细胞分化

2017-10-04

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作者: 健康全记录

细胞分裂：

由一个细胞生成两个细胞（极少情况下分为更多细胞）的过程，它是细胞繁殖的方式。分裂前的细胞称母细胞，分裂后形成的新细胞称子细胞。在核分裂过程中母细胞把遗传物质传给子细胞，两个子细胞是同质的。

细胞分化(differentiation)：
在个体发育中，由一种相同的细胞类型经细胞分裂后逐渐在形态、结构和功能上形成稳定性差异，产生各不相同的细胞类群的过程。
通过分化，细胞在形态、功能、代谢、行为等方面各具特色，从而形成不同的组织器官。
细胞分化的主要特点：

● 细胞分化的稳定性与遗传性

● 细胞分化的可逆性

● 细胞分化的普遍性

● 空间和时间上的分化

细胞分化的稳定性与遗传性

● 细胞分化是一个相对稳定和持久的过程。稳定性是细胞分化最显著的特点。如：神经元细胞和骨骼肌细胞

● 细胞向某一方向分化后，即使引起分化的因素不再存在，分化仍然继续进行，不会自发逆转到未分化状态，并可将其分化特征遗传给子代细胞。如：黑色素细胞

细胞分化的可逆性
分化过程基本上是不可逆的，但在一定条件下，具有增生能力的组织中已分化的细胞可以：

● 回复到胚性状态，失去其特有的结构域功能，变成具有未分化细胞的特征----去分化(dedifferentiation)

● 转变成另一种类型的分化细胞----转分化(transdifferentiation)。如：水母横纹肌细胞分化为神经细胞、平滑肌细胞转分化往往经历去分化和再分化过程

细胞分化的普遍性
细胞分化是一种普遍的生命现象，贯穿于高等生物个体发育的全过程，尤以胚胎发生期最明显，成体也存在细胞分化以补充细胞的不断更新。成体中细胞分化的三种形式：

● 部分未分化的干细胞，可分裂和分化为新的子代细胞。如：多能造血干细胞

● 已有的分化细胞分裂产生两个功能相同的细胞。如：血管内皮细胞

● 已存在的细胞功能有由弱、强、减退到丧失。

● 单细胞生物甚至原核生物也存在细胞分化，多为适应不同的生活环境。

空间和时间上的分化

● 空间上的分化是指同一个体的不同细胞，由于所处的空间位置不同，使其产生形态、结构和功能上的差异；

● 时间上的分化是指在不同时间内细胞所处的状态不同。

影响细胞分化的因素---胞内因素
1. 卵细胞质对细胞分化的影响：
决定卵裂细胞向不同方向分化的细胞质成分在受精卵中具有特殊的定位。受精卵在分裂时，核内的遗传物质是平均分配到子细胞内的，但细胞质分配是不均匀的，导致子代干细胞的胞质组分不同，使子细胞向不同方向分化。
2. 核质的相互作用
在细胞分化过程中，基因选择性开启表达，合成各种不同类型的蛋白质，形成细胞质的异质性。而细胞核内基因的活性也会受核所在的胞质环境的控制，细胞质反作用于细胞核。

影响细胞分化的因素---胞外因素
1. 细胞-细胞间相互作用
分化诱导：通过邻近细胞的相互作用，各胚层间能够相互促进细胞分化与器官发生。如: 脊索诱导其顶部的外胚层发育成神经板、神经沟、神经管；
分化抑制：分化成熟的细胞可产生某种物质，抑制相邻细胞发生同样的分化。如成蛙心组织的培养液抑制蛙胚发育出正常的心脏
2. 位置效应
胚胎发育和器官形成过程中，细胞的发育分化还取决于细胞所处的位置。e.g. 畸胎瘤---环境因素影响胚胎细胞的决定和分化，环境异常干扰了细胞正常的增生和分化程序，使之转化为癌细胞。
3. 细胞外基质
细胞间可以通过细胞外基质（ECM）发生通讯联系，ECM在胚胎发育和细胞分化中具有重要作用。如：干细胞在IV型胶原、层黏连蛋白上分化为上皮细胞；在I型胶原、纤黏连蛋白上演变成为纤维细胞；在在II型胶原、软骨黏连蛋白上演变成为纤维细胞
4. 胞外信号分子
生长和分化因子，如：粒细胞-巨噬细胞集落刺激因子(GM-CSF)、促红细胞生成素(EPO)、转化生长因子(TGF-β)、成纤维生长因子(FGF)
激素，如：糖皮质激素、胰高血糖素、甲状腺素。在发育后期产生作用，引发靶细胞进行分化。

细胞分化的调节机制
细胞分化是通过严格而精密调控的基因表达实现。分化细胞中表达的基因可分为两种类型：
● 看家基因(house-keeping genes) :指所有细胞中均表达的一类基因，其产物是维持细胞基本生命活动所必需的，如细胞骨架蛋白、组蛋白、二氢叶酸还原酶（与分化关系不密切）
● 组织特异性基因(tissue-specific genes):指不同的细胞类型进行特异性表达的基因，其产物赋予各种类型细胞特异的形态结构特征与功能，如晶体蛋白、血红蛋白、胰岛素、免疫球蛋白等（与细胞分化关系密切）

干细胞（stem cell）
干细胞是指一群没有分化的细胞，他们具有自我更新（自我复制）并向一系或多系列分化的能力（产生有功能的成熟细胞）。

● 终生保持未分化或低分化特征；

● 具有自我更新能力；能无限制地分裂增殖；

● 具有多向分化潜能，能分化成不同类型的组织细胞;

● 通过两种方式分裂，对称分裂和不对称分裂，前者形成两个相同的干细胞，后者形成一个干细胞和一个子细胞。

干细胞的分类

● 按照干细胞所处的发育阶段分：
胚胎干细胞、成体干细胞

● 按照干细胞的发育潜能分：
全能干细胞(totipotent stem cell)：受精卵具有分化成各种组织的潜能并建成完整的个体。细胞含有使后代细胞形成完整个体的潜能。
多潜能干细胞(pluripotent stem cell)：有分化出多种组织的潜能，但却失去了发育成完整个体的能力。
多能干细胞(multipotent stem cell)：能分化出几种细胞，如多能造血干细胞可分化出红细胞、白细胞等，却不能分化出造血系统以外的其他细胞
单能干细胞：(monopotent stem cell)：来源于多能干细胞，具有向特定细胞系分化的能力，也称为祖细胞（progenitor），如肝脏中的卵圆细胞（oval cells）

细胞分化和肿瘤发生
细胞分化异常是肿瘤的基本特征之一，表现为去分化、逆分化或转分化等。

● 肿瘤细胞缺乏成熟的形态与完整的功能；

● 肿瘤细胞具有胚胎性抗原，如癌胚抗原、甲胎蛋白等;

● 肿瘤细胞出现原来正常组织细胞所没有的特征，如乳腺癌细胞可以分泌雌二醇、睾酮等。

异质性：指同一种组织细胞的肿瘤，其瘤细胞的分化程度和分化方向存在着差异性。

● 肿瘤细胞分化程度高，成熟程度高，异型性小。反之，异型性大;

● 异型性的大小是区别良、恶性肿瘤的主要组织学依据:
(1)良性肿瘤的异型性：肿瘤细胞与其起源的正常细胞相似，实质和间质在排列及组合上存在一定的差异。
(2)恶性肿瘤的异形性：除组织结构的异型性更明显外，突出的是瘤细胞的异型性。

良、恶性肿瘤的异型性