干细胞——多细胞生物发育与进化的基础_

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1、干细胞——多细胞生物发育与进化的基础引子干细胞的重要特点是具有某种程度的分化潜能，对于多细胞生物体内的绝大多数成体细胞而言，这种能力在分化发育的过程中部分或完全丧失。多细胞生物的发育起始于受精卵（一种很典型的干细胞），而后发生的一系列事件如卵裂、原肠胚形成、神经发生等均在干细胞的基础上进一步展开。干细胞中到底存在着何种奥秘，导致了生物体在基因的精确表达过程中逐渐形成？通过对干细胞的研究，人们已经知道，分化与发育过程中的一系列主要事件是严格按时空顺序发生的。这一过程十分复杂，对其中具体的细节人们知之甚少。因此，分化发育的分子机制即成为

2、生命科学研究领域中的重要课题之一。生命的不断更替与地球的逐渐演化推动了生物的进化。进化过程中物种间的差异不断加大，种间差距深深刻在了物种各自的发育过程中。此外，人们也注意到了不同物种在发育过程中具有保守性。这种保守性在差异颇大的物种表现出的相似性吸引了众多学者的研究热情，其中一个典型实例即同源异型基因的表达。不同动物发育过程中的保守性隐含了一种原则，即发育的保守性对生物的生存可能至关重要，因此在漫长的生物演化过程中被保留。据此可知，生物在发育过程中的差异有可能最终导致新物种的形成，但是它们之间存在着的某些惊人的相似之处，是所有生物必

3、须遵循的基本原则。因此，不难理解多细胞生物在进化过程中，保守性与差异性均以干细胞的分化发育为基础。由此可推测，多细胞生物的起源与演化和干细胞可能有某种关联，只有多细胞生物才可能涉及干细胞问题。那么我们会产生这样的疑问：www.100biotech.comservice@100biotech.com最初的干细胞是怎样产生的？干细胞的分化发育是否折射了进化的基本历程？多细胞生物的起源问题仍不清楚，人们只知道多细胞生物的出现要晚于单细胞生物。或进一步推测，多细胞生物的产生以干细胞为基础。因此，了解干细胞分化发育的具体机制或许可窥见多细胞生

4、物的早期演化历程。1干细胞、分化与发育：1.1干细胞概述什么是干细胞（stemcell）？多年来科学家们一直在努力寻求准确答案。但时至今日，仍无一个可被广泛接受的概念。一般意义上的干细胞是指那些具有自我更新和分化潜能的细胞。2001年6月17日NIH在广泛综合了当前世界上从事干细胞研究的科学家1200多篇论文的基础上，提出了对干细胞的解释：干细胞是来自胚胎、胎儿或成人的具有持久或终身自我更新能力的细胞,它可产生特异的细胞类型以形成人体组织和器官。干细胞的这一定义包含了业内的普遍看法，即仅在动物或人类身上才有干细胞，干细胞这一概念在某

5、种程度上是针对动物而言的。目前干细胞的定义虽然不完善，但为了研究方便，人们仍可对干细胞进行分类。分类可依据干细胞的分化潜能，依次分为全能干细胞、多能干细胞和单能干细胞。也可依据发育时间和组织来源，分为胚胎干细胞和成体干细胞。前一种分类方式注重干细胞的分化能力，后一种则侧重于干细胞与个体发育间各组织器官和发育历程上的关系。这两种方法都被广泛应用于发育生物学的研究领域。从历史的角度而言，最早的分类方式之一是1894年Bizzozero提出来的。他依据机体组织在成体中的定位，将细胞分为三种基本类型：自我更新型、扩增型和静止型。自我更新型主

6、要指存在于小肠上皮和表皮中的干细胞；肝脏中的干细胞则属于扩增型；静止型细胞包括组成中枢神经系统的细胞，没有干细胞存在。Bizzozero的分类方式因不能适应发育生物学的研究进展（有证据表明成体仍存在神经发生，如新产生的神经细胞迁移到嗅球，表明干细胞的存在。Gage,2000）而被人们抛弃，尽管它在历史上曾有过某些积极作用。因此，提出一个准确的干细胞定义，在发育生物学研究进展如此快速的今天，是一件相对困难的事情。尽管如此，人们对干细胞的生物学特性还是有了一定程度的了解。干细胞在形态上呈圆形或椭圆形、体积小、核质比例较大。根据形态学特征

7、及其存在位置，人们可以辨认出不同的干细胞。干细胞具有较强的端粒酶活性，增殖能力较强。干细胞的增殖速度相对较慢，最重要的一点是干细胞能够自我更新以维持自身数目的恒定，这是具有较高增殖特性的干细胞与肿瘤/癌细胞的一个根本区别。干细胞最重要的特点之一是它的分化潜能（图-1），这种潜能在生物分化和发育过程中不断调整，以适应细胞在特定分化发育阶段的功能。由于干细胞的分化特性，我们可以看到，多细胞生物的生长发育采取了与单细胞生物完全不同的模式。这样一种新型的生长发育模式使我们有理由相信，干细胞的出现是生命进化史上具有里程碑意义的事件。www.1

8、00biotech.comservice@100biotech.com图-1干细胞的分化潜能（田润刚细胞生物学教程2004）1.2分化在有性或无性生殖时，多细胞生物通常通过有丝分裂产生所有细胞。受精卵的卵裂（cleavage）是一个典