细胞微生物学课件

绪论

研究重点：细胞信号转导、物质定向运输

递

2、细胞核、染色体及基因表达的研究 研究重点：基因表达调控、染色体结构动态变化

微丝 ：基本成份是肌动蛋白，与各种结合蛋白相互

作用，行使各种功能：维持细胞的形态、参与细胞运动

1、细胞增殖与调控: 增殖规律与调控机制

研究重点：细胞的全能性 3、细胞衰老与死亡

细胞衰老分子机制研究： 衰老基因、端粒酶、 细胞凋亡：由基因控制的死亡

研究重点：相关基因、端粒酶、凋亡信号通路、 细胞周期、凋亡与癌 的关系

（一） 细胞是构成生物有机体的基本结构单位 （二） 细胞是代谢与功能的基本单位

（三） 细胞是生物有机体生长发育的基本单位。 （四） 细胞是遗传的基本单位，具有遗传的全能性

细胞的全能性：一个有机体内每，每一种细胞都包含有同样的或基本相同的全套遗传信息，都有分化为各类细胞或发育为完整个体的潜能。

细胞增殖与调控

一、细胞周期调控系统

(一 ) 细胞周期调控系统的核心 --- Cdk 和 cyclin

1、细胞周期蛋白依赖性蛋白激酶（cyclin-dependent kinase， Cdk ） 家族成员： Cdk 1--- Cdk 9

共 性：①有与周期蛋白cyclin 结合的结构域

②存在可磷酸化的氨基酸残基，调节该酶活性 2、周期蛋白（cyclin ）

家族成员： cyclin A、B 、C 、D 、E 、F 、G 、H 及T 等

结构特点：存在约100个aa 组成的与Cdk 结合的周期蛋白框 类 型：

① G1/S- cyclin ：决定DNA 复制；② S- cyclin ：DNA 复制起始所需蛋白；③ M- cyclin ：促进有丝分裂；④ G1- cyclin ：促进通过起始点或G1末期限制点

（1） Cdk 抑制性磷酸化调节

（2） Cdk 抑制性蛋白调节（CKI ）

①CIP/KIP家族：p21cip1、p27 kip2、p57 kip2；②INK4家族：p16 INK4a 、p15 INK4b 、p18 INK4c、 p19 INK4d

(三) Cdk调节蛋白降解机制：

依赖于两种不同的酶复合物：SCF 和APC （泛素依赖性），它们分别识别CKI 和cyclin 上某个氨基酸序列，并在泛素化酶E1和E2作用下，使许多泛素与之连接，进而被蛋白水解酶复合物降解 。

二、细胞周期蛋白-CDK 复合物与细胞周期事件的调控

（一）S 期DNA 复制起始：开始于复制起始点，与起点识别复合物（ORC ），受其他调节蛋白调节（Cdcy6、Mcm 、S-Cdk ）

二、 cyclin -CDK复合物对细胞周期事件的调控 （一）G1期中cyclin -CDK复合物的作用 (二)M 期进出有丝分裂事件的触发

促细胞成熟因子（maturation promoting factor,MPF）：

MPF 是一种使多种底物蛋白磷酸化的蛋白激酶；是由M 期Cyclin-Cdk 形成的复合物，分子量分别为：34KD 和 56KD 故又称 P34 和 P56蛋白。 3、MPF 的生物学效应

染色质凝集、核仁消失、核被膜崩解、纺锤体形成、靶蛋白活化

主要的细胞生长因子：

1、neuron growth factor, NGF （神经生长因子） 2、 epidermal growth factor, EGF （表皮生长因子)

3、 fibroblast growth factor, FGF （成纤维细胞生长因子） 4、platelet derived GF , PDGF （血小板生长因子）

5、Insulin-like growth factor, IGFs （胰岛素样生长因子） 6、 Interleukin, IL （白细胞介素）

（三）癌基因家族

根据基因结构、产物及功能的相似性可分为

1、src 家族 2、ras 家族 3、sis 家族 4、myc 家族

（四）抑癌基因（suppression-oncogene ）

其产物可以抑制细胞的生长和分裂，当基因发生变异或丢失，解除了对细胞增殖的抑制作用，就成为诱发肿瘤的重要因素。

抑制细胞恶性增殖的基因如， P53基因：有1/2以上的癌组织发生P53基因变异或丢失（17号染色体p 上）； Rb 基因（遗传性视网膜母细胞瘤Rb ）由Rb 基因失活或丢失引起（13号染色体q 上）可引起细胞恶性增殖

干细胞生物学基础

2、干细胞的增殖特征

(1)自我更新：分裂产生的子代细胞具有和母代细胞完全 一样的基因表型和性状； （2）自稳定性：（self-maintenance ）

是指干细胞可以在生物个体生命区间中自我更新并维 持其 自身数目恒定；

二、胚胎干细胞

（一） 胚胎干细胞（ ES）

指存在于早期胚胎中，具有多能性分化潜能的细胞。可以在体外无限扩 增并保持未分化状态，具有分化为胎儿或成体各种细胞类型潜能的细胞。 胚胎干细胞来源：

1、 来源于囊胚内细胞团的ES 细胞

2、 来源于早期（5-9周）胚胎生殖嵴部位原始生殖干EG 细胞的ES 细胞 3、来源于畸胎瘤细胞 （EC)

（三）胚胎干细胞的鉴定 (1) 细胞内碱性磷酸酶活性高 (2)端粒酶活性高

(3) 不被Hoechst33342 和Rhodamine123染色

(4) 细胞膜表面有特殊的标记：SSEA-3, SSEA-4, TRA-1-60, TRA-1-81

(5) 能分化成三个胚层的细胞，将胚胎干细胞植入免疫缺陷小鼠皮下 可产生畸胎瘤

(6) 可诱导分化为各种成体干细胞

（五）胚胎干细胞的研究价值

1、是发育生物学基础研究的理想材料 2、研究人胚胎干细胞应用价值

人胚胎发育机制及影响因素的研究用于药物机理及毒性实验的研究， 减少人体和动物的实验及临床研究。

将胚胎干细胞定向分化的细胞用于制造人体细胞、组织和器官。 三、成体干细胞（somatic stem cell）：存在于成体的组织器官中具有自我更新能力及分化产生一种或一种以上子代组织细胞的未成熟细胞，也称为组织特异性干细胞（tissue-specific stem cell ）。

如： 间充质干细胞、神经干细胞、造血干细胞、肠干细胞、肝干细胞、毛囊干细胞、胰腺干细胞、肌肉干细胞、脂肪干细胞、视网膜干细胞、角膜上皮干细胞等。

（二）间充质干细胞（mesenchymal stem cell, MSC）

来源于中胚层，可以从骨髓、软骨和骨组织中分离得到，易于在体外 扩增并在不同诱导条件下向多种组织分化。

细胞表面标记：CD14、CD71、CD90、CD117、CD147等；

但不表达血液细胞的标记，如CD34+、CD45和MHC-Џ分子等。

MSC 的分化潜能：在特定的诱导条件下，骨髓MSC 可以分化为间充质组织中的各类细胞，包括骨、软骨、脂肪、肌腱、韧带等细胞。

（三）上皮干细胞（epithelial stem cell）

皮肤外层的表皮细胞不断脱落，由基底部的干细胞持续增殖、分化进行组织更新。（1%-10%） 毛囊中也有表皮干细胞存在 1、表皮干细胞的特征：

（1）自我更新 ，在体增殖分化成表皮全层，体外克隆生长 （2）慢周期性， （ 3）对基底膜的黏附

（四）小肠干细胞

小鼠小肠的每个隐窝含有1个干细胞和30-40个潜在的干细胞，约150个分裂的细胞、每天分裂2次，每天产生约300个细胞。

细胞衰老

2、细胞增殖能力与供体年龄有关

人胎儿肺成纤维细胞 50代 成年人肺成纤维细胞 20代 老年人肺成纤维细胞 2-3代 结论 ：体外培养细胞倍增次数与个体年龄成反比关系 3、不同物种的细胞最大分裂次数与动物平均寿命有关

龟 175年 传代次数 90~125次 人 80年 40~60次 小 鼠 3.5年 4~28次

早老症 20年 2~4 次 结论：不同物种的细胞最大分裂次数与动物平均寿命成正比

具有干细胞特性的增殖细胞群细胞分裂周期延长 ，自我更新和多向分化潜能衰退，将导致组织器官结构与功能的衰退，是研究细胞衰老的重要模型 体内环境可以影响增殖细胞群的衰老 （四） 细胞衰老的表现

1、衰老细胞中水分含量减少, 细胞萎缩

2、衰老细胞中色素蓄积 如：质褐素（lipofusin ）

（3）高尔基复合体的变化

囊泡种胀，伴有扁平囊的断裂崩解，分泌功能降低 （4）溶酶体的变化

溶酶体功能降低，细胞内残余体积累

4、线粒体的变化是细胞衰老的重要指标：数量减少，体积的增大，氧化产能功能下降 5、细胞骨架的改变

G-肌动蛋白含量下降，微丝数量减少 ，与微丝相关的信号传递功能下降 6、核结构的改变： 核膜内折、崩解、染色质固缩化 7、蛋白质合成变化

蛋白质合成速率降低，特异蛋白、酶结构和数量 改变，是细胞衰老的重要标志：

β半乳糖苷酶（SA β-gal ）表达增加， 超氧化物歧化酶（SOD ）表达减少 8、成体干细胞的衰老

干细胞的自我更新、增殖和分化的能力下降

4、线粒体学说 mtDNA受损累积 衰老死亡 5、遗传程序学说

生物体细胞内特定基因按照预定程序有序地开启和关闭， 控制着个体的生长发育、衰老死亡。 6、细胞衰老相关基因

（1）衰老基因 ： ①MORF4基因： ②p16和p21基因， 基因产物是CDK 抑制因子（CKI ），可通过抑制CDK 的活性导致 细胞周期停滞，阻断细胞增殖，导致细胞衰老 ③老年性退行性疾病有关的基因：

截脂蛋白E 基因 ---冠状动脉硬化 ，β淀粉样蛋白基因----阿尔茨海默病

2．抗衰老基因也称长寿基因：延长因子-1α基因、 WRN 基因、 Klotho 基因 SIRT1的基因

细胞的社会性

一、细胞连接（Cell Junctions）：细胞连接是相邻细胞在质膜上分化出的连接装置 (一) 紧密连接 (tight junction)

功能:1.封闭细胞间隙 2. 隔离膜蛋白 3、支持作用 (二) 锚定连接 (anchoring junction )

锚定连接蛋白: ①细胞内附着蛋白 ②跨膜连接蛋白 1. 黏合连接 : 是由肌动蛋白纤维介导的锚定连接

(1)黏合带 : 相邻细胞之间形成的连续带状结构；(2)黏合斑: 细胞与细胞外基质之间形成的黏合连接

黏合连接的功能：相邻细胞之间、细胞与细胞外基质之间行成连续带状结构 2. 桥粒连接 (desdosome junction )

功能：抗张、抗压广泛存在心肌、消化道、子宫、阴道等处组织细胞中胰酶消化、天泡疮 （三） 通讯连接（communicating junction）：1. 间隙连接 (gap junction)2.化学突触(chemical synapse)

二、细胞黏附分子与细胞黏附

细胞粘附分子( cell adhesion molecule, CAM )是广泛存在于细胞膜上的一类跨膜糖蛋白，是介导细胞与细胞之间、细胞与细胞外基质之间相互结合并起黏附作用的一类细胞表面分子。 细胞粘附分子（CAM ）已发现达百余种，可大致归为四大类：

1. 钙粘素 ( Cadherin)；2. 选择素 ( Selectin )； 3.整合素 ( Integrin )；4. 家族免疫球蛋白超家族 ( Ig-superfamily, Ig-SF) （一）钙粘素家族

钙黏素（cadherin ）也称钙黏蛋白，是一类依赖于Ca2＋的同亲型细胞黏附 分子，它们在胚胎发育中的细胞识别、迁移和组织分化以及组织器官的构 筑中起重要作用。

1、介导细胞与细胞之间的同亲性细胞黏附

2、在个体发育过程中影响细胞的分化，参与组织器官的形成；敲除了E 钙粘素的胚胎干细胞

发育停止于胚泡形成之前，并最终死亡；

神经嵴细胞迁移、分化过程中N 钙粘素的表达变动

在组织分化过程中表达不同亚型的钙粘素

3、钙黏素与疾病

钙黏素功能的丧失在恶性肿瘤的扩散中起重要作用。缺失E-钙黏素可导致上皮性肿瘤的发生。很多种癌组织细胞表面的E-钙黏素减少或消失，以致 癌细胞容易从肿瘤组织中脱落，成为癌细胞侵袭与转 移的前题。

（二）选择素（selectin ）

是一类依赖于Ca2＋的异亲型细胞黏附分子，能特异性地识别 其他细胞表面寡糖链中的特定糖基，主要介导白细胞与血管内 皮细胞或血小板的识别和暂时性黏附，帮助白细胞、血小板从 血液进入炎症部位。 2、选择素家族成员：

P-选择素： 存在于血小板、内皮细胞中。 E-选择素：存在活化的血管内皮细胞表面。 L-选择素：存在各种白细胞表面 3、选择素的功能 ：

介导炎症时白细胞及转移时癌细胞与内皮细胞的粘附，即出脉管过程 的第一步。白细胞表面具有sLex.

（三）免疫球蛋白超家族（Ig-superfamily, Ig-SF）

是一类分子结构中含有类似免疫球蛋白结构域、不依赖Ca2＋的细胞黏附分子 同亲性CAM ：神经细胞粘附分子（N-CAM ）在神经发育中发挥作用； 胚胎细胞及肿瘤细胞的 N-CAM的糖链具有多聚唾液酸。 异亲性CAM ：细胞间粘附分子（I- CAM ）、 脉管细胞粘附分子（V- CAM ）在活化的血管内皮细胞中表达；

PE-CAM （血小板-内皮细胞黏附分子）

主要表达于血小板和内皮细胞，既可以同亲型黏着方式又可以异亲型黏着方式与其他黏附分子结合，在血管内皮细胞的紧密黏附中起主要作用。 Ig-SF 黏附分子与肿瘤 ：

I-CAM介导了肿瘤细胞与白细胞的黏附，肿瘤细胞上的I-CAM 的表达降低 可能与肿瘤细胞逃逸免疫监视有关。 （四）整联蛋白家族（integrin ）（整合素）

是一类普遍存在于脊椎动物细胞表面，依赖于Ca2＋或Mg2＋的异亲型细胞黏附分子，介导细胞和细胞之间以及细胞与细胞外基质之间的相互识别和黏附，具有将细胞外部作用因素与细胞内部结构（细胞骨架）整和的功能。

1、整合素介导细胞与细胞外基质间的相互作用 2、整合素在信号转导中发挥重要作用 3、整合素可介导细胞间相互作用

三、细胞外基质及其与细胞间的相互作用

细胞外基质 (ECM）是由细胞分泌到细胞外空间，由蛋白和多糖

构成的精密有序的网络结构。不仅对组织细胞起支持、保护、营养作用，而且还与细胞的增

（一）氨基聚糖与蛋白聚糖

1、氨基聚糖（GAG ） 由重复的二糖单位构成的直链多糖

2、蛋白聚糖 (PG）是由氨基聚糖和核心蛋白共价结合形成的高分子量复合物。若干个蛋白聚糖单体通过连接蛋白以非共价键与透明质酸结合形成蛋白聚糖多聚体 3、氨基聚糖与蛋白聚糖的功能 （1）使组织具有弹性和抗压性；（2）对物质转运有选择渗透；（3）角膜中蛋白聚糖具有透光性；（4）氨基聚糖的抗凝血作用；（5）细胞表面的蛋白聚糖有传递信息作用；（6）氨基聚糖

和蛋白聚糖与组织老化

（二）胶原与弹性蛋白（collagen and Elastin

胶原是细胞外基质中的骨架结构，由成纤维细胞、软骨细胞、成骨细胞以及某些上皮细胞合成并分泌到细胞外；

）

1、胶原的类型

2、胶原的结构Ⅳ型胶原

3、胶原的功能：

抗张性、韧性、组成基膜网架、运动、分化、迁移等； 4、胶原与疾病：（1）维生素C 缺乏导致的坏血病；（2）遗传性胶原病

马凡综合征：是由于Ⅰ型胶原C 端延长，造成患者四肢细长，皮下脂肪少，心脏和动脉血管壁扩张等症；

成骨发育不全 ：由于基因突变，使Ⅰ型胶原合成障碍，导致骨骼发育不良，畸形，四肢短小，骨质疏松易骨折， （3）免疫性胶原病

类风湿性关节炎及慢性肾炎 肿瘤细胞释放胶原酶，可特异性分解基膜中的Ⅳ胶原，破坏基膜结构，为其肿瘤细胞迁移和侵润开辟途径。

2、弹性蛋白（elastin ）是构成细胞外基质中弹性纤维网络的主要成分 （三）细胞外基质中的非胶原性黏合蛋白（纤连蛋白和层粘连蛋白）：是一类既可与细胞结合，又可与细胞外基质中其他大分子结合，从而使细胞与细胞外基质相互黏着的黏合蛋白

（2）纤连蛋白的功能：介导细胞与细胞外基质间的黏着、细胞的迁移、组织创伤修复中的作用

（3）纤连蛋白与疾病：肾小球肾炎、癍痕过度形成 、恶性肿瘤细胞表面的纤连蛋白受体异常

（二） 层粘连蛋白

1、分子结构 ：分子中存在的多个结构域，具有和多种物质结合的位点，如与Ⅳ胶原、硫酸乙酰肝素、肝素、脑苷脂和神经节苷脂等以及细胞表面受体（整联蛋白）结合的位点。 2、层粘连蛋白的功能：是基膜的重要成分, 使细胞黏附固定在基膜上，与细胞的形态 、细胞间的粘连、细胞的极性及细胞的分化有关；

3、层粘连蛋白与疾病：糖尿病性肾病 、自身免疫反应，使肾小球基膜受损 （四）基膜（basement membrane）是特化的细胞外基质

基膜 存在于上皮细胞和内皮细胞的基底和肌细胞与神经鞘细胞的质膜周围

功能：上皮细胞的支持垫，选择性滤过膜；与细胞形态、极性、增殖、分化、迁移有关

细胞外基质对细胞的存活、增殖具有不可或缺的作用

细胞外基质对细胞增殖的影响

正常真核细胞只有在一定的细胞外基质上粘附/铺展才能进行增殖

细胞外基质对细胞分化的影响

细胞在细胞外基质上的迁移需要细胞粘附与去粘附交替进行细胞在细胞外基质上的迁移

细胞对细胞外基质的影响：

不同组织细胞、不同的发育阶段合成不同的细胞外基质细胞分泌蛋白水解酶和酶抑制剂控制、调节细胞外基质的降解、功能活动

细胞分化

一、细胞分化的基本概念

受精卵产生的同源细胞，在形态、功能和蛋白质合成方面发生稳 定性差异的过程 （一）细胞分化的特点

1、来自共同的母细胞--------受精卵

2、细胞分化的标志 ： 形态结构、生化特征、生理机能发生稳定性差异 3、发生在整个生命活动过程：（1）胚前期：生殖细胞的发育和分化 （2）胚胎期：分化达到最大限度

细胞分化的方向由细胞决定所选择 cell determination （细胞决定）:细胞在发生可识别的分化特征之前，就决定了未来的发育命运，只能向特定方向分化的状态。当胚胎发育进行到原肠期后, 细胞的命运才被逐步确定

两种因素在细胞命运的决定中起重要作用:1、卵细胞的极性与早期胚胎细胞的不对称分裂2、早期胚胎细胞之间的相互作用

（3）胚后期：凡需要不断产生新的分化细胞以及分化细胞本身不能分 裂的组织或 细胞，都需要干细胞（stem cell）来维持。

【永生干细胞分裂，其子代细胞中始终有一个细胞继承永生特征；各种血细胞都是来自骨髓中的多能造血干细胞】

细胞分化规律：totipotency 全能性 → pluripotency多能性 →unipotency 单能性 4、稳定性：分化一旦确立，则其分化状态将十分稳定，并能遗传给许多细胞世代。 5、可逆性：在一定条件下，细胞分化又是可逆的

dedifferentiation (去分化) ：指分化细胞失去了特有的结构和功能，变为具有未分化细胞特性的过程。

转分化（transdifferentiation ）：由一种分化的细胞类型转化为另一种细胞类型。从一种分化状态变为另一种分化状态。

转分化： 去分化 增殖 → 再分化

（dedifferentiation ） （redifferentiation ）

去分化或转分化的条件：1. 核处于有利于分化逆转环境；2、必须具有相应的遗传物质基础 再生：转分化重新启动细胞周期（G0－M) 多能干细胞 二、细胞分化的分子基础

（一）细胞分化的实质 细胞分化是基因的差异表达，产生特异性蛋白的过程。 从分化角度可将细胞内基因分为两类：1、奢侈基因 2、管家基因 1、奢侈基因 (luxury gene ）与各种分化细胞特异蛋白产生有直接关系的基因，丧失这些基因，对细胞的生存没有直接影响。

2、管家基因(housekeeping gene)指维持细胞生存所必需的基因，在所有类型的细胞中都开放表达

（二）基因差异表达是细胞分化的普遍规律

细胞分化的实质是奢侈基因在时间与空间上的差异表达 (differential gene expression) 组合调控引发组织的特异性基因的表达

1. 每种类型的细胞分化是由多种调控蛋白共同调节完成的。

2. 生物学作用：将一种类型的细胞转化成另一种类型的细胞可以诱发整个器官的形成（如眼的发育） 3. 分化启动机制：靠一种关键性调节蛋白通过对其他调节蛋白的级联启动 组合调控：少数调控蛋白完成众多细胞类型的分化

一个关键的调控蛋白，可以调控一系列下游基因，完成细胞分化

1、转录水平的调节（Regulation of transcript level） 由转录因子决定某个基因是否被转录并决定转录频率

①通用转录因子：与结合RNA 聚合酶启动子位点结合（许多细胞都存在）

②特异转录因子：与特异基因各种调控位点结合，决定基因时间、空间特异性表达，促进或抑制基因转录 （在特异少数细胞存在）

在基因调控区上不同转录因子的相互作用决定了基因是否被激活 2、转录后的加工调节

通过选择性拼接，一个基因能编码两个或多个相关的蛋白质 3、翻译水平的调节：

成熟的 mRNA 翻译活动要受到许多因素的调节

（1）Hb 按比例合成： Hb有α、 β各2条链，但有4个α 基因、2个β基因，（由翻译起始因子调节）

（2）血红素的调节：血红素↓ → 反馈抑制酶活性 → 减少合成

血红素↑ → 刺激珠蛋白合成 4、肽链合成后的加工修饰

进行不同类型化学基团的共价修饰：如磷酸化、糖基化、羟基化、乙酰化、二硫键形成等，修饰后可以表现为激活或失活状态

高级结构的修饰：亚基聚合、多肽折叠和辅基连 (三) 染色质成分的共价修饰制约基因的转录

1、DNA 甲基化(DNA methylation )在转录水平上调控分化基因的表达

在甲基转移酶催化下,DNA 分子中胞嘧啶可转变成5-甲基胞嘧啶称为DNA 甲基化(CG) 启动子区域 DNA甲基化位点阻碍转录因子结合，甲基化程度越高，DNA 转录活性越低 2、组蛋白的乙酰化和去乙酰化影响转录因子与DNA 的结合

（2）细胞间的相互作用与位置效应

（3）环境对性别决定的影响 温度、光线（蜥蜴♂32度、♀24度） 2、细胞内因素

（1）细胞核与细胞质的相互作用

（2）细胞质成分不均质分配，可调节核基因选择性表达（干细胞分裂） （3）基因重排： B淋巴细胞 （DNA 断裂丢失与重排）→ 浆细胞 → 抗体 四. 细胞的全能性 （totipotency ）

指一个有机体内，每一种细胞都具有同样的或基本相同的全套遗传信息，都有分化为各类细胞或发育为完整个体的潜能。 五、细胞分化与肿瘤

去分化（dedifferentiation ）指分化细胞失去了特有的结构和功能，变为具有未分化细胞特性的过程。

1、癌细胞是异常分化的细胞

个体发育------ 细胞有控生长和逐步分化的结果 肿瘤细胞----- 生长失控和分化异常的结果

肿瘤细胞表达胎儿同功酶：甲胎球蛋白、胎儿型醛缩酶A 等。肝再生时，去分化，增殖旺盛，酶谱与肝癌类似（暂时），肝癌细胞去分化是永久的

干细胞生物学基础 一、概念

1. 干细胞（stem cells)：来自于胚胎、胎儿或成体内, 具有在一定条件下无限制自我更新、增殖与分化能力的一类细胞，能够产生表现型与基因型和自己完全相同的子细胞，也能产生机体组织、器官已特化的细胞。 2. 祖细胞（progenitor cells ）:祖细胞是相对于干细胞而言，其分化能力和自我更新能力受到一定限制，仅具有单向或双向分化潜能，或其干细胞特性只能维持较短的时间。

3. 前体细胞(precursor cell）:是一个不太严格的术语，是指一类在发育进展中较其它细胞处于更早阶段的细胞，可统称干细胞和祖细胞。 干细胞（stem cell）：具有自我更新和增殖能力以及多向分化潜能的细胞。 （一）干细胞的基本特征

1、形态特征：圆形，体积较小，核质比高，离体培养可产生密集的多细胞克隆。

2、干细胞的特殊标志：毛囊中表皮干细胞：角蛋白15；造血干细胞：CD34；神经干细胞：nestin ；胚胎干细胞：碱性磷酸酶 3、 干细胞的增殖特征

（1） 缓慢性：干细胞 → 过度细胞 → 分化细胞

有力于对外界信号作出反应，减少基因发生突变

（2）干细胞的增殖方式：对称分裂、不对称分裂 (3）自稳定性：（self-maintenance ）：是指干细胞可以在生物个体生命区间中自我更新并维持其自身数目恒定。

4、干细胞的分化特征：全能性 →多能性→单能性 5、干细胞增殖与分化的微环境

干细胞巢（stem cell niche）:干细胞在机体组织中的居所，干细胞在巢中受到分泌因子、受体介导的细胞间相互作用、集合素和胞间基质的微环境影响。 具有多向分化能力和可塑性

干细胞的可塑性：是指在适当的条件下，可以发生转分化和去分化

细胞的死亡

一、细胞凋亡的概念

细胞死亡是指细胞生命活动的结束，细胞死亡有两种不同的形式

1、坏死 （necrosis ）性死亡：由于损伤、缺血或感染 引起的细胞死亡现象，伴生炎症； 2、细胞凋亡（apoptosis ）：由死亡信号诱发的受调节的细胞死亡过程，是细胞生理性死亡的普遍形 式。凋亡过程中DNA 发生片段化，细胞皱缩分解成凋亡小体，被邻近细胞或巨噬细胞吞噬，不发生炎症；

二、细胞凋亡的生物学意义

1、发育过程中清除多余的细胞 ；2．清除正常生理活动过程中无用的细胞；3．清除病理活动过程中有潜在危险的细胞【细胞凋亡失调（激活或抑制）会导致疾病】

细胞凋亡在形态学上可分为三个阶段：

（1）凋亡起始：微绒毛消失，线粒体正常，ER 膨胀与质膜融合，染色质固缩、边集； （2）凋亡小体形成：染色质片段化与细胞器一起被反折的膜包围，出芽形成凋亡小体； (3) 凋亡小体被吞噬、消化 ２、细胞凋亡的生化特征

（1）染色质裂解为特定的DNA 片段形成大小为 180～200bp 特征性的DNA ladders

(2)细胞膜磷脂酰丝氨酸（phosphatidylserine ，PS ） :是早期凋亡细胞的特殊标志，正常位于细胞膜的内侧，在凋亡早期，PS 可从细胞膜的内侧翻转到细胞膜的表面，暴露在细胞外环境中。

(3)胱天蛋白酶（caspase ）：凋亡过程中由这些蛋白酶构成一系列级联反应，使靶蛋白活化或失活而介导各种凋亡事件。

（一）线虫和哺乳动物细胞的凋亡相关基因

1、线虫细胞凋亡基因 线虫（C.elegans ）发育过程中有 1090个细胞，有131个细胞将进入程序化死亡；

已发现15个基因与线虫细胞凋亡有关, 可分为四组：

(1)直接相关基因：①细胞死亡基因（cell death gene）: ced-3、ced-4；②死亡抑制基因（cell death suppresser gene）: ced-9

(2)与死亡细胞吞噬有关的基因:ced-1.ced-2.ced-5.ced-6.ced-7.ced-8.ced-10 . ced-11 (3)控制 DNA 裂解 基因:nuc-1

(4)特异细胞类型凋亡的基因:ces-1.ces-2 (线虫). egl-1(神经元) 和her-1 （生殖系统）

2. 人和哺乳动物细胞凋亡相关基因及其产物 （1）caspase 家族 (ced-3的同源物 )是一类半胱氨酸蛋白水解酶（cysteine aspartic acid specific protease），简称胱天蛋白酶（caspase ）

共同特点:是富含半胱氨酸，被激活后能特异地切割靶蛋白的天冬氨酸 残基后的肽键；

已发现的caspase 家族成员共有15种

Caspase 1、4、11 参与Caspase 前体活化，不直接参加凋亡信号的传递 上游起始Caspase ：Caspase2、8、9、10 、11 在上游参与凋亡起始调节

下游效应Caspase ：Caspase 3、6、7 导致DNA 修复抑制，并启动DNA 降解Caspase 6 底物是LeminA 、Keratin 18，导致核纤层和细胞骨架的崩解； 细胞凋亡过程中caspase 级联效应 a. caspase 酶原的活化 ： caspase酶原在特异位点被切割（通常由另一家族成员催化），切割产生的片段聚合形成由2个小亚基和2个大亚基组成的有活性的caspase 四聚体；

b. Caspase级联效应：少量活化的起始Caspase 能够切割许多下游Caspase 酶原，产生大量活化的下游Caspase ，其中执行Caspase 切割细胞质内及细胞核内重要结构和功能蛋白，导致细胞凋亡。

（2）Bcl-2蛋白家族 (是线虫ced-9的同源物 ) 根据其功能可以分为两大类 :

①抑制凋亡的Bcl-2: Bcl-2、Bcl-xL 、Bcl-w 、Mcl-1能阻止线粒体外膜的通透化，保护细胞免于凋亡 .

②促进细胞凋亡的Bcl-2: Bax、Bak ，Noxa 能够促进线粒体外膜的通透化，促进细胞凋亡。

（3）p53基因 (抑癌基因 )

DNA损伤→p53活化 →p21基因转录→细胞阻止在G1期 如果DNA 损伤不能被修复，p53持续增高引起细胞凋亡； （4）Fas 和Fasl

Fas 是广泛存在于正常细胞和肿瘤细胞膜表面受体，其配体Fasl 主要表达于活化的T 淋巴细胞，两者结合将导致携带Fas 的细胞凋亡。 五、诱导细胞凋亡的因素

1、物理性因子，包括射线（紫外线，γ 射线等），较温和的温度刺激（如热激，冷激）等 2、化学及生物因子：化学药物包括性氧基团和分子，DNA 和蛋白质合成的抑制剂、激素、细胞生长因子、肿 瘤坏死因子α（TNF α）、抗Fas/Apo-1/CD95抗体等 六、细胞凋亡的信号转导途径 1、死亡受体系统途径

2、线粒体介导的细胞凋亡的信号转导途径

2、线粒体介导的细胞凋亡的信号转导途径 释放caspase 活化因子

细胞色素C ：细胞色素C+Apaf-1+ caspase9—凋亡体 AIF （凋亡诱导因子） Caspase3

Apaf-1：凋亡蛋白酶活化因子 Caspase 如何杀死细胞？

使抑制凋亡因子失活，如CAD/ICAD 破坏细胞结构，如Lamina

将调节区与催化区分离，使蛋白失活，如Gelsolin 七、细胞凋亡失常与疾病

（一）细胞凋亡过低导致的疾病 1．细胞凋亡与肿瘤

肿瘤细胞凋亡抑制基因和凋亡活化基因表达异常，如肿瘤细胞常有p53基因的突变或缺失、一般肿瘤细胞高表达Fasl ，借以凋亡淋巴细胞，而又低表达Fas ，而降底凋亡，形成肿瘤细胞有逃逸免疫及凋亡耐受的特性； 2．细胞凋亡与系统性红斑狼疮

由于Fas 表达缺陷，引起自身反应性T 细胞的凋亡功能丧失，导致T 淋巴细胞凋亡障碍 （二）细胞凋亡过度相关的疾病

（1）心血管疾病，窦房结、房室结和希氏束发生凋亡→心传导系统障碍 （2）神经系统疾病

Alzheimer 病、Parkinson 病，分别是由于神经元过度凋亡所致 （3）AIDS 病

CD4+T 细胞膜表面的CD4 是 HIV膜蛋白gp120 的受体，结合后可诱导CD4+T 细胞凋亡，导致免疫系统崩解

细胞增殖与调控

细胞的增殖（cell proliferation ）通过细胞的生长与分裂使细胞数目增加的过程。 一、细胞增殖周期 （cell proliferation cycle，cell cycle）细胞从上一次分裂结束开始到下一次细胞分裂结束为止所经历的过程叫细胞增殖周期 1、细胞周期分为连续的四个时期

G1： DNA 合成前期 ；S ： DNA 合成期；G2： DNA合成后期；M ： 有丝分裂期 2、细胞周期时间（ cell cycle time ）：TC=20-30 h；TG1=10-15h；TS=6-8 h；TG2=3-6 h；TM=0.5-1 h（细胞周期时间长短主要由 G1期时间决定） 二、细胞周期各时相的主要特点

（一）DNA 合成前期（G1期）是细胞生长和发育阶段，又可分为G1A 和G1B 阶段

1、G1期时间长度和体积变化：细胞质分配不均等，体积小的细胞G1期延长 (调节核质比) 卵裂过程调节核质比，无G1 期

2、限制点（restriction point, R点）调节细胞增殖：是控制细胞增殖进入S 期的敏感点，也是细胞对外界各种因素的敏感点

3、由于R 点的限制，G1期细胞的三种增殖状态

1）继续增殖细胞：骨髓干细胞、上皮基底细胞、胚胎细胞、恶性增殖的癌细胞

2）暂不增殖细胞：G0细胞：处于增殖静止状态，在适宜的条件下可被激活，进入增殖状态

如，肝、肾的实质细胞、结缔组织中的成纤维细胞、淋巴细胞。 3）不再增殖的细胞：如，RBC 、肌细胞、神经细胞、中性粒细胞等 （二）DNA 合成期 (S期)

1、DNA 合成需要启动信号：S 期激活因子 S 期细胞质内含有促进G1细胞进入DNA 合成的启动因子

2、细胞周期中全部基因组只复制一次

3、S 期需要合成新的蛋白质：胸苷激酶、 胸苷酸激酶、DNA 聚合酶和复制组蛋白。 （三）、DNA 合成后期(G2） 1、 G2 期DNA 复制因子失活 2、为进入M 期作准备：（1） MPF活化 （2）微管蛋白合成

MPF 触发有丝分裂，分裂中期细胞中存在触发有丝分裂因子

1、前期（Prophase ） (1)染色质开始浓缩（2）分裂极的确定（3）核仁解体

2、前中期(prometaphase )(1)核摸的破裂消失 (2)纺锤体的形成 (3)染色体向赤道面运动 3、中期（Metaphase ） 4、后期（Anaphase ）：姐妹染色单体分离向两极移动

5、末期（Telophase ）染色单体到达两极，子细胞核又重新组装（1）染色体染色质（2）核仁出现（3）核膜重组

6、细胞质分裂（Cytokinesis ）动物细胞的胞质分裂通过胞质收缩环的收缩实现，收缩环由大量平行排列的肌动蛋白组成。 四、细胞的近代概念 细胞是生命活动的基本单位 ；细胞是生物体（包括动物、植物和微生物）的形态（结构）、 生理（功能）和发育的基本单位。

（一）细胞是构成生物有机体的基本结构单位; （二）细胞是代谢与功能的基本单位 ;

（三）细胞是生物有机体生长发育的基本单位; （四）细胞是遗传的基本单位，具有遗传的全能性

细胞的全能性：一个有机体内每，每一种细胞都包含有同样的或基本相同的全套遗传信息，

二、 细胞增殖周期概念、各时相主要特点、细胞的三种增殖状态; 什么是Cdk 和 cyclin、 Cdk活性的调节方式Cdk 调节蛋白降解、 细胞周期蛋白-CDK 复合物与细胞周期事件的调控; 生长因子及其受体

三、 细胞分化的基本概念、分化的标志、 细胞分化的本质及与肿瘤的关系；干细胞的概念、分类、特征 及研究意义

四、 细胞衰老特征、干细胞衰老与老年性疾病细胞凋亡的概念、生物学意义、特征、凋亡基因、信号转导途径、诱导亡的因素及与与疾病的关系；

五、