如何讲干细胞的潜能性才不会出错

 

很多时候,大家对干细胞的分化潜能不是很清楚,比如胚胎干细胞是否属于全能干细胞?多能干细胞和多能干细胞之间有什么差别?造血干细胞属于什么潜能的干细胞?间充质干细胞呢?今天,步步先生教你如何讲干细胞的潜能性才不会出错。...



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正文

很多时候,大家对干细胞的分化潜能概念不是很清楚,  比如胚胎干细胞是否属于全能干细胞?Pluripotent stem cell 和  Multipotent stem cell 都翻译成多能干细胞吗,两者有什么区别?造血干细胞属于什么潜能的干细胞?表皮干细胞呢?今天,步步先生教你如何讲干细胞的潜能性才不会出错。
 

人类胚胎发育及组织形成中细胞潜能变化图
 


图解受精卵(1)→二细胞卵裂球(2)→桑椹胚(3),都属于全能干细胞。囊胚期的内细胞团(4),属于多能干细胞。三胚层期的细胞(5)属于专能干细胞。心脏或骨骼里的干细胞(6)属于专能或单能干细胞。
干细胞潜能性的演化过程
干细胞的各种潜能性的演变,在正常的人体发育环境中,得到了最好的诠释。

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 全能干细胞→多能干细胞


人体的发育起始于精子与卵子的结合,随后形成一个具有能发育为完整个体的细胞,即具有全能性的受精卵。受精后的最初阶段,受精卵通过卵裂形成的细胞几乎完全相同。这意味着如果把这些细胞的任何一个放入女性子宫内,均有可能发育成胎儿。实际上,当两个全能细胞分别发育为单独遗传基因型的人时,即出现了各方面都完全相同的双胞胎。受精卵继续分裂,形成由12-16个细胞组成的细胞团,称之为桑椹胚(morula)。桑椹胚前和桑椹胚期的每一个细胞都具有发育成完整胚胎的潜力,属于全能干细胞(totipotent stem cell)。大约在受精后四天,经过几个循环的细胞分裂之后,这些全能细胞开始特异化,形成一个中空环形的细胞群结构,称之为囊胚(blastula),囊胚由外层细胞和位于中空球形内的内细胞团(Inner cell mass,ICM)所构成。从囊胚期到原肠胚期之间的细胞就是通常意义的胚胎干细胞(embryonic stem cell,ESCs),这个时候的细胞是多能干细胞(pluripotent stem cell)。

外层细胞继续发展,形成胎盘以及胎儿在子宫内发育所需的其它支持组织。内细胞团亦继续发育,分化成三个胚层,即可形成各器官系统。虽然内细胞团可以形成每一种组织, 但它不能形成完整的胎儿,因为它不能形成胎盘和支持组织。这些内细胞团细胞是多能性的----它们能产生许多种类型的细胞,但并非胎儿发育所需的全部细胞类型。因为它们不是全能性的,不是胚胎,没有完全的发育潜能。如果内细胞团被放入女性子宫,它不会发育成胎儿。
2

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多能干细胞→专能干细胞‍


多能干细胞经历进一步的特异分化,产生具有特殊功能的干细胞群体。如造血干细胞(☜试着点一下),它能产生红细胞、白细胞和血小板。又如皮肤干细胞,它能产生各种类型的皮肤细胞。又如神经干细胞(☜试着点一下),它能产生神经组织起源的成熟细胞,如神经元、少突胶质细胞和星形细胞。这些更专门化的干细胞被称为专能干细胞(multipotent stem cell)。专能干细胞分化潜能较之多能干细胞分化潜能低,但也具有多项分化功能。
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专能干细胞→单能干细胞


专能干细胞继续特异分化,就会形成分化潜能更低的单能干细胞(unipotentstem cell)。单能干细胞分化潜能最差,仅能产生一种类型或密切相关的两种类型的细胞,例如表皮干细胞(epidermal stem cell,ESCs)和睾丸中的精原干细胞(spermatogonialstem cell,SSCs)。单能干细胞是发育潜能最低的干细胞。

参考文献:

[1]. Alejandro De L. A. et al. Hall  marks  of pluripotency  [J]  Nature 525, 469–478(2015)

[2] Luis A.V.P.  Embryology – Updates and Highlights onClassic Topics  [M] 173-188 (2012)

名词解释

干细胞者说

全能干细胞(‍Totipotent stemcells):可以分化形成所有的胚胎组织以及胚胎外组织的任何一种细胞,但它们的发育潜能迄今不能在体外条件下实现。从受精卵到桑椹胚期的细胞全部属于全能干细胞。

多(万)能干细胞(Pluripotent stem cell可以分化形成人类体内存在为数不多的三胚层的任何一种细胞,但不能形成胎盘以及子宫内发育所需的支持组织。内细胞团细胞,胚胎细胞,生殖嵴细胞都属于多能干细胞。大名鼎鼎的诱导多能干细胞(iPSCs)也属于多能干细胞。

专(多)能干细胞(Multipotent stem cell可以分化形成某一胚层的任何一种细胞。外胚层,中胚层,内胚层的细胞都属于专能干细胞。比如典型的造血干细胞(HSCs),只限于形成这些干细胞起源性组织的成熟细胞类型,在正常生理条件下,不会分化形成与其起源组织类型不相关的细胞谱系。神经干细胞、间充质干细胞都属于专能干细胞。

单能干细胞(Unipotent stem cell):只能向一种类型或密切相关的两种类型的细胞分化。比如精原干细胞(SSCs),也具有自我更新的能力,但却显示出很有限的发育潜能,只能形成一种类型的细胞,即精子。

作者:步步先生   本文系干细胞者说原创,转载请注明作者步步先生,来源“干细胞者说”

感谢好友老狼和YUNJUAN提出宝贵的修改建议。‍

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