1、細(xì)胞 分化 癌變 衰老 與 凋亡,一 細(xì)胞分化,一、細(xì)胞分化 細(xì)胞后代在形態(tài)、結(jié)構(gòu)和功能上發(fā)生差異的過程。 每個(gè)人的一生中都在進(jìn)行著細(xì)胞分化。 細(xì)胞分裂的不對稱性和細(xì)胞間的相互作用是細(xì)胞分化的兩個(gè)基本機(jī)制。,細(xì)胞分化是同一來源的細(xì)胞逐漸發(fā)生各自特有的形態(tài)結(jié)構(gòu)、生理功能和生化特征的過程。其結(jié)果是在空間上細(xì)胞之間出現(xiàn)差異，在時(shí)間上同一細(xì)胞和它以前的狀態(tài)有所不同。細(xì)胞分化是從化學(xué)分化到形態(tài)、功能分化的過程。從分子水平看，細(xì)胞分化意味著各種細(xì)胞內(nèi)合成了不同的專一蛋白質(zhì)（如水晶體細(xì)胞合成晶體蛋白，紅細(xì)胞合成血紅蛋白，肌細(xì)胞合成肌動蛋白和肌球蛋白等），而專一蛋白質(zhì)的合成是通過細(xì)胞內(nèi)一定基因在一定的時(shí)期的選

2、擇性表達(dá)實(shí)現(xiàn)的。因此，基因調(diào)控是細(xì)胞分化的核心問題。,二、細(xì)胞分化的機(jī)理,（一）細(xì)胞分裂的不對稱性卵細(xì)胞具有極性，細(xì)胞核靠近北極。 北極或動物極：極體釋放的部位； 南極或植物極：相對北極而言，母體物質(zhì)主要儲存在于植物極。動物卵細(xì)胞中貯存有大量mRNA，呈非均勻分布； 用轉(zhuǎn)錄抑制劑放線菌素D處理海膽受精卵，胚胎發(fā)育仍能進(jìn)行至囊胚期 用蛋白質(zhì)翻譯抑制劑嘌呤霉素處理受精卵，受精卵停止發(fā)育。卵裂后的細(xì)胞質(zhì)的特性決定了子細(xì)胞核的分化命運(yùn)。 昆蟲以表面卵裂的方式形成胚層細(xì)胞的。遷入卵的后端極質(zhì)部的細(xì)胞發(fā)育為原始生殖細(xì)胞，用紫外線照射這一區(qū)域，破壞極質(zhì)，卵將發(fā)育為無生殖細(xì)胞的不育個(gè)體。,1、胚胎誘導(dǎo)：胚胎發(fā)

3、育過程中，一部分細(xì)胞影響相鄰細(xì)胞向一定方向分化的作用。 誘導(dǎo)者(inductor) ：對其它細(xì)胞起誘導(dǎo)作用的細(xì)胞： 脊索可誘導(dǎo)其頂部的外胚層發(fā)育成神經(jīng)板，神經(jīng)溝和神經(jīng)管； 視胞可誘導(dǎo)其外面的外胚層形成晶體，而晶體又可誘導(dǎo)外胚層形成角膜。 2、分化抑制：分化成熟的細(xì)胞可以產(chǎn)生抑素，抑制相鄰細(xì)胞發(fā)生同樣的分化。 如含有成蛙心組織的培養(yǎng)液培養(yǎng)蛙胚，則蛙胚不能發(fā)育出正常的心臟。,（二）細(xì)胞間的相互作用,3、細(xì)胞數(shù)量效應(yīng)：小鼠胚胎胰腺原基在體外進(jìn)行組織培養(yǎng)時(shí)，可發(fā)育成具有功能的胰腺組織，但如果把胰原基切成8小塊分別培養(yǎng)，則都不能形成胰腺組織，如果再把分開的小塊合起來，又可形成胰腺組織。 4、細(xì)胞外基質(zhì)的

4、影響： 干細(xì)胞在IV型膠原和層粘連蛋白上分化為上皮細(xì)胞； 在I型膠原和纖粘連蛋白上形成纖維細(xì)胞； 在II型膠原及軟骨粘連蛋白上發(fā)育為軟骨細(xì)胞。 5、激素的作用 ： 如昆蟲的保幼激素和脫皮激素。,1、染色體結(jié)構(gòu)的變化 1）基因刪除：原生動物、昆蟲、甲殼動物。 2）基因擴(kuò)增：果蠅多線染色體。 3）基因重排：免疫球蛋白基因（106108種抗體）。 2、基因與細(xì)胞分化 無論是母體mRNA的作用還是細(xì)胞間的相互作用，其結(jié)果是啟動特定基因的表達(dá)。 根據(jù)對果蠅、家蠶等實(shí)驗(yàn)動物的研究表明： 卵受精后，首先表達(dá)的是母體基因；母體基因的產(chǎn)物是轉(zhuǎn)錄因子，沿胚的前后軸形成一個(gè)濃度梯度，決定了胚的前后位置和頭尾區(qū)域；控

5、制其它基因的表達(dá)：,（三）細(xì)胞核與細(xì)胞分化,在細(xì)胞分化中，細(xì)胞核起決定作用。一般認(rèn)為細(xì)胞核內(nèi)含有該種生物的全套遺傳信息。在條件具備時(shí)，它可使所在細(xì)胞發(fā)育分化為由各種類型細(xì)胞所組成的完整個(gè)體。 在兩棲類，把囊胚期和早期原腸胚的細(xì)胞核移植到事先已經(jīng)去掉細(xì)胞核的卵內(nèi)能使卵正常發(fā)育，說明動植物體細(xì)胞的核是全能的,已存在的細(xì)胞功能由弱、強(qiáng)、減退到喪失。經(jīng)歷了新生成熟衰老死亡的過程。 已有的分化細(xì)胞通過分裂產(chǎn)生兩個(gè)功能相同的細(xì)胞，如血管內(nèi)皮細(xì)胞。 干細(xì)胞的分裂與分化，如多能造血干細(xì)胞。,三、成體中的細(xì)胞分化,細(xì)胞分化中基因表達(dá)的調(diào)節(jié)控制是一個(gè)十分復(fù)雜的過程. 在蛋白質(zhì)合成的各個(gè)水平，從mRNA的轉(zhuǎn)錄、加工

6、到翻譯，都會有調(diào)控的機(jī)制。 在DNA水平也存在調(diào)控機(jī)制（如基因的丟失、放大、移位重組、修篩以及染色質(zhì)結(jié)構(gòu)的變化等）。 不同的細(xì)胞在其發(fā)育中的基因表達(dá)的調(diào)節(jié)控制不同；相同的細(xì)胞在其發(fā)育的各階段中，調(diào)節(jié)控制的機(jī)制不同。,細(xì)胞分化失常的三腿女嬰,四、細(xì)胞的分化潛能 （一）、全能性、多能性和單能性受精卵能夠分化出各種細(xì)胞、組織，形成一個(gè)完整的個(gè)體，所以把受精卵的分化潛能稱為全能性。 隨著分化發(fā)育的進(jìn)程，細(xì)胞逐漸喪失其分化潛能。從全能性到多能性，再到單能性，最后失去分化潛能成為成熟定型的細(xì)胞。 植物的枝、葉、根都有可能長成一株完整的植株，細(xì)胞培養(yǎng)的結(jié)果也證明即使高度分化的植物細(xì)胞也可以培養(yǎng)成一個(gè)完整的植

7、株，因此可以說絕多數(shù)植物細(xì)胞具有全能性。,成熟動物細(xì)胞顯然不具備全能性。其原因并非在細(xì)胞核而在細(xì)胞質(zhì)，如大量的核移殖實(shí)驗(yàn)證實(shí)，分化細(xì)胞的核仍保留完整的基因組DNA。我國發(fā)育生物學(xué)家童第周1978年成功地將黑斑蛙成熟的細(xì)胞核移入去核的受精卵細(xì)胞內(nèi)，培育出了蝌蚪。60年代的爪蟾和80年代小鼠的核移殖，90年代末多利羊的誕生都證明了分化細(xì)胞具有完整的基因組DNA。 在人的一生中，皮膚、小腸和血液等組織需要不斷地更新，這個(gè)任務(wù)是由干細(xì)胞完成的。,根據(jù)干細(xì)胞的分化能力，可以分為全能干細(xì)胞、多能干細(xì)胞和單能干細(xì)胞。 干細(xì)胞是一類具有分裂和分化能力的細(xì)胞， 全能干細(xì)胞可以分化為機(jī)體內(nèi)的任何一種細(xì)胞，直至形成

8、一個(gè)復(fù)雜的有機(jī)體。 多能干細(xì)胞多能干細(xì)胞可以分化為多種類型的細(xì)胞，如造血干細(xì)胞可以分化為12種血細(xì)胞。 單能干細(xì)胞來源于多能干細(xì)胞，具有向特定細(xì)胞系分化的能力，也稱為祖細(xì)胞（progenitor）。,（二）、干細(xì)胞的特點(diǎn) 干細(xì)胞具有以下生物學(xué)特點(diǎn)： 終生保持未分化或低分化特征； 在機(jī)體中的數(shù)目、位置相對恒定； 具有自我更新能力； 能無限制的分裂增殖； 具有多向分化潛能，能分化成不同類型的組織細(xì)胞，造血干細(xì)胞、骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞、神經(jīng)干細(xì)胞等成體干細(xì)胞具有一定的跨系、甚至跨胚層分化的潛能；,分裂的慢周期性，絕大多數(shù)干細(xì)胞處于G0期； 通過兩種方式分裂，對成分裂和不對稱分裂前者形成兩個(gè)相同的干細(xì)胞，

9、后者形成一個(gè)干細(xì)胞和一個(gè)祖細(xì)胞。,（三）、胚胎干細(xì)胞根據(jù)個(gè)體發(fā)育過程中出現(xiàn)的先后次序不同，干細(xì)胞又可分為胚胎干細(xì)胞和成體干細(xì)胞。 胚胎干細(xì)胞（embryonic stem cells，ESC）是指從胚胎內(nèi)細(xì)胞團(tuán)或原始生殖細(xì)胞篩選分離出的具有多能性或全能性的細(xì)胞，此外也可以通過體細(xì)胞核移植技術(shù)獲得。,ESC的用途主要有： 克隆動物，由體細(xì)胞作為核供體進(jìn)行克隆動物生產(chǎn)，雖然易于取材，但克隆動物個(gè)體中表現(xiàn)出嚴(yán)重的生理或免疫缺陷，而且多為致命性的； 轉(zhuǎn)基因動物，以ESC細(xì)胞作為載體，可大大加快轉(zhuǎn)基因動物生產(chǎn)的速度，提高成功率； 組織工程，人工誘導(dǎo)ESC定向分化，培育出特定的組織和器官，用于醫(yī)學(xué)治療的目

10、的。 （2009年）102關(guān)于細(xì)胞分化，下列哪些說法不正確? 。 A干細(xì)胞是未分化的細(xì)胞 B終末分化細(xì)胞丟失了相當(dāng)多的基因 C細(xì)胞分化程度越高，表達(dá)的基因數(shù)也越多 D細(xì)胞分化程度越高，表達(dá)的基因數(shù)越少,四、再生,指生物的器官損傷后，剩余的部分長出與原來形態(tài)功能相同的結(jié)構(gòu)的現(xiàn)象，如壁虎的尾、蠑螈的肢、螃蟹的足，在失去后又可重新形成，海參可以形成全部內(nèi)臟，水螅、蚯蚓、蝸蟲等低等動物的每一段都可以形成一個(gè)完整的個(gè)體等等。廣義來看再生是生命的普遍現(xiàn)象，從分子、細(xì)胞到組織器官都具有再生現(xiàn)象。 1.生理性再生：即細(xì)胞更新，如如人體內(nèi)每秒中約有600萬個(gè)新生的紅細(xì)胞替代相同數(shù)量死亡的紅細(xì)胞。 2. 修復(fù)性再

11、生：壁虎的尾、蠑螈的斷肢、螃蟹的肢。 3. 無性繁殖,現(xiàn)在普遍認(rèn)為再生是細(xì)胞去分化，細(xì)胞遷移和細(xì)胞增殖的組合，而不是單純的補(bǔ)充或增殖。 如蠑螈的前肢被切除后，再生包括以下的過程： 傷口處細(xì)胞的粘著性減弱，通過變形運(yùn)動移向傷口。形成單層細(xì)胞封閉傷口。這層細(xì)胞稱為頂帽（apical cap）或頂外胚層帽（apical ectodermal cap）。 頂帽下方的細(xì)胞，如骨細(xì)胞，軟骨細(xì)胞，成纖維細(xì)胞，肌細(xì)胞，神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞迅速去分化。形成胚芽。 胚芽內(nèi)部缺氧，PH下降，提高了溶酶體的活性，促進(jìn)受傷組織的清除。 胚芽細(xì)胞加快分裂和生長，最后細(xì)胞又開始分化構(gòu)成一個(gè)新的肢體。,二、細(xì)胞的癌變,1、概念：在個(gè)

12、體發(fā)育過程中，有的細(xì)胞由于受到致癌因子的作用，不能正常地完成細(xì)胞分化，而變成了不受有機(jī)體控制的、連續(xù)進(jìn)行分裂的惡性增殖細(xì)胞，這種細(xì)胞就是癌細(xì)胞。,2、癌細(xì)胞特征：,能夠無限增殖。海拉細(xì)胞系,癌細(xì)胞的形態(tài)、結(jié)構(gòu)發(fā)生了變化。成纖維細(xì)胞癌變,癌細(xì)胞的表面也發(fā)生了變化。 糖蛋白減少，細(xì)胞黏著性減小易分散轉(zhuǎn)移,美國黑人拉克絲1951年10月死于一種罕見的子宮頸癌。這種特殊的癌細(xì)胞具有極強(qiáng)的繁殖力和生命力。拉克絲從發(fā)現(xiàn)第一個(gè)病灶到死亡，整個(gè)過程不足八個(gè)月。科學(xué)家們提取這種癌細(xì)胞加以培養(yǎng)，發(fā)現(xiàn)這些癌細(xì)胞竟以指數(shù)曲線瘋狂地生長！每24小時(shí)便增加一倍，“海拉”細(xì)胞在不足一個(gè)月時(shí)間內(nèi)，便能增加數(shù)千萬倍。這種新發(fā)現(xiàn)

13、的癌細(xì)胞被命名“海拉”，并被嚴(yán)格控制于實(shí)驗(yàn)室。 事過半個(gè)多世紀(jì)，“海拉”細(xì)胞還沒有死亡，仍在世界許多個(gè)實(shí)驗(yàn)室中廣泛的傳代使用，“如果聽任海拉細(xì)胞在最適宜的情況下毫無抑制地生長，那么到現(xiàn)在為止，它們很可能已經(jīng)占領(lǐng)整個(gè)世界！”這不是危言聳聽，這是科學(xué)的結(jié)論！據(jù)計(jì)算如果任其瘋狂生長，一年后達(dá)到的細(xì)胞數(shù)，不用說占領(lǐng)整個(gè)地球，就是占領(lǐng)整個(gè)宇宙也不算過分！好在人類已經(jīng)學(xué)會了對生物的有效控制，才制止了這種有害生物指數(shù)般的繁殖和生長。,3、發(fā)病機(jī)理：,癌細(xì)胞是由于原癌基因激活，細(xì)胞發(fā)生轉(zhuǎn)化而引起的。,正常細(xì)胞,癌細(xì)胞,原癌基因,激活狀態(tài),抑制狀態(tài),4、預(yù)防： 避免接觸致癌因子 增強(qiáng)體質(zhì)，保持心態(tài)健康，養(yǎng)成良好

14、的生活習(xí)慣，從多方面積極采取防護(hù)措施。,細(xì)胞的衰老,你知道哪些和人類衰老有關(guān)的現(xiàn)象？,三、細(xì)胞的衰老,又稱老化，指細(xì)胞隨著年齡的增加，機(jī)能和結(jié)構(gòu)發(fā)生退行性變化，趨向死亡的不可逆的現(xiàn)象。 衰老和死亡是生命的基本現(xiàn)象，衰老過程發(fā)生在生物界的整體水平、種群水平、個(gè)體水平、細(xì)胞水平以及分子水平等不同的層次。,更新組織：如上皮細(xì)胞、血細(xì)胞。構(gòu)成更新組織的細(xì)胞可分為類： 干細(xì)胞、 過渡細(xì)胞、 成熟細(xì)胞。 穩(wěn)定組織：可補(bǔ)償性增生，如：肝、腎細(xì)胞。 恒久組織：細(xì)胞不再分裂，如神經(jīng)、骨骼、心肌細(xì)胞。 可耗盡組織：如人類的卵巢實(shí)質(zhì)細(xì)胞。,一、人體細(xì)胞的動態(tài)分類,二、細(xì)胞衰老的特征（一）形態(tài)變化,1.DNA：復(fù)制與

15、轉(zhuǎn)錄受阻，端粒DNA缺失。DNA氧化、斷裂、缺失和交聯(lián)，甲基化程度降低。 2. RNA：含量降低。 3.蛋白質(zhì)：含成下降，發(fā)生修飾、交聯(lián)。 4. 酶分子：活性中心被氧化，金屬離子丟失，酶分子的二級結(jié)構(gòu)，溶解度，等電點(diǎn)發(fā)生改變，酶失活。 5.脂類：不飽和脂肪酸被氧化。,（二）分子水平的變化,（一）差錯(cuò)學(xué)派 1、代謝廢物積累：如：脂褐質(zhì) 2、自由基攻擊：導(dǎo)致DNA、蛋白質(zhì)變異，正常細(xì)胞內(nèi)存在清除自由基的防御系統(tǒng)： 酶系統(tǒng)：超氧化物歧化酶(SOD)，過氧化氫酶(CAT) 非酶系統(tǒng)：維生素E，醌類等電子受體。,三、細(xì)胞衰老的分子機(jī)理,1、細(xì)胞有限分裂學(xué)說 細(xì)胞最大分裂次數(shù)。 L.Hayflick (1

16、961)報(bào)道，人的成纖維細(xì)胞在體外培養(yǎng)時(shí)增殖次數(shù)是有限的（6070代）。 細(xì)胞增殖次數(shù)與端粒DNA長度有關(guān)。 2、重復(fù)基因失活學(xué)說：如哺乳動物rRNA基因數(shù)隨年齡而減少。,（二）遺傳論學(xué)派,3、衰老基因?qū)W說 子女的壽命與雙親的壽命有關(guān)； 各種動物都有相當(dāng)恒定的平均壽命和最高壽命； 成人早衰癥：平均39歲時(shí)出現(xiàn)衰老，47歲生命結(jié)束； 嬰幼兒早衰癥：1歲時(shí)出現(xiàn)明顯的衰老，1218歲生命結(jié)束， 早衰癥患者體內(nèi)解旋酶發(fā)生突變 。 Caenrhabditis elegans的平均壽命僅3.5天，該蟲age-1 單基因突變，可提高平均壽命65%，提高最大壽命110%。,Werners syndrome,H

17、utchinson-Gilford syndrome,細(xì)胞,細(xì)胞,正常分化,畸形分化,癌細(xì)胞,組織,器官、系統(tǒng),生物體,衰老,四 細(xì)胞凋亡,死亡是生命的普遍現(xiàn)象，但細(xì)胞死亡并非與機(jī)體死亡同步。正常的組織中也發(fā)生細(xì)胞死亡，它是維持組織機(jī)能和形態(tài)所必需的。 一、細(xì)胞死亡的方式 （一）、細(xì)胞壞死 是細(xì)胞受到急性強(qiáng)力傷害時(shí)立即出現(xiàn)的反應(yīng)。 早期表現(xiàn)為細(xì)胞膜破壞，線粒體腫脹。 繼而溶酶體破裂,細(xì)胞內(nèi)容物流出, 引起炎癥。,（二）、細(xì)胞凋亡cell apoptosis,Kerr（ 1972）最先提出，由細(xì)胞自身的程序性自殺機(jī)制激活的細(xì)胞死亡現(xiàn)象，基本上認(rèn)為受到嚴(yán)格的由遺傳機(jī)制決定的程序性調(diào)控，也稱為細(xì)胞編

18、程性死亡與細(xì)胞壞死的區(qū)別是： 細(xì)胞通過出芽的方式形成許多凋亡小體； 凋亡小體內(nèi)有結(jié)構(gòu)完整的細(xì)胞器； 不引起炎癥； 線粒體無變化，溶酶體活性不增加； 內(nèi)切酶活化，DNA有控降解，凝膠電泳圖譜呈梯狀； 凋亡通常是生理性變化，而細(xì)胞壞死是病理性變化。,胸腺細(xì)胞,正常,凋亡,胸腺細(xì)胞,正常,凋亡,細(xì)胞程序性死亡（programmed cell death，PCD）是一種基因指導(dǎo)的細(xì)胞自我消亡方式。 PCD和細(xì)胞凋亡的區(qū)別在以下方面： PCD是功能性概念，凋亡是形態(tài)學(xué)概念。 PCD的最終結(jié)果是細(xì)胞凋亡，但細(xì)胞凋亡并非都是程序化的。 PCD存在于胚胎發(fā)育過程中。,（三）、細(xì)胞程序性死亡,線蟲Caenorhabditis elegans是研究個(gè)體發(fā)育和細(xì)胞程序性死亡的理想材料（生命周期短，細(xì)胞數(shù)量少）。 線蟲神經(jīng)系統(tǒng)由302個(gè)細(xì)胞組成。這些細(xì)胞來自于407個(gè)前體細(xì)胞。也就是說105個(gè)細(xì)胞發(fā)生了程序性死亡。 控制線蟲