第十二章细胞分化
多细胞高等生物有机体是由各种不同类型细胞所构成，这些细胞在形态结构、生理功能上有很大差异，但它们都源于同一细胞——受精卵。从受精卵发育成生物个体是通过细胞分裂和细胞分化来实现的。通过细胞分化产生各种不同细胞类型，例如神经细胞、肌肉细胞、肝细胞、表皮细胞等。细胞分化是选择性转录的结果。
第一节细胞分化的基本概念
一、细胞决定与细胞分化
一般情况下，细胞在发生可识别的形态变化之前，就已受到约束而向着特定的方向分化，这时细胞内部已发生了变化，确定了未来发育命运，即所谓决定（determination）。决定之后，分化的方向一般不再改变。在动物组织中,细胞分化的一个普遍原则是：一个细胞一旦转化为一个稳定的类型后,就不能逆转到未分化状态。这种逆转是相对的，不可能在自然情况下发生去分化；反之，在一定条件下发生逆转去分化现象。
细胞决定和分化的关系：在胚胎细胞分化上，决定先于分化，而分化则是决定稳定发展的结果；决定是细胞预先做出了发育的选择，而分化是细胞在形态、结构、功能方面的稳定差异；决定和分化两者都是生命运行过程，都经历起始、发展、稳定的阶段，是细胞发育的综合反应；在发育遗传学上，亲代细胞内的基因编码程序和环境指令限定了胚胎细胞决定和分化进程。
二、细胞分化的概念
细胞分化(cell differentiation)是指在个体发育过程中细胞之间产生形态结构、生理功能和生物化学特性稳定差异的过程。因此，常将细胞的形态结构、生理功能和生化特征作为识别细胞分化的3项指标。将这些在形态、结构、功能上有了稳定差异的细胞称为分化细胞。
三、细胞分化的特点
（一）稳定性
稳定性是细胞分化的一个最显著的特点。特别是在高等生物中，一旦分化启动，诱导分化的因子即使不存在时，分化仍可继续进行，而且分化状态将是十分稳定的，并能通过许多细胞世代。例如，神经细胞在机体的整个生命过程中始终保持着稳定分化状态，而不再进行分裂。
（二）可逆性
细胞分化是一个相对稳定和持久的过程，不会自发的逆转，但在一定的条件下，高度分化的细胞可以重新分裂而回到胚胎性细胞状态，这种现象叫做去分化（dedifferentiation）或称脱分化，也称细胞分化的可逆性。例如，正常分化的细胞在射线、药物、毒物等因素的作用下可转化为癌细胞。无论动物还是植物，细胞分化的稳定性是普遍的，而可逆是有条件的：分化的逆转只发生于具有增殖能力的组织中；细胞必须处于有利于分化逆转的环境中；分化能力的逆转必须具有相应的遗传物质基础。
（三）全能性
细胞的全能性是指在一定条件下，细胞表达其全部遗传信息，并进而发育成完整的充分分化的机体的能力。Wilmut等的克隆羊实验，确证了动物胚胎的生长、分化和发育过程并不对基因组（除了免疫球蛋白和T-细胞受体基因）造成不可逆的修饰，在发育过程中已分化的体细胞核中仍具有与受精卵相同的核等价性或基因组连续性。
（四）分化细胞来自共同的母细胞——受精卵，而后形成各层次的干细胞
这一点同细胞分裂相似，但细胞分化形成的子细胞在形态、结构上发生差异，这是由于基因的选择性表达造成细胞的分化。
（五）时间和空间上的分化
一个细胞在不同的发育的阶段中可以有不同的形态和功能，这是时间上的分化。同源细胞一旦分化，由于各种细胞所处的空间位置不同，其环境也不一样，出现形态上的差异和机能上的分工，产生不同的细胞类型称为空间上的分化。单细胞生物只有时间上的分化，而多细胞生物既有时间上
的分化又有空间上的分化。
（六）普遍性
细胞分化是一种普遍存在的生命现象，在整个个体发育中均有细胞分化活动。
四、单细胞生物和多细胞生物的细胞分化
（一）单细胞生物的细胞分化
在单细胞生物中，细胞分化在同一细胞表现出时间上的分化，如噬菌体的溶菌型和溶原型，原核生物和原生生物的细胞多型性等。
（二）多细胞生物的细胞分化
多细胞生物的细胞不但有时间上的分化，而且还有空间上的分化，表现在一个生物体的前端和后端、内部和外部、背面和腹面等部位，可以有不同的细胞。细胞的分化更多地由基因直接支配。
第二节细胞分化的潜能
一、全能性的细胞
细胞的全能性（totipotency）是指一个细胞在一定条件下具有发育成完整个体的能力，具有这种能力的细胞称为全能性细胞。一个全能性细胞，应该有表达其基因组中任何一种基因的能力，亦即能分化为该种生物体内任何一种类型的细胞。理论上讲，每个具有完整基因组的细胞，包括生殖细胞和体细胞，都应该是全能性的。
二、胚胎细胞的分化潜能
在机体的整个生命过程中都有细胞分化活动现象，而在胚胎期细胞分化活动最典型。多细胞生物体来源于一个受精卵，经过卵裂到8个细胞前的阶段，细胞基本是全能性的。到囊胚和三胚层形成之后，随着细胞空间关系的变化和微环境的差异，多胚层细胞在分化潜能上开始出现一定的局限性，只倾向于发育为本胚层的组织器官。三胚层的分化潜能虽然局限，但仍然具有发育成多种表型的能力，这种细胞称为“多能细胞（pluripotent cell）”。经过器官发生，各种组织细胞的发育命运最终确定，最后形成在形态上特化、功能上专一化的终末分化细胞。细胞分化过程中的一个普遍规律，由全能→多能→单能的这一过程称为细胞的单能化。
三、体细胞的分化潜能
细胞分化不仅存在于胚胎发育过程中，成体中也存在细胞分化用以补充皮肤、血液、肠上皮细胞的不断更新。成体中的细胞分化有三种形式：（1）已存在的细胞功能由弱、强、减退到丧失。（2）已有的分化细胞通过分裂产生两个功能相同的细胞如血管内皮细胞。（3）成体许多组织具有一部分未分化的细胞，一旦需要，这些细胞便进行细胞分裂，经过分化产生新的子细胞，这部分未分化的细胞称为组织干细胞（stem cell）。当机体需要时，成体干细胞便可按发育的途径增殖分化为特定的细胞，它们通过增殖、分化补充机体各种组织器官中衰老死亡的细胞。
第三节细胞分化与基因表达
受精卵发育为一个新的个体，是受一系列基因调控的，这些基因在发育过程中，按照时间、空间顺序启动和关闭，互相协调对胚胎细胞的生长和分化进行调节。因此细胞分化的实质是基因的差别表达或顺序表达，即特定的基因在特定的时间内在特定的组织中表达的结果。
在细胞内与分化有关的基因按其功能分为两类：一类是管家基因（house keeping gene），是维持细胞基本活动所必需的基因，但对细胞分化一般只有协调作用。管家基因在各类细胞的任何时间内都可以得到表达，其产物是维持细胞最低限度的功能所不可缺少的，如膜蛋白、核糖体蛋白、线粒体蛋白、糖酵解酶、核酸聚合酶等；另一类为奢侈基因(luxury gene)，也叫组织特异基因（tiseue specific gene），是指与各种分化细胞的特殊性状有直接关系的基因，这类基因编码细胞特异蛋白质，丧失这类基因对细胞的生存并无直接影响，但对细胞分化、决定细胞特异性方面起着重要的作用。奢侈基因只存在特定的分化细胞中表达并受时期的限制，其编码产物称奢侈蛋白，如红细胞的血红蛋白、表皮细胞的角蛋白等。正是由于这些基因的选择性表达导致细胞分化。
一、转录水平的调节
大量的实验研究表明，细胞分化的基因表达的调节，主要发生在转录水平上，即是否出现某种性状决定于是否存在有关的mRNA。
（一）DNA甲基化
在细胞分化过程中，DNA甲基化参与了基因转录调节。这是通过体外诱导成纤维细胞发育为肌肉细胞的实验得以证明。
（二）活化染色质结构的特异调控区
大量实验研究表明，DnaseI敏感位点常是转录因子结合部位，说明DnaseI敏感位点的存在与基因转录活性密切相关。在胚胎发育过程中，随着红细胞的分化，相应于珠蛋白基因的DnaseI敏感位点也发生变化。如在小鼠原红细胞的前体细胞中，胚胎型β珠蛋白基因没有DnaseI敏感位点，而在胚胎第5天，由前体细胞发育至原红细胞阶段，胚胎型β珠蛋白基因活化，此时很容易检测出DnaseI敏感位点。
（三）各种调控元件调节转录
调节转录的各种调控元件包括基因的顺式调控元件（启动子、增强子、沉默子等）和参与启动子、增强子、沉默子等DNA结合的反式调控因子（各种转录因子）。基因的时空表达顺序受各种顺式调控元件、反式调控元件和同源异型基因的调节。
（四）核内RNA
转录后形成的核转录产物为核RNA(nRNA)，即不均一RNA(hnRNA)，其长度和种类都大于mRNA，nRNA 仅10%～20%进入细胞质，成为成熟mRNA。nRNA的选择加工也是细胞分化的重要机制。
（五）nRNA差别加工
同一nRNA因加工不同产生不同mRNA，例如在淋巴细胞发育过程中，其抗体基因转录形成同一RNA。有可变区（抗原结合区），恒定区以及内含子。在转录后加工过程中，因剪接而形成不同mRNA。除此之外，还有5ˊ端“戴帽”和3ˊ端“加尾”的修饰方式。
（六）专一mRNA的降解
mRNA的专一性降解也是转录后调节的一条途径，例如哺乳动物成红细胞（erythroblast）的分化过程中，早期细胞合成若干种mRNA，其中少量的珠蛋白mRNA被保留，但到后期的最后几次细胞分裂时，只有珠蛋白mRNA保留下来，其他种类mRNA均被降解。
二、翻译水平的调节
翻译水平的调节与转录调节不同，很少有选择性翻译，即在分化细胞内并无专门翻译某种mRNA 而不翻译其他mRNA的调节机制。相反，翻译调控通常是通过调节细胞的整体翻译水平来实现的。热激（heat shock）反应即是一例，热激不但影响转录的起始，也使大部分翻译停止，而同时热激蛋白mRNA加紧翻译，一段时间后，蛋白质合成恢复正常。虽然基因差异表达是细胞分化的关键环节，但是调节细胞分化则涉及到基因表达的各个水平及细胞生命活动的许多方面。
第四节影响细胞分化的因素
一、细胞内因素
（一）细胞核在细胞分化中的作用
在细胞分化过程中，细胞核起着最重要的作用。首先，生物任何性状的出现都是由遗传物质决定的，而遗传物质位于细胞核内；其次，从胚胎全能细胞到多能细胞再到单能细胞以及分化细胞之所以能合成特异蛋白质，都是由于细胞核内的基因有选择性表达的结果；另外细胞质对细胞分化的决定作用是要通过调控细胞核的基因表达来实现的。
（二）细胞质在细胞分化中的作用
受精卵每次分裂，细胞核物质经过复制倍增，并均等分配到两个子细胞中，而细胞质中组分经过了运动重新改组，不均等地分配到不同的子细胞中，从而直接或间接决定一个胚的主要器官区域的位置，这种细胞质的不均质性对胚胎的早期发育有很大影响，在一定程度上决定了细胞的早期分化。
（三）核质的相互作用在细胞分化中的作用
细胞是一个整体，细胞核与细胞质有非常密切的协调关系，在任何的细胞活动中都不能将它们孤立对待。在细胞分化中，细胞核与细胞质的作用是相互的且紧密联系的。细胞质对细胞核有作用，细胞核对细胞质也有反作用，这种相互作用因不同种类、不同地域、不同时期的细胞而异。
二、细胞外因素
（一）环境因素在细胞分化中的作用
在真核细胞中，细胞的分化也受到环境中各种因子的影响。主要是受细胞微环境的影响，有温度、光线等因素。另外，畸胎瘤（teratoma）就是在异常环境下形成的一种畸胎，即动物的卵细胞偶尔可以未经排卵就被激活，在卵巢中进行异位发育，这时细胞的增殖和分化失控，已分化的毛发、牙、骨、腺上皮等和未分化的干细胞杂乱聚集成无组织的肿块，称畸胎瘤。畸胎瘤的产生就表明环境影响早期胚胎细胞的决定和分化。
（二）细胞间的相互作用在细胞分化中的作用
1.胚胎诱导
在胚胎发育过程中，一部分细胞对邻近的另一部分细胞产生影响并决定其分化方向的作用称为胚胎诱导（embryonia induction）。对其它细胞起诱导作用的细胞称为诱导者(inductor)或组织者；被诱导发生分化的细胞称为反应细胞。诱导分化现象在动物胚胎发育过程中普遍存在。一般发生在内胚层和中胚层或外胚层和中胚层之间，从诱导的层次上看，可分为初级诱导、次级诱导和三级诱导。
2．分化抑制
细胞间的相互作用除了有诱导作用外，还有相互抑制分化的作用，在胚胎发育过程中，已分化的细胞抑制邻近细胞进行相同分化而产生的负反馈调节作用，称为分化抑制。例如，将一个正在发育的蛙胚放入一个含有一块成体脑组织的培养液中，则蛙胚不能产生正常的脑，这表明已分化的组织细胞可以产生某些物质，这种物质能抑制邻近细胞同样的分化，以避免相同的器官重复发生。
3．细胞数量效应
如小鼠胚胎胰腺原基在体外进行组织培养时，可发育成具有功能的胰腺组织，但如果把胰原基切成8小块分别培养，则都不能形成胰腺组织，如果再把分开的小块合起来，又可形成胰腺组织，可见细胞数量对诱导组织形成是必要的。
4．细胞外基质
细胞外基质在胚胎发育和细胞分化中具有重要的作用。如干细胞在Ⅳ型胶原和层粘连蛋白上演变为上皮细胞，在Ⅰ型胶原和纤粘连蛋白上形成成纤维细胞，在Ⅱ型胶原及软骨纤粘连蛋白上发育为软骨细胞，可见胶原对干细胞的定向分化有诱导作用。
5.激素对细胞分化的作用
在胚胎发育早期细胞质，外环境和胚胎诱导对细胞分化的作用是近距离的，而在胚胎发育晚期或胚后发育中，激素对细胞分化的作用是远距离细胞之间的相互作用的调节因素。激素产生后通过血液循环将特定信息运送到不同部位从而影响细胞的分化，激素作用于基因水平，然后通过对细胞质、细胞群体在形态发生上产生作用，它的作用在于引发靶细胞进行分化。卵巢产生雌激素，睾丸产生雄激素，它们分别促进女性、男性第二性征的发育，可以认为性激素在性细胞分化中起决定性的作用。
第五节细胞分化与肿瘤细胞
肿瘤细胞的恶性变（malinancy）属于细胞恶性分化。
一、肿瘤细胞的增殖特点
癌细胞是指那些恶性增殖并且有侵袭性(invasiveness)和广泛转移(metastasis)能力的肿瘤细胞。肿瘤细胞有三个基本特征：①恶性增殖，即增殖失控。一般情况下，正常细胞在体外培养瓶中贴壁生长，增殖的细胞达到一定密度，汇合成单层以后即停止分裂，称密度依赖性抑制（densety dependent inhibition，DDI）。肿瘤细胞则失去了接触抑制，它们的增殖并不因细胞密度增殖到相互接触而停止，以至在培养瓶中形成多层堆积。②侵袭性，在体内，肿瘤细胞不但增殖失控形成新
的肿块（瘤）而且由于代谢失控，分泌破坏细胞外基质的酶，侵袭破坏周围的正常组织。③转移性，即通过血管和淋巴管扩散、转移到身体的其它部位滋生继发性肿瘤，形成新的肿块。
二、细胞分化与肿瘤细胞的产生
细胞的正常增殖受到机体内复杂调控网络的精密调控，当调控系统发生紊乱后，引起细胞异常增殖与持续的分裂，导致肿瘤的发生。研究发现，细胞癌变与癌基因的活动有关。癌基因是控制细胞生长、增殖与分化并具有诱导细胞恶性转化潜能的一类基因。正常情况下，癌基因可维持细胞的生理功能；在致癌因素的作用下，癌基因活化并异常表达（持续表达，过度表达），使细胞持续增殖，导致癌变。
除了癌基因外，细胞中还存在一套抑制细胞生长和肿瘤形成的基因，称为抑癌基因。正常情况下抑癌基因在细胞的生长、增殖与分化及持续基因的稳定性等方面起着负调控的作用，并且有潜在的抑癌作用。当抑癌基因发生突变而失活时，其抑癌功能丧失，细胞生长失控而致癌。
三、肿瘤细胞的逆转和诱导分化
细胞癌变是因正常细胞恶性分化所致，故控制细胞恶性分化，使细胞肿瘤逆转是受到人们普遍关注的问题。肿瘤细胞的生物学特点之一是增殖旺盛、分化不良。肿瘤的恶性程度越大，分化越差，因而可以认为肿瘤细胞是正常细胞表型在其成熟的特殊阶段受到阻碍的结果。临床上发现有的肿瘤可自然消退不治而自愈，有的肿瘤可被药物诱导分化。目前在实验条件下，将畸胎瘤细胞移植到适宜的环境，已成功地诱导其分化，逆转为正常的细胞。现在已知许多化合物可以诱导敏感细胞系的分化，如细胞毒抗肿瘤药物VitD的同类物，cAMP及其衍生物，维甲酸等。以上的研究和实践都表明癌细胞的诱导分化是可能的。就目前研究结果证明，所有的诱导分化试剂都无统一的生化作用部位，联合用药可产生协同作用，降低化学治疗的毒性，这可能将成为诱导肿瘤细胞分化、治疗肿瘤的可行途径。
小结
细胞分化是细胞生物学的一个重要方面，细胞分化的研究对医学实践中很多问题的探索与解决都具有十分重要的意义。构成多细胞生物的各种不同类型的细胞均来源于同一受精卵，这是通过细胞分裂和细胞分化来实现的。细胞分化并不是多细胞生物所特有的，许多单细胞微生物也具有分化现象，这种分化现象常常是环境变化所至。生物体的一生中都有分化现象，但最主要的是在胚胎发育时期。在成体的许多组织中仍保留一部分未分化的细胞——干细胞，一旦需要，这些干细胞可以先进行细胞分裂，然后分化产生细胞。一个细胞在不同的发育阶段有不同的形态和功能，它的分化受到发育环境的诱导和影响，而引起细胞分化的本质因素是由于细胞核的基因在一定时间、一定的空间上有序的差异表达。
细胞分化的过程大致是：细胞分裂所产生的新细胞，起初在形态、结构方面都很相似，并且都具有分裂能力。后来除了一小部分细胞仍然保持着分裂能力以外，大部细胞失去了分裂能。在生长过程中，这些细胞各自具有了不同的功能，它们在形态、结构上也逐渐发生了变化，结果就逐渐形成了不同的组织 分化与细胞间的相互作用细胞间的相互作用是各式各样的，可以是诱导作用，也可以是抑制作用。就作用方式来说，有的作用需要细胞的直接接触，另一些所需要的可能是间隔一定距离的化学物质的扩散。 ①诱导作用。两栖类胚胎背部的外胚层细胞，在脊索中胚层的作用下，分化为神经细胞，以后发育为神经系统。这种中轴器官的诱导作用在脊椎动物具有普遍性，一般认为，脊索中胚层细胞释放某种物质，诱导外胚层细胞分化为神经组织。 诱导不但在中轴器官的形成中起作用，也在以后器官的发生中起作用。例如间质细胞的存在对体内腺体上皮的形成和分化是必不可少的。这些腺体包括甲状腺、胸腺、唾腺和胰腺，它们对间质细胞的依赖程度有很大差异。在离体条件下，胰腺原基只要有间质细胞存在就可以继续发育。 ②抑制作用。如在蝾螈幼虫或成体摘除水晶体后，可以从背部的虹彩再生出一个新的。进一步的分析指出，再生水晶体的能力局限在虹彩背部的边缘层。如把这部分组织移到另一个摘除水晶体的眼睛，不是位于背部，而是使它位于腹部，仍旧可以由它再生出水晶体。 既然这部分细胞有生长水晶体的能力，为什么在正常的眼睛里不表现？如把虹彩的背部移到另一只未摘除水晶体的眼睛里，不管使它位于那一部位，都长不出水晶体。如在摘除水晶体的眼睛里，经常注射完整的（带有水晶体的）眼腔液体，在注射期间，虹彩背部的细胞也长不出水晶体。由此可见，虹彩背部的细胞本来具有产生水晶体的能力，正常水晶体会产生一种物质，对此起抑制作用。 细胞分化中基因表达的调节控制是一个十分复杂的过程，在蛋白质合成的各个水平，从mRNA的转录、加工到翻译，都会有调控的机制。在DNA水平也存在调控机制（如基因的丢失、放大、移位重组、修筛以及染色质结构的变化等）。不同的细胞在其发育中的基因表达的调节控制不同；相同的细胞在其发育的各阶段中，调节控制的机制不同。
造血干细胞与白血病的关系 1995年以来我国造血干细胞工程与相关的生物学领域的研究发展迅速。有关造血干/祖细胞基因表达的研究，上海国家人类基因组研究中心陈竺、陈赛娟等为正常和急性白血病人骨髓造血干祖细胞cDNA文库的基因表达建立了一套先进的工作体系。他们在许多白血病细胞系的干/祖细胞中发现了300个新的相关基因。中山大学医学院李树浓、黄绍良等从人的桑葚期胚胎干细胞成功地诱导出造血细胞等。北京输血研究所裴雪涛等从成人和胎儿的骨髓分离出成年源干细胞，又进一步诱导分化为骨、软骨、脂肪和神经原细胞等。他们成功地构建了胎儿和成人间充质干细胞cDNA扣除文库，获得了胎儿和成人间充质干细胞的差异表达基因及在胎儿特异表达基因。中国医学科学院天津血液学研究所、国家血液学重点实验室赵春华等证实从胚胎胰腺、骨髓和肝脏中都可以分离出人间充质干细胞，又证明G-CSF可以使输注的间充质干细胞在体内促造血重建。北京基础医学研究所毛宁等的实验不支持间充质干细胞可以“横向分化“。最近他们发现小鼠胚胎干细胞的体外分化重现了胚胎早期造血发生的生物学程序以及Smad5基因调控在胚胎造血发生中的必要性和多样性，又表明其上游配体TGF-beta家族分子在胚胎发生中的作用和特点。本文针对干细胞可塑性研究作了评论。国际上曾风靡一时的“横向分化“有关的实验都没有用完全纯化的胚层干细胞或组织干细胞来证实。然而，完全纯的胚层或组织定向的干细胞克隆是无法制备的。成年或胎儿全身各类组织中混有一些定向某胚层的或某组织的干细胞，甚至还混有桑葚胚干细胞。它们是胚胎发育过程的每个阶段中停止参与胚胎发育而残留下来的。它们在体内处于静止期，寿命长，长期存留在成人的各种组织中。各胚层和组织干细胞混杂在一起，它们都没有特异的形态、表型和功能，无法分离纯化，甚至和成人组织细胞也很难分开。它们在体外实验适当的条件诱导下可分化为各种组织细胞。在那些想证明组织干细胞“横向分化“的实验中，都无法排除上述可能。本专论指出，只有桑葚胚干细胞是全能的胚胎干细胞，具有向各个胚层分化的
造血干/祖细胞增殖与分化谱系 多能干细胞（HPSC）G0——G0期HPSC G1 淋巴干细胞高增殖潜能细胞（Blast CFCs） 前前B前T 多向性祖细胞（CFU—GEMM） ———————————————————————前B 粒-巨噬细胞爆式集落BFU-E BFU-MK （CFU—GM）未成熟B CFU-E CFU-MK CFU-G CFU-M 成熟B成熟T 原始红细胞原始巨核细胞原始粒细胞原始单核细胞原始浆细胞 早幼红细胞幼稚巨核细胞早幼粒细胞幼稚单核细胞幼稚浆细胞 中幼红细胞成熟巨核细胞 单核细胞浆细胞 中性中幼嗜酸性中嗜碱性中晚幼红细胞 粒细胞幼粒细胞幼粒细胞 成熟红细胞 中性晚幼嗜酸性晚嗜碱性晚 粒细胞幼粒细胞幼粒细胞 中性成熟嗜酸性成嗜碱性成 粒细胞熟粒细胞熟粒细胞
缺铁性贫血巨幼红细胞性贫血 再生障碍性贫血 珠蛋白生成障碍性贫血异常血红蛋白病 遗传性球形红细胞增多症遗传性椭圆形红细胞增多症遗传性口形红细胞增多症 葡萄糖-6-磷酸脱氢酶缺乏症丙酮酸激酶缺乏症 阵发性睡眠性血红蛋白尿症自身免疫性溶血性贫血冷凝集素综合征 高铁血红蛋白症硫化血红蛋白症 真性红细胞增多症 白细胞减少症中性粒细胞减少症和粒细胞缺乏症传染性单核细胞增多症 急性微分化性白血病（M0）急性粒细胞白血病未分化性（M1） 急性粒细胞白血病部分分化性（M2a）M2b
（M2b）急性颗粒增多的早幼粒细胞白血病（M3a） M3b 急性粒-单核细胞白血病（M4a M4b M4c M4EO） 急性单核细胞白血病（M5a）M5b 红白血病（M6）急性巨核细胞白血病(M7)
急性淋巴细胞白血病(ALL) T-细胞型：（Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ型） B-细胞型：前前B 、前B 、Common 型、B-ALL 急性混合细胞白血病(HAL) 浆细胞白血病 嗜酸粒细胞白血病 嗜碱粒细胞白血病 多毛细胞白血病(HCL) 慢性淋巴细胞白血病 (CLL)
“分子与细胞”第六章第2节《细胞分化》练习题 1．下列细胞中不能合成蛋白质的是() A．胰腺细胞B．肠黏膜细胞C．成熟红细胞D．白细胞 2．在生物的个体发育中，一个受精卵能形成复杂的生物体，主要是下列哪一生理过程起作用() A．细胞分裂B．细胞生长C．细胞成熟D．细胞分化 3．下列人体细胞中分化程度最低的是() A．胚胎干细胞B．造血干细胞C．胰腺细胞D．肌肉细胞 4．下列关于细胞分裂和细胞分化的叙述，错误的是() A．生物体的生长发育是细胞分裂和细胞分化的结果 B．生物体通过细胞分化，细胞之间逐渐发生了稳定的差异 C．细胞分裂是细胞分化的基础D．细胞分化过程中细胞中的遗传物质种类发生变化 5．动物体内各种类型的细胞中具有高全能性的细胞是() A．体细胞B．生殖细C．受精卵D．肝脏细胞 6．以下能证明植物细胞具有全能性的生产实践是() A．从一粒菜豆种子长成一棵植株B．用植物激素培育无子果实 C．用一小片土豆叶片，培养成一株完整的植株D．杂交育种 7．对于细胞全能性的理解正确的是() A．从理论上讲，生物体的每一个细胞都具有全能性。 B．未脱离植株的幼叶，在适当的情况下能表现出全能性 C．在个体发育的不同时期，由于细胞内基因发生变化，导致细胞不能表现出全能性 D．脱离了植株的芽，一定能表现出全能性 8．绵羊的乳腺细胞是高度特化的细胞，但用乳腺细胞的细胞核与卵细胞的细胞质融合成一个细胞后，这个细胞核仍然保持着全能性，这主要是因为() A．细胞核内含有保持物种发育所需要的全套遗传物质 B．卵细胞的细胞质内含有物种发育所需要的全套遗传物质 C．卵细胞的细胞质为细胞核提供营养物质D．细胞核与细胞质是相互依存的关系 9．下列关于细胞分化的说法错误的是（） A．细胞分化发生在生物体的整个生命进程中 B．细胞分化是生物界的一种普遍存在的生命现象 C．细胞分化仅发生在胚胎时期 D．细胞分化是细胞在形态、结构和功能上发生稳定性差异的过程 10．高度分化的细胞仍然有发育成完整个体的能力，也就是保持着细胞的全能性。目前能够从体细胞培育成完整生物体的生物种类是( ) A.所有生物体细胞 B．动物细胞 C.植物细胞 D．尚无发现 11．细胞分化与细胞增殖的主要不同是( ) A、细胞数量增多 B、细胞的形态、结构和生理功能 C、细胞在生理功能上相似 D、相同细胞的后代在形态、结构和生理功能上发生稳定性差异性的过程
造血干细胞 一定义 造血干细胞是骨髓中的干细胞，具有自我更新能力并能分化为各种血细胞前体细 胞，最终生成各种血细胞成分，包括红细胞、白细胞和血小板。也是存在于造血组 织中的一群原始多能干细胞。可分化成各种血细胞，也可转分化成神经元、少突胶 质细胞、星形细胞、骨骼肌细胞、心肌细胞和肝细胞等。 干细胞可以救助很多患有血液病的人们，最常见的就是白血病。虽其配型成功率相 对较低，且费用高昂，但其治疗效果好且捐献造血干细胞对捐献者的身体并无很大 伤害。 二特征 人体内所有的血细胞都来自造血干细胞（ｈｅｍａｔｏｐｏｉｅｔｉｃｓｔｅｍｃｅｌｌｓ，ＨＳＣ）的定向分化。ＨＳＣ又称多能干细胞，是存在于造血组织中的一群原始造血细胞，有两个重要特性： （１）高度的自我更新或自我复制能力； （２）可定向分化、增殖为不同的血细胞系，并进一步生成血细胞。造血干细胞采用不对称的分裂方式：由一个细胞分裂为两个细胞。其中一个细胞仍然保持干细胞的一切生物特性，从而保持身体内干细胞数量相对稳定，这就是干细胞自我更新。而另一个则进一步增殖分化为各类血细胞、前体细胞和成熟血细胞，释放到外周血中，执行各自任务，直至衰老死亡，这一过程是不停地进行着的。 三造血干细胞的造血原理 1 造血干细胞具有多潜能性，即具有自身复制和分化两种功能。在胚胎和迅速再生的骨髓中，ＨＳＣ多处于增殖周期之中；而在正常骨髓中，则多数处于静止期，当机体需要时，其中一部分分化为成熟血细胞，另一部分进行分裂增殖，以维持ＨＳＣ的数量相对稳定。人类ＨＳＣ首先出现于胚龄第２～３周的卵黄囊，在胚胎早期（第２～３个月）迁至肝、脾，第５个月又从肝、脾迁至骨髓。从胚胎末期一直到出生后，骨髓成为ＨＳＣ的主要来源。造血干细胞进一步分化发育成不同血细胞系的定向干细胞。定向干细胞多数处于增殖周期之中，并进一步分化为各系统的血细胞系，如红细胞系、粒细胞系、单核-吞噬细胞系、巨核细胞系以及淋巴细胞系。2由造血干细胞分化出来的淋巴细胞有两个发育途径，一个受胸腺的作用，在胸腺素的催化下分化成熟为胸腺依赖性淋巴细胞，即T细胞；另一个不受胸腺，而受腔上囊（鸟类）或类囊器官（哺乳动物）的影响，分化成熟为囊依赖性淋巴细胞或骨髓依赖性淋巴细胞，即B细胞。并分别由T、B细胞引起细胞免疫及体液免疫。如机体内造血干细胞缺陷，则可引起严重的免疫缺陷病。
影响细胞分化的因素细胞分化是生物发生中的一个极为复杂的过程，其中基因差别表达是细胞分化过程的关键环节，但不能简单地归结为专一基因群的稳定开放或关闭。 事实是调节细胞分化过程的环节要涉及到基因表达的各个水平和细胞生命活动的许多方面。 一、细胞质在细胞分化中的决定作用胚胎正常发育是起始于卵母细胞贮存信息（因源于母本又称母本信息）表达，此信息在细胞中定位分布，通过各种途径调节蛋白质合成并进一步调节晚期基因表达。 1．L母本信息又称决定子，决定细胞分化方向，其本质是mRNA卵母细胞阶段已合成大量mRNA。 动物的卵母细胞中约含有2～5万种不同核苷酸序列的mRNA，每种有600拷贝之多，且定位分布，并随卵裂进入不同子细胞，指导细胞分化方向。 例如果蝇性细胞决定子： 果蝇受精卵后端有一部分称为生殖质的细胞质，决定生殖细胞分化。 果蝇卵在受精后2小时内，只进行核分裂，细胞质不分裂，随后核向卵边缘迁移并包上细胞质。 每个核都具有全能性，既可分化为性细胞，也可指导分化为体细胞，其分化命运决定于核迁入的细胞质区。 如移入生殖质最终分化为生殖细胞；如用紫外线破坏生殖质，则发育成无生殖细胞的不育个体；如把生殖质注入卵前端，则前端细胞也可分化为生殖细胞。 且无母本信息受精激活与翻译调控机制卵母细胞阶段只有少量mRNA被激活，多数mRNA处于非活状态，而受精可激活大量mRNA，使受精卵的发育在翻译水平上受调控。
如隐蔽mRNA（与专一性蛋白结合不能被核糖体识别的mRNA）在受精后几分钟则开始翻译。 二、晚期基因的差别表达各种特化细胞的核含有该物种的完整基因组，具全能性。 担任何时间细胞基因组中只有少数基因在活动，单一顺序基因进行表达的只占基因组中5％～10％。 这些基因可分为持家基因（维持细胞生存必需）与奢侈基因（不同细胞中差别表达的基因）。 细胞分化关键是细胞按照一定程序发生差别基因表达，开放某些基因，关闭某些基因，真核生物差别基因表达要在基因表达链各个水平受到调节。 1．DNA水平调节DNA水平调控是真核生物基因差别表达的一个次要和辅助手段。 （1）以基因重排来调节不同基因表达例如哺乳动物免疫蛋白各编码区的连接。 免疫球蛋白包括两条相同轻链与重链，分别包括可变区、恒定区以及二者间连接区，重链还含一歧化区。 这些区域都由位于同一染色体不同位置DNA片段编码。 （2）DNA甲基化与去甲基化真核生物DNA大约2％～7％的胞嘧啶（C）存在甲基化修饰，甲基化的基因不表现活性，而未甲基化的表现出基因活性。 利用5－氮胞苷可人为造成去甲基化，用它处理细胞，可以改变基因表达与细胞分化状态。 2．转录水平调控基因差别表达的关键是合成专一mRNA从而合成专一蛋白质。
多能干细胞（HPSC）G0—— G0期HPSC HPSC G1 淋巴干细胞 高增殖潜能细胞（Blast CFCs） 前前B前T 多向性祖细胞（CFU—GEMM） ———————————————————————前B 粒-巨噬细胞爆式集落 BFU-E BFU-MK （CFU—GM）未成熟B CFU-E CFU-MK CFU-G CFU-M 成熟B成熟T 原始红细胞原始巨核细胞原始粒细胞原始单核细胞原始浆细胞 早幼红细胞幼稚巨核细胞早幼粒细胞幼稚单核细胞幼稚浆细胞 中幼红细胞成熟巨核细胞 单核细胞浆细胞 中性中幼嗜酸性中嗜碱性中晚幼红细胞 粒细胞幼粒细胞幼粒细胞 成熟红细胞 中性晚幼嗜酸性晚嗜碱性晚 粒细胞幼粒细胞幼粒细胞 中性成熟嗜酸性成嗜碱性成 粒细胞熟粒细胞熟粒细胞
缺铁性贫血巨幼红细胞性贫血 再生障碍性贫血 珠蛋白生成障碍性贫血异常血红蛋白病 遗传性球形红细胞增多症遗传性椭圆形红细胞增多症遗传性口形红细胞增多症 葡萄糖-6-磷酸脱氢酶缺乏症丙酮酸激酶缺乏症 阵发性睡眠性血红蛋白尿症自身免疫性溶血性贫血冷凝集素综合征 高铁血红蛋白症硫化血红蛋白症 真性红细胞增多症 白细胞减少症中性粒细胞减少症和粒细胞缺乏症传染性单核细胞增多症 急性微分化性白血病（M 0）急性粒细胞白血病未分化性（M 1 ） 急性粒细胞白血病部分分化性（M 2a ） M 2b （M2b）急性颗粒增多的早幼粒细胞白血病（M3a） M3b 急性粒-单核细胞白血病（M4a M4b M4c M4EO）
急性单核细胞白血病（M5a） M5b 红白血病（M6）急性巨核细胞白血病(M7) 急性淋巴细胞白血病(ALL) T-细胞型：（Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ型） B-细胞型：前前B、前B、Common型、B-ALL 急性混合细胞白血病(HAL) 浆细胞白血病 嗜酸粒细胞白血病嗜碱粒细胞白血病 多毛细胞白血病(HCL) 慢性淋巴细胞白血病 (CLL)慢性粒细胞白血病(CML) 肥大细胞白血病 大颗粒淋巴细胞白血病幼淋细胞白血病 骨髓增生异常综合征（MDS：RA RAS RAEB RAEBT）
影响细胞分化的因素 1、胞外信号分子 ①近端组织的相互作用： 又叫做胚胎诱导，指细胞分泌信号分子旁泌素，影响周围细胞想一定方向分化。如：眼的发生。已知正常情况下，视泡诱导与其接触的外胚层发育为晶状体，实验证明，把视泡移植到其他部位后也能够诱导与之接触的外胚层发育为晶状体。 ②远距离细胞的相互作用 通过激素进行调节，如：蝌蚪变态过程中，会分泌大量甲状腺素和三碘甲状腺原氨酸。 2、细胞记忆与决定 胞外信号分子作用时间短，单细胞可以储存这些记忆，使细胞向特定方向分化。果蝇的成虫盘移植实验便是一个很好地列子。 细胞记忆使得细胞在其形态、结构和功能等分化特征尚未表现出来就已经确定了细胞的分化命运，这就是细胞决定。 3、受精卵细胞质的不均一性 母体效应：卵母细胞中贮存的mRNA和蛋白质的分布是不均匀的，各种mRNA 在细胞中都定位分布，在细胞分裂时mRNA不均一的分配到子细胞中，从而决定细胞分化的命运。 4、细胞间的相互作用与位置效应 实验证明，改变细胞所处的位置可导致细胞分化方向的改变。此即位置效应 5、环境对性别的决定 很多爬行动物通过与环境的作用决定其性别。 6、染色质变化与基因重排对细胞分化的影响 染色质变化主要包括：基因丢失，基因扩增，基因重排，DNA甲基化 基因丢失：细胞发育过程中出现染色体数量减少或者某一部分丢失的现象。如蛔虫发育过程 基因扩增：细胞内特定基因拷贝数在某一时期大量增加的现象。如卵母细胞rDNA 扩增以及双翅目昆虫体细胞内的多线染色体。 基因重排：基因与基因间的位置或顺序发生重新排列组合。如B淋巴细胞分化为浆细胞的过程中，它的DNA经过断裂重排的变化，这有利于其利用有限的免疫球蛋白基因表达大量的抗体。 DNA甲基化：DNA上某些序列处的胞嘧啶被甲基化而引起基因失活。 总之伴随染色质变化，细胞分化也出现变化。 7、（补充）数量效应：细胞数量对诱导组织形成是必要的 如小鼠胚胎胰腺原基在体外进行组织培养时，可发育成具有功能的胰腺组织，但如果把胰原基切成8小块分别培养，则都不能形成胰腺组织，如果再把分开的小
一、什么是造血干细胞？它能再生吗？ 造血干细胞是一类可以产生各种类型血细胞的细胞，它具有自我更新和很强的再生与分化发育能力，它来源于红骨髓，可以经血流迁移到外周血液循环中，适量的造血干细胞就能维持正常的血液成份平衡。 二、什么是造血干细胞移植? 患者因疾病或其它原因导致造血或免疫功能异常时，将他人的正常造血干细胞移植到患者体内，重建患者的正常造血等相关功能，达到治疗某些疾病的目的。 三、造血干细胞移植的分类？ 根据造血干细胞来源可分为骨髓移植、外周血造血干细胞移植、脐带血造血干细胞移植及胎肝造血干细胞移植。 四、造血干细胞移植能治疗哪些疾病? 造血干细胞移植是治疗白血病、再生障碍性贫血、重症免疫缺陷症、地中海贫血、急性放射病、某些恶性实体瘤、淋巴瘤等造血及免疫系统功能障碍性疾病的成熟技术和重要手段，对有些疾病有根治性疗效。 五、健康者在多大年龄适合捐献造血干细胞？ 年龄在18-40岁的健康者均可登记成为捐献造血干细胞的志愿者18-55岁健康者可采集造血干细胞。 六、捐献造血干细胞影响身体健康吗? 人体内的造血干细胞具有很强的再生能力。正常情况下，人体各种细胞每天都在不断新陈代谢，进行着生成、衰老、死亡的循环往复，当指出部分造血干细胞后，造血干细胞会很快增殖，一般健康者在十天左右即可补足所捐的细胞量。因此，捐献造血干细胞不仅不会影响自身的造血功能反而使自身的造血系统得到了锻炼，增强了生命的活力。 七、从外周血采集造血干细胞，对捐献者有危险、痛苦吗? 至今没有因采集外周血造血干细胞引起对指献者伤害的报道，在采集完成后，一些轻微疼痛感和不适将会消失，所用的器材都经严格消毒并一次性使用，所在的采集医院都是由卫生部认定、在中华骨髓库备案的有移植和采集资质的三甲医院，安全是有保障的。 八、捐献造血干细胞需多长时间?捐献者大约需采集多少造血干细胞?捐献期间正常工作怎么办? 约1个星期，注射动员剂4天(皮下注射，2次/日)，第5天采集，大约需采集100ml~200ml 含1%左右浓度造血干细胞的混悬液。一旦确定捐献，我们红会工作人员将会为您请假，并尽量帮您解决捐献期间的生活问题。 九、在采集造血干细胞前，为什么要对捐献者使用动员剂?对人体有副作用吗?有什么样的不适症状? 在正常生理条件下，外用血的造血干细胞量极少，不能满足移植的需要，药物动员之后，加速骨髓造血干细胞的生成并释放到外周血中，可使外用血造血干细胞增加20-30倍，以满足移植需要。据多年的临床观察和目前国际上的报道，动员剂(国际上公认的G-CSF)对人体健康没有副作用。 注射动员剂期间可能会有腰酸背痛、食欲;减退、低热等不适症状，因人而异，停药后这些不适症状就会消失。 十、捐献造血干细胞后会影响生育吗? 不会影响。志愿者指完造血干细胞后可正常怀孕生育。 十一、怎样加入中国造血干细胞捐献者资料库江苏省分库，成为一名捐献造血干细胞志愿者? 如果您适龄、身体健康、有过无偿献血经历、家人支持、在当地有比较固定的工作或住
什么是造血干细胞 近三十年来，血细胞生成的研究发展很快，现已证明人类骨髓中存在造血多能干细胞，它们具有高度自我更新的能力，并且能分化为各血细胞系统的祖细胞（如淋巴系干细胞、粒系干细胞），再大量分化、增殖为各种原始和成熟血细胞，最后这些成熟的血细胞通过骨髓进入血液中，发挥各自的生理作用。人体造血干细胞的一半存在于干细胞池，是人体造血细胞的储备库，以适应和满足各种状态下造血的需要；另一半存在于增殖池，这些造血干细胞不断增殖、自我复制，以弥补因细胞衰老或丢失所致的血细胞不足，维持人体血细胞的平衡。 人体的造血组织有很强的代偿功能，当抽取部分造血干细胞后，会很快增殖，一般健康者在1-2周左右即可补足所捐的造血干细胞量。因此，捐献者不仅不会影响自身的造血功能，反而使自身的造血系统得到了锻炼，更具备了生命的活力。 什么是骨髓 骨髓是存在于长骨（如肱骨、股骨）的骨骺和扁平骨（如髂骨）的骨髓腔中，是一种海绵状的组织。能产生血细胞的骨髓呈红色，称为红骨髓。人出生时，红骨髓充满全身骨髓腔，随着年龄增大，脂肪填充了所有的长骨的骨髓腔（呈
淡黄色，称黄骨髓），最后几乎只有扁平骨和长骨骨骺中才有红骨髓。此种变化可能是由于成人不需要全部骨髓腔造血，部分骨髓腔造血已足够补充所需血细胞。当机体严重缺血时，部分黄骨髓可转化为红骨髓，骨髓的造血能力可显著提高。骨髓的造血功能极强，骨髓最高的造血能力可达到正常造血情况的9倍，如果只保留骨髓的1/10，就能完成正常的造血功能，所以少量骨髓捐献对身体没有什么影响。 造血干细胞移植的过程是怎样的 常规的移植前，只需HLA—A、B、DR三个座位六个基因相同即可。由于HLA—A、B的多样性最明显，所以上海分库原先是对志愿者先做HLA—A、B分型，待检索后供、受者HLA —A、B相配后，再对供者作HLA—DR分型检测，看是否相配？现在已采用基因检测法，不分一、二类了。如果供、受者HLA 完全相配，同时供者健康检查合格，就可以着手准备移植手术。先用化学药物和放射治疗摧毁患者身上癌细胞，这时患者的正常造血干细胞也会被杀死，人体的免疫力下降，易发生感染，必须在无菌病房（层流室）中接受移植。移植方法如同输血，植入的造血干细胞在患者体内繁殖，重建造血和免疫系统，患者逐渐恢复健康。造血干细胞移植对白血病的有效治愈率可达到70%左右。 造血干细胞采集的方式是什么
第三节细胞的分裂与分化 教学目标 1.说出细胞分裂的基本过程。 2.描述动植物细胞的分化过程以及通过分化形成组织的过程。 3.识别植物体的主要组织和人体的基本组织。 教学重点 1.使用显微镜观察洋葱根尖细胞分裂的基本过程。 2.描述生物的生长现象与细胞数目睥增多、体积的增大有关。 3.描述细胞的分化现象。 4.描述组织的概念和类型。 教学难点 1.说出细胞分化过程中染色体的大致变化。 2.描述细胞的分化现象。 教学过程 一、导入新课 利用多媒体课件，点击一个鸭蛋，蛋壳破碎后出现一只小鸭。并点击水面上的鸭群，伴随着配乐童谣：“门前大桥下，游过一群鸭，快来快来数一数，二、四、六、七、八。” 生：学生讨论后回答。 学生1回答说：“生物体可以从小长大。” 师：生物体的生长现象与哪些方面有关？ 生：与细胞的数目增多，细胞的体积增大有关。 师：细胞数目增多，细胞体积增大是怎样造成的？ 二、探究过程 （一）细胞的分裂（学生2人一组） 1.用显微镜观察洋葱根尖细分裂的玻片标本。并结合教科书中的示意图，划出细胞分裂的区域，并观察细胞分裂过程中染色体的大致变化。 2.画出细胞分裂过程中1－2个典型的图像。 教师巡回指导，鼓励同观察、讨论细胞分列过程中最明显的变化是什么？你能给细胞分裂过程分几个时期？如何描述细胞分裂的基本过程？细胞分裂与生物体长大有什么关系？细胞分裂形成的两个形态、结构相似吗？ （二）细胞生长 教师演示细胞生长过程图解。 引导学生说出细胞生长过程中的主要变化（许多小液泡逐渐长大，全并为一个大液泡，细胞长到一定的程度就不再生长了），导致整个细胞体积增大。
学生讨论：细胞体积越大，需从外界吸收的营养物质越多。根据你平时的经验，说出植物生长在什么环境下，细胞体积会明显增大？细胞体积增大，细胞体积增多与生物体的生长有什么关系？细胞由小长大的过程，叫做细胞生长。细胞生长过程中，细胞内蛋白质等成分不断积累，而使细胞体积增大。 生物体的生长则指生物体内细胞数目的增多，细胞体积的增大以及细胞间质的增加。生物体的生长过程中，通常伴随着细胞的分化和形态建成。生物体或其器官的生长速度呈"S"形曲线，开始时生长缓慢，继而生长加快直至高峰，以后生长停滞，至衰老期，由于分解作用超过合成作用，生物体或其器官甚至萎缩。 （三）细胞分化与组织形成 细胞分化是细胞分裂产生的许多新细胞在生长过程中结构和功能发生专一化的过程。高等动、植物一般都从一个受精卵开始发育，经多次细胞分裂与分化，产生各种不同的特殊结构和专一功能的细胞，如植物茎中上下相通的导管、筛管，叶的表皮等。细胞分化的结果是形成了具有不同形态结构和功能的细胞群，即形成了不同的组织。 1.植物组织通过分化形成了：保护组织、输导组织、基本组织、分生组织等主要的组织。 保护组织：具有保护作用。如叶的表皮。 输导组织：具有输导水分、无机盐和有机物的作用。如导管和筛管。 基本组织：具有营养作用。如叶肉、果肉。 分生组织：具有分裂能力。如茎的顶端、根的尖端具有分裂能力的细胞。 番茄的果皮与果肉，用手摸一摸，用牙咬一咬，尝一尝它们的区别何在？表皮具有什么功能？果肉具有什么功能？ 2.利用显微镜分别观察人体的四种基本组织的永久切片。观察时，可对照教科书中插图辨认四种基本组织。 教师出示四种基本组织剪贴图。 上皮组织：具有保护、吸收的功能。 肌肉组织：具有运动的功能。 结缔组织：具有营养、连接、支持、保护的功能。 神经组织：具有接受刺激、产生兴奋、传导兴奋的功能。 通过本节课的学习完成下表： 细胞分裂→细胞生长→细胞分化→组织形成；植物的四种组织，人体的四种组织的分布及其
第十二章造血干细胞及免疫细胞的生成 免疫细胞都属于血细胞，所有血细胞都来源于造血干细胞。因此在一定意义 上讲，免疫细胞的发育分化就是造血干细胞分化成熟的过程。 第一节 造血干细胞的特性和分化 一、造血干细胞的起源和表面标记 （一）造血干细胞的起源 哺乳动物的造血最早发生在卵黄囊，随后转移到胎肝，胚胎发育中期以后以 及出生后，骨髓成为主要的造血场所，并为B细胞发育的中枢免疫器官；胸腺 是T淋巴细胞的分化成熟的中枢免疫器官。 早期的造血干细胞是多能造血干细胞（pluripotent hematopoietic stem cell）， 具有自我更新（self?renewing）和分化（differentiation）两种重要的潜能，赋予 机体在整个生命过程中始终保持造血能力。多能造血干细胞最初分化为共同淋巴 样祖细胞和共同髓样祖细胞等等。 （二）造血干细胞的表面标记 白细胞分化抗原和单克隆抗体技术的应用，为造血干细胞表面标记的研究及其分离纯化提供了重要的理论和实验依据。人造血干细胞的主要表面标记为CD34和c-kit （CD117），不表达谱系（lineage）特异性标记。 （1）CD34：CD34是一种高度糖基化跨膜蛋白，有1%~4%骨髓细胞表达 CD34，其中包括了造血干细胞，是造血干细胞的一种重要标记，应用CD34单 克隆抗体可从骨髓、胎肝或脐血中分离、富集造血干细胞。随着造血干细胞的分 化成熟，CD34表达水平逐渐下降，成熟血细胞不表达CD34。 （2）CD117：CD117是干细胞因子（stem cell factor，SCF）的受体，是原 癌基因c?kit的编码产物Kit。CD117是属于含有酪氨酸激酶结构的生长因子受体，胞膜外区结构属IgSF。CD117+细胞约占骨髓细胞的1%~4%，50%~70% CD117+骨髓细胞表达CD34，因此，CD117也是多能造血干细胞的重要标记。 （3）Lin－细胞：应用针对T细胞、B细胞、NK细胞、单核细胞、巨噬细 胞、巨核细胞、髓系以及红系等多种谱系相应单克隆抗体的混合抗体（CD2、CD3、CD14、CD16、CD19、CD24、CD56、CD66b和血型糖蛋白A等抗体）结合免
《细胞分化》的教学设计 （浙江省湖州中学全刚313000） 一、设计思路 高中生物学新课程改革的重要理念，一是通过对基本生物学知识、生物学观点、生物学情感的认知提升学生的生物科学素养；二是生物学教育要注重与现实生活的联系。“细胞分化”一节，既有翔实的生物科学史实资料，还有现代生物技术中的重要基础知识，又不乏热点新闻、医疗健康这样与学生切身利益相关的生活实例。教学中适当加入这些内容，开阔了学生的思路，增强了学生对生物学的兴趣，更乐于探究新知识，并能认识许多社会问题的多方面性，进而获得自己独特的对生物学的理解、感受和体验。本节课对于师生而言，是一个很好的共同发展的平台。因此，案例设计中不仅关注学生在知识呈现过程中的状态，同样也展示了教师在教学中的真正角色和师生在交往互动中产生新知识，即师生是一个“学习共同体”，在教学过程中，通过人际沟通、交流和分享各种学习资源而相互影响、相互促进。 二、教材分析 《细胞分化》这一节内容是浙科版必修1第四章第二节，是在学生了解了细胞的结构、功能和增殖的基础上，向学生展现了当今细胞生物学的重要研究课题――细胞的分化与癌变、细胞全能性、干细胞。本节内容中，细胞分化是核心内容，《标准》对此要求达到的层次为理解水平，而细胞癌变、全能性、干细胞都可由细胞分化的内容拓展而来。本节内容既是对细胞结构、功能、分裂等知识的拓展和延伸，又为学习遗传、变异打下基础。同时，细胞全能性及干细胞的知识又是选修课本中克隆技术和胚胎工程的理论基础，因此学好本节内容对学习后面的有关知识是非常必要的。 三、学情分析 高中阶段的学生已经有了一定的抽象思维能力和综合思维能力。由于此部分知识比较抽象，学生将抽象知识具体化、形象化的能力还不够，需要教师由浅入深，从生活中的事例入手，从学生身边常见的实例展开组织教学活动。同时，由于学生的心理特征存在个体差异，对新鲜知识的接收与认知程度不一，因此，教学中要注意从学生的具体实际出发，抓住学生的认知特点，采用恰当的教学策略，使生物科学知识有效地整合到学生原有认知结构中去，丰富和发展原有知识体系，在大脑中建构起新的知识、能力、价值观联系。 四、教学目标 1、知识目标 举例说明细胞分化的概念和生物学意义；说出细胞发生癌变的原因并说出癌细胞的主要特征；说出什么是细胞全能性并举例说明细胞的全能性理论在动植物克隆技术中的应用；举例说明干细胞的种类、特点和应用。 2、能力目标 通过公共信息资源（如图书馆、电视、互联网等）收集有关细胞分化、癌变及干细胞研究方面的资料，学会鉴别、选择、运用和分享信息，形成评估有关信息科学性的意识和能力，并尝试科技小论文的写作。 3、情感态度与价值观 关注人类的健康问题，认同良好的生活习惯对身体健康的重要意义，树立内
造血干细胞的特性 一、造血干细胞的起源 造血干细胞（hemopoietic stem cell,HSC）是存在于造血组织中的一群原始造血细胞，它不是组织固定细胞，可存在于造血组织及血液中。造血干细胞在人胚胎2周时可出现于卵黄囊，第4周开始转移至胚肝，妊娠5个月后，骨髓开始造血，出生后骨髓成为干细胞的主要来源。在造血组织中，所占比例甚少，如在小鼠骨髓中105核细胞中的有10个，在脾中105有核细胞中只有0.2个。 二、造血干细胞的形态 干细胞是一种嗜碱性独核细胞，其大小约为8μm，呈圆形，胞核为圆形或肾形，胞核较大，具有2个核仁，染色质细质而分散，胞浆呈浅蓝色不带颗粒，在形态上与小淋巴细胞极其相似，但淋巴细胞体积较小，染色质浓染，核仁不明显且有细胞器。因此很难用形态学识别干细胞，并与其它独核细胞相区别。 造血干细胞可包括三级分化水平，即多能干细胞（pleuripotent stem cell），定向干细胞（Committed stem cell）及其成熟的子代细胞。 关于对造血干细胞的功能分析，长期以来仅限于对小鼠干细胞的研究，而对人干细胞的存在只是来自间接证据，因为不能在人体内进行如鼠体内的功能分析法。70年代以来，由于建立了新的体外细胞培养技术，大大促进了对人干细胞的直接研究。 三、造血干细胞的表面标志 由于造血组织中造血干细胞在形态学方面无法与其它单核细胞区别，而且数量极少，这为造血干细胞的分离纯化并对其功能分析和分化的研究造成极大困难。 近年来由于单克隆抗体技术的进步，流式细胞仪（FACS）的应用，以及对小鼠和人造血干细胞表面标志的研究，取得了很大进展，为造血细胞的分离纯化及鉴定创造了条件。 1．Thy-1与丝裂原（wheat germ agglutinin,WGA）Visseer等发现小鼠骨髓中造血干细胞对WGA有高亲和性。利用这一特性，应用FACS自骨髓中分离造血干细胞应及核系Mac-1等谱系抗原与WGA反应性相结合，即可自骨髓中Lin-/WGA+细胞群中分离造血干细胞，也获得良好结果。 也有学者发现正常小鼠骨髓细胞中，也能表达低密度Thy-1抗原（Thy-11。）。如与上述标志组合，即自骨髓Thy-11。Lin-,WGA+细胞群中，分离造血干细胞，可用于对造血细胞的功能分析。 2．干细胞抗原（stem cellantigen-1,Sca-1）有学者制备一种抗原前T细胞杂交瘤的单克隆抗体，用这种单抗检出的抗原分子称为干细胞抗原-1（Sca-1）。其后有人自骨髓中Thy-1Io、Lin-、Sca-1+细胞群中，可分离纯人造血干细胞。 3．原癌基因（c-kit）最近证明造血干细胞与c-kit基因密切相关。C-kit可编码一种穿膜酪氨酸激酶受体分子。应用单克隆抗体证明此分子可存在于造血干细胞膜上，其后证明它的配体分子是造血干细胞因子（stem cell factor,SCF）。它是信号传导分子，对造血干细胞的分化具有重要作用。目前，小鼠多能干细胞表面分子标志可视为Thy-1Io、WGA+、c-kit+、Lin-。 c-kit分子可高频率表达于多能干细胞表面,但骨髓中c-kit+细胞可分化为各种血细胞，而胸腺中c-kit细胞可分化为淋巴细胞，不能分化为髓系细胞，所以胸腺内c-kit+细胞，可能是淋巴样干细胞（如下表）。 胸腺及骨髓中c-kit+细胞分化机制
造血细胞分离、集落培养及表型分析所谓造血干细胞（hematopoietic stem cells，HSC，）是指具有自我更新和多向分化能力的一类细胞。它的基本特性是具有自我更新能力，即经过一个细胞周期活动之后，可以产生两个与分裂前性质相同的造血干细胞,同时又具有多向分化能力，即在一定的环境条件下，造血干细胞具有向各系血细胞分化的能力。 图1 造血系统和造血干细胞分化图 Fig。1 hematopoietic system and hematopoietic stem cell differentiation. 造血干细胞主要存在于骨髓、动员的外周血、脐血中，与骨髓和动员的外周血相比，脐血来源丰富、受病毒污染的几率小、富含造血干细胞且所含的造血干细胞具有更高的增殖潜能，同时脐血中的淋巴细胞幼稚，具有较低的免疫排斥活性，是优良的造血干细胞来源。 造血干/祖细胞鉴别的传统方法还是应用集落分析方法，它可检测粒-巨嗜细胞集落形成单位（colony - forming unit-granulocyte/ macrophage，CFU-GM）、红系爆式集落形成单位（burst-forming unit-erythroid，BFU-E）、巨核细胞集落形成单位（
colony-forming unit-megakaryocyte，CFU-MK）、红系-粒系-巨嗜系-单核系集落形成单位（multipotent colony-forming units，CFU-GEMM或mixed colony-forming unit，CFU-Mix），等等，它是在半固体培养基上培养14天，然后在显微镜下计数集落。 造血干细胞的表面标志随着个体发育的不同时期不同，CD34+、CD38-、HLA-DR-、Thy-1+、c-kit+、LFA-1-、CD45RA-、CD71-、lin-已经普遍被认为是造血干细胞的标志。此外，1997年发现一个新的造血干细胞标志是AC133，但具CD34抗原是目前公认的造血干细胞和祖细胞的共同标志。 一、实验原理 1、用流式细胞仪分析细胞表型 待测细胞被制成单细胞悬液，经特异性荧光染 料染色后加入样品管中，在气体压力推动下进入 流动室，流动室内充满鞘液，在鞘液的约束下， 细胞排成单列出流动室喷嘴口，并被鞘液包绕形成细胞液柱。这种同轴流动的设计，使得样品流和鞘液流形成的流束始终保持着一种分层鞘流的状态。鞘液和样品流组成一个圆形的流束，一起自喷嘴的圆形宝石孔喷射出来，进入流动室，与水平方向的激光光束垂直相交。该区称为测量区。利用样品流和鞘流的气压差的层流原理，使细胞依次排列成单行，每个细胞以均等的时间依次通过测量区，被荧光染料染色的细胞受到强烈的激光照射后发出荧光，同时产生散射光。细胞发出的荧光信号和散射光信号，同时被荧光光电倍增管接收，被积分放大反转换为电子信号输入电子信息接收器、
造血干细胞研究进展 摘要：造血干细胞是具有自我更新、高度增殖和多向分化潜能的细胞群体,在人体造血系统中起着至关重要的作用。本文介绍了造血干细胞的生物学特征、表面标志以血干细胞在干细胞移植、细胞治疗和基因治疗等方面的临床应用和前景。 造血干细胞(hematopoietic stem cell,HSC)又称多能干细胞,是存在于造血组织中的一群原始造血细胞。也可以说它是一切血细胞的原始细胞,即由造血干细胞定向分化、增殖为不同的血细胞系,并进一步生成血细胞。人类造血干细胞首先出现于胚龄第2～3周的卵黄囊,在胚胎早期(第2～3月)迁至肝、脾,第5个月又从肝、脾迁至骨髓。在胚胎末期一直到出生后,骨髓成为造血干细胞的主要来源。造血干细胞是干细胞中研究最早、最多、最深入的一种,近年来在造血干细胞的多个研究领域均取得了重要进展。 1 造血干细胞的发现 造血干细胞的发现源于第二次世界大战后放射医学的研究，Jacobson 等[1-3]发现小鼠与豚鼠的脾脏与骨髓中存在有一类细胞，即造血干细胞，能够重建经致死剂量射线照射过的小鼠与豚鼠的造血系统。随着单克隆抗体技术与流式细胞分选技术的出现，人们利用多种针对细胞表面抗原的抗体组合，分离到相对较纯的小鼠与人骨髓与胚胎组织中的造血干细胞与造血前体细胞群(hematopoietic progenitorcell)。其中，美国斯坦福大学Weissman 实验室在分离与鉴定小鼠与人的造干细胞方面所做的工作最为杰出[4-9]。长期以来，对于造血干细胞是由多种不同的、可以分化成不同种类成熟细胞所组成，还是由一类可以分化成所有造血系统成熟细胞所组成，人们存有争论。直到1996 年，Osawa 等[10]通过单个细
关于细胞分化的详细解析 虽然每个细胞都含有一样的基因组序列，有着相同的遗传信息，但是基因是选择性表达的。生物体在个体发育的不同时期、不同部位，通过基因水平、转录水平等的调控，表达基因组中不同的部分，最终完成细胞分化和个体发育。 细胞分化是指胚胎细胞获得不同形态结构和功能特征的过程。细胞分化过程中的核心，是基因表达的时空特异性变化，通过不同基因表达的开启或关闭，最终产生分化细胞所特有的蛋白。 细胞分化的特点是：○1不可逆性○2细胞定向与决定，分化方向的确定往往早于形态差异的出现○3细胞分化的稳定性○4时空特异性：既有时间上的特异性，又有空间上的特异性○5细胞增殖与分化程度常常成反比。 基因的选择性表达是指在细胞分化中，基因在特定的时间和空间条件下有选择表达的现象，其结果是形成了形态结构和生理功能不同的细胞。即使在细胞分裂过程中，基因的选择性表达同样存在。如在细胞分裂间期、分裂期，仅仅是部分基因在表达，合成了特定的蛋白质、酶用于分裂过程，绝大部分基因没有表达。 细胞分化中基因表达的调节控制是一个十分复杂的过程，在蛋白质合成的各个水平，从mRNA的转录、加工到翻译，都会有调控的机制。在DNA水平也存在调控机制（如基因的丢失、
放大、移位重组、修筛以及染色质结构的变化等）。不同的细胞在其发育中的基因表达的调节控制不同；相同的细胞在其发育的各阶段中，调节控制的机制不同。基因调控是细胞分化的核心问题:胚胎细胞分化与细胞分化的特异性表达，主要通过两个水平的调控机制来实现，即转录与转录后加工，翻译与翻译后加工。每个水平有不同的调控途径。 细胞分化的过程大致是：细胞分裂所产生的新细胞，起初在形态、结构方面都很相似，并且都具有分裂能力。后来除了一小部分细胞仍然保持着分裂能力以外，大部细胞失去了分裂能。在生长过程中，细胞中特定的基因通过转录翻译合成蛋白质，表现出特定的形态、结构和生理功能，形成不同的细胞和组织。这就是遗传信息相同的各种细胞、组织和器官表现出的功能却大相径庭的原因。
1.概念：细胞的分化是在个体发育中，由一个或一种细胞增殖产生的后代，在形态、结构和功能上发生稳定性差异的过程。 2.产生形态、结构、功能不同的细胞，形成不同组织和器官。 3.时间：发生于整个生命过程中，在胚胎期达到最大限度。 4.细胞分化的特点：持久性(细胞分化发生在整个生命进程中)；普遍性(生物界中普遍存在，是生物个体发育的基础)；稳定性、不可逆性；细胞分化程度越高，细胞分裂能力越弱(高度分化细胞如:神经细胞、肌肉细胞,不再分裂；部分分化细胞如:骨髓干细胞，能继续分裂)。 5.细胞分化在胚胎时期达到最大限度：在胚胎时间，较短时间内，由受精卵分裂分化出了幼体所需的几乎全部种类的体细胞，是分化最旺盛的时期。而且从胚胎时期细胞中所占的比例来说，处于分化状态的细胞也是最多的。 6.细胞分化的原因：细胞分化是不同细胞中遗传信息的执行情况不同导致，即基因的选择性表达。但各个细胞中遗传物质并没有改变，均来自于受精卵。 7.细胞分化的意义：细胞分化是生物个体发育的基础。使多细胞生物体中细胞趋向专门化，有利于提高各种生理功能的效率。 8.细胞分裂与细胞分化的联系：分裂是分化的基础（细胞分裂产生了相同细胞的后代，细胞分化使相同细胞的后代发生了形态、结构和生理功能上的差异）；分裂和分化共同完成生物体正常的生长发育；分化程度越高，分裂能力越弱，全能性越小。 9.细胞的全能型：已经分化的细胞，仍然具有发育成完整个体的潜能。 10.细胞全能性的原理：细胞都是由受精卵有丝分裂产生，都有一套完整的遗传物质。 11.细胞全能性的大小：受精卵>生殖细胞>体细胞，植物细胞>动物细胞，分裂能力强的细胞>分裂能力弱的细胞（未分化的或分化程度低的细胞>分化程度高的细胞）。 12.细胞全能性得以表现的条件：离体（脱离植物体的植物细胞称为外植体）；提供适宜条件：温度、水、无机盐、有机营养及激素等。其过程：离体的植物细胞、组织或器官经过脱分化形成愈伤组织，再分化为根、芽的胚状体，发育为幼苗。 13.细胞全能性种类：可分为体细胞全能性和生殖细胞全能性，植物的体细胞、动物细胞核、干细胞、低分化细胞（受精卵、早期胚胎），其中受精卵的细胞全能性最大。 14.细胞全能性的应用：快速繁殖花卉、蔬菜；拯救珍稀、濒危动植物；克隆人体器官，用于器官移植。 15.干细胞：在个体发育过程中，把那些具有自我复制能力，并能在一定条件下分化形成一种以上类型细胞的多潜能细胞。一旦生理需要，这些干细胞可按照发育途径通过分裂而产生分化细胞，即干细胞是一类具有自我更新和分化潜能的细胞。 16.全能干细胞：受精卵在形成胚胎之前的细胞是全能干细胞。具有发展成独立个体的能力。如胚胎干细胞，可以无限增殖并分化称为全身200多种细胞类型，进一步形成机体的所有组织、器官。 17.万能干细胞：是全能干细胞的后裔，无法发育成一个个体，但具有可以发育成多种组织的能力的细胞。 18.多能干细胞：只能分化成特定组织或器官等特定族群的细胞，例如骨髓