1、 干細(xì)胞（Stem Cells)是一類具有無限制自我更新能力、同時(shí)也可分化成特定組織的細(xì)胞，干細(xì)胞在細(xì)胞發(fā)育過程中處于較原始階段。 按照其分化的潛能，可分為： 1. 全能性干細(xì)胞 (Totipotent Stem Cells) 2. 多能性干細(xì)胞 (Pluripotent Stem Cells) 3. 單能干細(xì)胞 (Unipotent Stem Cells) 中心的囊胚腔內(nèi)一側(cè)的細(xì)胞群，稱內(nèi)細(xì)胞群，這些未分化的細(xì)胞可進(jìn)一步分裂、分化，發(fā)育成個(gè)體。內(nèi)細(xì)胞群在形成內(nèi)、中、外三個(gè)胚層時(shí)開始分化。1998年分離得到人的胚胎干細(xì)胞Dr. Thomson從人類胚胎的囊胚期內(nèi)細(xì)胞群中直接分離多能干細(xì)胞 (S

2、cience,1998,Vol282:11451147)1998年Dr. Gearheart從終止妊娠的胎兒生殖組織中分離出多能性干細(xì)胞 (PNAS,1998,Vol95:1372613731)體外培養(yǎng)時(shí)，細(xì)胞排列緊密，呈集落狀生長(zhǎng)。細(xì)胞克隆和周圍存在明顯界限，形成的克隆細(xì)胞彼此界限不清，細(xì)胞表面有折光較強(qiáng)的脂狀小滴。細(xì)胞克隆形態(tài)多樣，多數(shù)呈島狀或巢狀體外培養(yǎng)的胚胎干細(xì)胞的形態(tài)人的ES細(xì)胞可以分化為人體的200多種細(xì)胞研究胚胎發(fā)育的調(diào)控機(jī)制2. 藥物的篩選，應(yīng)用人多潛能干細(xì)胞可以減少動(dòng)物的實(shí)驗(yàn)和臨床的研究3. 將干細(xì)胞定向分化,制造組織和器官, ES細(xì)胞經(jīng)定向分化誘導(dǎo)，可以產(chǎn)生所需要的組織、器

3、官。如果用生物材料(可以降解)做成某器官的外形支架，將ES細(xì)胞種植在支架上，有可能最終形成所器官和組織。用于患者器官的移植和損傷的修復(fù), 或者疾病的細(xì)胞治療。4. 動(dòng)物的克隆和構(gòu)建基因敲除、轉(zhuǎn)基因動(dòng)物模型胚胎干細(xì)胞應(yīng)用的制約胚胎干細(xì)胞應(yīng)用的制約 倫理問題：ES 細(xì)胞建系過程中需要破壞受精卵或囊胚，在許多國(guó)家和民族的宗教信仰中，受精卵或囊胚即是生命。 免疫排斥問題：從 ES 細(xì)胞中獲得的功能細(xì)胞對(duì)患者來說屬于異體細(xì)胞Dolly：1996.7.5.世界上第一只克隆羊Dolly 2003.2.14.由于英國(guó)愛丁堡大學(xué)的伊恩博士研制成功，由于肺結(jié)核而被安樂死，它的標(biāo)本于2003年4月9日陳列于蘇格蘭首

4、都愛丁堡國(guó)家博物館。 早在20世紀(jì)中期，Gurdon就發(fā)現(xiàn)了爪蟾卵中可能存在多能性誘導(dǎo)因子(PIF)，1997年克隆羊的誕生揭示了哺乳動(dòng)物卵中也存在多能性誘導(dǎo)因子（PIF）。之后，細(xì)胞融合等實(shí)驗(yàn)暗示ES中就含有多能性誘導(dǎo)因子。具體是哪些基因或蛋白維持干細(xì)胞的多能性？學(xué)習(xí)研究經(jīng)歷1993年 3月：大阪市立大學(xué)醫(yī)學(xué)研究科博士畢業(yè) 1993年4月：美國(guó)加州大學(xué)舊金山分校 博士后獎(jiǎng)勵(lì)2009年 拉斯克基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)2008年 邵逸夫生命科學(xué)與醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)2011年 沃爾夫醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)未來諾貝爾獎(jiǎng)得主熱門人選 日本京都大學(xué)再生醫(yī)科學(xué)研究所教授 美國(guó)科學(xué)院外籍院士 （2011.3） 山中伸彌（Shinya Yamanak

5、a）Fbx15 -geo/-geo Knock in 小鼠誘導(dǎo)性干細(xì)胞的藥物篩選系統(tǒng)Fbx15 基因是小鼠胚胎干細(xì)胞特異表達(dá)的基因-geo是一個(gè)融合基因（半乳糖苷酶與新霉素抗性基因）新霉素抗性基因編碼新霉素磷酸轉(zhuǎn)移酶,能催化G418磷酸化，使其失去活性。G418G418是一種氨基糖苷類抗生素，通過干擾核糖體的功能而阻斷細(xì)胞的蛋白合成, 一定濃度的G418能夠殺死不表達(dá)新霉素抗性基因真核和原核細(xì)胞。-半乳糖苷酶的催化X-gal產(chǎn)生藍(lán)色產(chǎn)物，用于監(jiān)測(cè)基因的表達(dá)。 在小鼠胚胎干細(xì)胞中，通過同源重組在fbxl5基因下游插入一個(gè)-geo融合基因(半乳糖苷酶與新霉素抗性基因)。將這種基因重組過的胚胎干細(xì)胞

6、顯微注射到小鼠子宮。該研究所采用的成纖維細(xì)胞就來源于帶有這種篩選基因的純合子小鼠。同源重組構(gòu)建knock out、knock in小鼠Fbx15 -geo/-geo Knock in 小鼠去掉Oct 3/4 或 Klf：沒有多能干細(xì)胞克隆去掉Sox2：粗糙的細(xì)胞表面去掉C-Myc: 細(xì)胞形態(tài)異常基因表達(dá)檢測(cè)mRNA檢測(cè)蛋白質(zhì)檢測(cè)RT-PCRWestern BlotDNA甲基化與組蛋白乙酰化對(duì)甲基化與組蛋白乙酰化對(duì)基因表達(dá)的影響基因表達(dá)的影響DNA甲基化組蛋白H3K9（組蛋白第位賴氨酸殘基)甲基化抑制基因轉(zhuǎn)錄基因啟動(dòng)子中的組蛋白組蛋白被乙酰化乙酰化程度越高，基因的表達(dá)活性越高，相反乙酰化乙酰化程

7、度越低，表達(dá)活性越低5-CG-3序列組蛋白乙酰化表達(dá)24個(gè)候選基因產(chǎn)生與ES細(xì)胞的形態(tài)類似的細(xì)胞細(xì)胞增殖特性ES細(xì)胞特異表達(dá)基因的表達(dá)分析ES細(xì)胞特異表達(dá)基因啟動(dòng)子區(qū)域的甲基化分析iPS細(xì)胞中ES細(xì)胞標(biāo)志基因的表達(dá)ES細(xì)胞標(biāo)志基因的表達(dá)方法：RT-PCR iPS-MEF3 是指由三個(gè)誘導(dǎo)基因產(chǎn)生的iPS細(xì)胞iPS-MEF4 是指由四個(gè)誘導(dǎo)基因產(chǎn)生的iPS細(xì)胞iPSiPS細(xì)胞的表觀遺傳學(xué)特征細(xì)胞的表觀遺傳學(xué)特征表觀遺傳學(xué)特征胚胎干細(xì)胞標(biāo)志基因啟動(dòng)子區(qū)域組蛋白H3K9的甲基化胚胎干細(xì)胞標(biāo)志基因啟動(dòng)子區(qū)域組蛋白H3的乙酰化iPSiPS細(xì)胞的表觀遺傳學(xué)特征細(xì)胞的表觀遺傳學(xué)特征表觀遺傳學(xué)特征胚胎干細(xì)胞標(biāo)

8、記基因啟動(dòng)子的甲基化iPS細(xì)胞中的胚胎干表面標(biāo)志物檢測(cè)細(xì)胞中的胚胎干表面標(biāo)志物檢測(cè)胚胎干表面標(biāo)志物檢測(cè)堿性磷酸酶(Alkaline Phosphatase,AP)、與SSEAI(Stage Specific Embryonic antigen 1)被認(rèn)為是小鼠胚胎干細(xì)胞的標(biāo)記擬胚體形成貼壁分化Smooth muscle actin 平滑肌細(xì)胞特異表達(dá)的蛋白 （中胚層標(biāo)志物） - fetoprotein (內(nèi)胚層標(biāo)志物) III tubulin 神經(jīng)細(xì)胞特異表達(dá)的蛋白 （外胚層標(biāo)志物） 成體小鼠成纖維細(xì)胞來自于Fbx15 bgeo/bgeo小鼠，同時(shí)表達(dá)GFP蛋白，GFP:綠色熒光蛋綠色熒光蛋白

9、白。 Sox2- Self Renewal Oct4- Differentiation switch Klf4- p53 pathway, Oncogene c-Myc Global Histone Acetylation, Oncogene得到的更好的iPS細(xì)胞使用小鼠模型使用不同的藥物篩選基因（Oct4、Nanog）同樣的4個(gè)基因作為誘導(dǎo)因子獲得了更加與胚胎干細(xì)胞類似的iPS細(xì)胞Oct4-IRES-GFPneo alleleOct4基因作為篩選基因基因作為篩選基因胚胎干細(xì)胞特異表達(dá)基因的表達(dá)分析胚胎干細(xì)胞特異表達(dá)基因的表達(dá)分析iPS細(xì)胞的基因表達(dá)細(xì)胞的基因表達(dá)模式模式iPS細(xì)胞的甲基化模式

10、細(xì)胞的甲基化模式4個(gè)月后個(gè)月后實(shí)驗(yàn)方法實(shí)驗(yàn)方法加入了小鼠的反轉(zhuǎn)錄病毒受體提高了轉(zhuǎn)染效率使用一位36歲女性的面部皮膚細(xì)胞4個(gè)轉(zhuǎn)錄因子共同轉(zhuǎn)入皮膚細(xì)胞與人類胚胎干細(xì)胞類似的iPS細(xì)胞與ES細(xì)胞類似的基因表達(dá)模式胚胎干細(xì)胞標(biāo)志基因的表達(dá)胚胎干細(xì)胞標(biāo)志基因的表達(dá)DNA甲基化模式甲基化模式iPS細(xì)胞分化成不同類型的細(xì)胞細(xì)胞分化成不同類型的細(xì)胞bIII-tubulin (a marker of ectoderm)acidic protein (GFAP, ectoderm), a-smooth muscle actin(a-SMA, mesoderm)desmin (mesoderm),a-fetopro

11、tein(AFP, endoderm), vimentin (mesoderm and parietal裸鼠皮下注射裸鼠皮下注射iPS細(xì)胞誘導(dǎo)畸胎瘤細(xì)胞誘導(dǎo)畸胎瘤干細(xì)胞之爭(zhēng)干細(xì)胞之爭(zhēng)20092009年年1 1月，美國(guó)食品和藥品管理局月，美國(guó)食品和藥品管理局(FDA)(FDA)批準(zhǔn)了全球批準(zhǔn)了全球首宗人類胚胎干細(xì)胞治療臨床試驗(yàn)，這項(xiàng)批準(zhǔn)將創(chuàng)造首宗人類胚胎干細(xì)胞治療臨床試驗(yàn)，這項(xiàng)批準(zhǔn)將創(chuàng)造 人類醫(yī)學(xué)史上的新篇章人類醫(yī)學(xué)史上的新篇章 iPS 細(xì)胞誘導(dǎo)效率低：不到 0.1% 安全性問題，具有致瘤性： iPS 細(xì)胞誘導(dǎo)過程中使用的轉(zhuǎn)錄因子 c-Myc 和 Klf4都是癌基因，病毒插入也可以導(dǎo)致腫瘤發(fā)生，

12、而且，未分化iPS 細(xì)胞自身尚可在體內(nèi)形成畸胎瘤 未來還有很多問題需要通過基礎(chǔ)研究解決。iPS細(xì)胞的應(yīng)用局限細(xì)胞的應(yīng)用局限Rudolf Jaenisch，現(xiàn)就職于美國(guó)麻省理工學(xué)院（MIT）的whitehead 研究所，他是該研究所的創(chuàng)始人之一。Rudolf Jaenisch在一系列領(lǐng)域都做出了有影響的工作，包括基因敲除小鼠、表觀遺傳學(xué)研究、核移植、iPS等。James A Thomson 1995年和1998年，James A Thomson分別在世界上首次建立猴和人的胚胎干細(xì)胞系（1995，PNAS；1998，Science），而正是由于人胚胎干細(xì)胞系的建立才產(chǎn)生了再生醫(yī)學(xué)的概念，使干細(xì)胞研

13、究這么熱門。在建立人胚胎干細(xì)胞系之后，James A Thomson在人胚胎干細(xì)胞培養(yǎng)體系的優(yōu)化、iPS、維持多能性及分化的分子機(jī)制等領(lǐng)域做出了開創(chuàng)性的工作。Richard Young 麻省理工學(xué)院whitehead 研究所 在利用組學(xué)工具研究干細(xì)胞做出重要貢獻(xiàn)。早在2005年，他的實(shí)驗(yàn)室在Cell上首次報(bào)道人胚胎干細(xì)胞中三個(gè)維持多能性的重要基因Oct4，Sox2和Nanog在全基因組上的結(jié)合情況，揭示這三個(gè)基因協(xié)同作用維持胚胎干細(xì)胞多能性的分子機(jī)制，并提出核心轉(zhuǎn)錄因子調(diào)控網(wǎng)絡(luò)的概念，突破了研究單個(gè)基因在干細(xì)胞中作用的限制，開創(chuàng)了從整體水平了解干細(xì)胞復(fù)雜調(diào)控機(jī)制的新時(shí)代Kenneth R. C

14、hien 心血管疾病在各種致死因素中排在第一位，因此關(guān)于它的發(fā)病機(jī)制及治療手段的研究一直是熱點(diǎn)。Kenneth Chien是該領(lǐng)域最出色的科學(xué)家之一，也是許多該領(lǐng)域最好的綜述的作者。他的貢獻(xiàn)包括發(fā)現(xiàn)isl1+細(xì)胞是心肌細(xì)胞的前體細(xì)胞，闡明心肌細(xì)胞發(fā)育的分子調(diào)控機(jī)制等。目前是哈佛大學(xué)心血管研究中心的主任。丁勝美國(guó)加州美國(guó)加州Scripps研究所 干細(xì)胞研究中很重要的一個(gè)方向是開發(fā)可以調(diào)控干細(xì)胞特性的小分子，而丁勝博士是該領(lǐng)域做的最好的科學(xué)家之一。 他實(shí)驗(yàn)室的工作有篩選維持胚胎干細(xì)胞多能性的小分子，利用小分子提高重編程的效率，首次建立大鼠iPS細(xì)胞系。 宋洪軍（Song hongjun），約翰霍普金斯大學(xué) 宋洪軍實(shí)驗(yàn)室的研究方向主要為哺乳動(dòng)物成體神經(jīng)干細(xì)胞及神經(jīng)發(fā)生的分子機(jī)制，包括神經(jīng)干細(xì)胞分化成神經(jīng)元，神經(jīng)元軸突/樹突的發(fā)育、導(dǎo)向和突觸整合及可塑性，利用成體神經(jīng)發(fā)生作為模型研究神經(jīng)系統(tǒng)疾病。 高紹榮博士目前是北京生命科學(xué)研究所的高級(jí)研究員，主要研究方向?yàn)楹艘浦埠椭鼐幊獭４硇缘难芯砍晒校和ㄟ^四倍體實(shí)驗(yàn)證實(shí)小鼠iPS細(xì)胞的發(fā)育多能性，建立疾病的iPS模型等。襲榮文博士目前是北京生命科學(xué)研究所的研究員，主要研究方向?yàn)槌审w干細(xì)胞特性維持的分子調(diào)控機(jī)制，近期內(nèi)代表性的研究成果有：闡明Wingless信號(hào)通路