配子进行生物传宗接代的任务。
 
胚胎干细胞的分化潜能
关于胚胎干细胞的分化潜能不同教师用书认定并不相同:“胚胎干细胞分裂速度快,具有产生多种分化细胞类型的能力,也被称为多能干细胞。”“胚胎干细胞来源于早期胚胎,具有胚胎细胞的特性,体积较小,细胞核大,核仁明显,在功能上具有发育全能性,可分化为成年动物任何一种组织细胞,是全能干细胞,体外培养下胚胎干细胞可不断增殖而不发生分化,可进行冷冻保存,也可以进行遗传改造。”
 
广义的胚胎干细胞包括来自胚胎的胚胎干细胞和来自生殖嵴的胚胎生殖干细胞(注意,胚胎生殖干细胞是多能干细胞),相应的胚胎干细胞来源于胚胎或胎儿。如此,不同教师用书对胚胎干细胞分化潜能的不同认定和胚胎干细胞的丰富内涵,增加了分析分化潜能的复杂性。建议从胚胎发育历程人手,找到胚胎干细胞所处的发育阶段,再判断其分化潜能。以人为例,受精卵形成后进行卵裂,当卵裂到8~16个细胞的桑椹胚时,每个胚胎干细胞都能形成机体所有的组织、器官,具有最终发育为一个完整个体的潜能,属于全能干细胞;当早期胚胎发育到32~64个细胞的囊胚时,细胞逐渐出现了分化:有了体积较小的滋养层细胞和体积较大的内细胞团细胞两大类群,细胞种类由“1”到“2”。滋养层细胞发育为胎盘和胎膜,为胚胎发育提供营养;内细胞团细胞能分裂分化为成熟个体体内210多种细胞类型,仍具有分化为个体中包含生殖细胞在内的各种细胞、相应的组织器官以及形成三胚层(外胚层、内胚层、中胚层)的潜能,但不能产生胎盘和其他一些发育时所必需的支持组织,失去了发育为完整个体的能力,属于亚全能干细胞。所以,来自囊胚内细胞团的胚胎干细胞属于多能干细胞。
 
综上所述,胚胎干细胞的分化潜能较为复杂,成体干细胞的分化潜能也各不相同,推此及彼,干细胞的分化潜能具有“限定性”,教师在处理干细胞的分化潜能和分类时,应灵活分辨,不能一概而论。
点击咨询

周一至周五:10:00-20:00

周六至周日:10:00-18:00