《干细胞标记物》PPT课件.ppt

干细胞的标志物,干细胞：是一类具有自我更新和分化潜能的细胞。包括：胚胎干细胞 生殖干细胞 成体干细胞按分化潜能分为：全能干细胞 多能干细胞 专能（单能）干细胞,干细胞的标志物分类：细胞表面的特殊标志细胞内特异基因的表达细胞内特殊物质的表达其他特性,细胞表面分子,细胞表面分子分类：细胞膜受体白细胞分化抗原粘附分子细胞因子受体结合促分裂素的分子主要组织相容性复合体抗原B细胞识别抗原的膜免疫球蛋白免疫球蛋白Fc段受体其它受体和分子。,受体：（receptor）是一种能够识别和选择 性结合某种配体（信号分子）的大 分子物质受体与配体间的作用具有三个主要特征：特异性；饱和性；高度的亲和力。,白细胞分化抗原：是白细胞（还包括血小板、血管内皮细胞等）在分化成熟为不同谱系（lin-eage）和分化不同阶段以及活化过程中，出现或消失的细胞表面标记,粘附分子:是一类能介导细胞间及细胞与细胞外基质粘附的分子，多为糖蛋白。,粘附分子分类:粘合素超家族粘附分子（纤维粘连蛋白、层粘连蛋白、纤维蛋白原、胶原蛋白、等）免疫求蛋白超家族粘附分子（ICAM、VCAM、和CD31等）钙粘连素超家族粘附分子选择素家族粘附分子其它粘附分子。,干细胞表面分子功能：参与干细胞的分化调控维持干细胞的自我更新和多能性 参与机体重要的生理和病理过程,“通用的”干细胞标记：ABCG2/Bcrp1（St.Jude Childrens Research Hospital）多能干细胞标记：干细胞因子 Oct-4 波形蛋白 硷性磷酸酶,鉴定干细胞的常用方法：细胞形态和结构 细胞功能 细胞表面的特殊标志 细胞内特异基因的表达,胚胎干细胞的常用标志：Oct-4 SSEAs TRA-1-60和TRA-1-81,Oct-4：Oct-4（也叫Oct-3或Oct3/4）属POU转录因子一员,SSEAs（特异性胚胎抗原）：人EC、ES：SSEA-3（+）、SSEA-4（+），SSEA-1（-）鼠ES：SSEA-1（+），SSEA-3（-）、SSEA-4（-）TRA（肿瘤排斥抗原）：人ES（+）鼠ES（-）,胚胎干细胞的检测：形态特性：ES具有与早期胚胎细胞相似的形态特点。生长特性 干细胞特殊标记：SSEAs,TRA-1-60,TRA-1-80（AKP+,SSEA+,Oct-4+显示ES的未分化状态，并且Oct-4和SSEA-4是人类ES的特性）端粒酶活性高 AKP SSEA核型不被Hoechst33342和Rhodamine123染色分化能力,人胚胎干细胞特性 胚胎干细胞 生殖干细胞 SSEA-1 SSEA-3 SSEA-4 TRA-1-60 TRA-1-81 AKP Oct-4？端粒酶活性 滋养细胞 滋养细胞 培养条件 无血清培养 LIF+bFGF+bFGF+Forskolin,造血干细胞的标志物 Lin：lineage surface antigen胸腺抗原-1（Thy-1、CD90）干细胞抗原（stem cellantigen-1,Sca-1）Kit CD34 CD133ABCG2CD45KDR/VEGFR-2 其它：CD38，WGA（丝裂原）,系表面抗原(lineage surface antigen,Lin)当造血干细胞分化为各系的祖细胞和成熟细胞时，会出现各系细胞的专一标志，即系表面抗原如：淋巴 系：CD19、CD7粒 系：CD11、CD13、CD15、CD16红 系：CD36、CD47、CD51、CD59、CD71；单核 系：CD14巨核 系：CD31、CD41、CD42、CD61、CD107B淋巴系：CD19、CD20、CD21、CD22T/NK 系：CD2、CD7、CD11、CD25、CD26检测造血祖细胞时，可选择其中3-5个代表各系的抗原。,胸腺抗原-1（Thy-1、CD90）为GPI（糖磷脂酰肌醇glycophosphatidylinositol,GPI）连结的膜分子，主要分布在胸腺T细胞、NK细胞和神经元。Thy-1是用来鉴别造血干细胞的种系特异性标志物.Thy-1在CD34阳性细胞中表达最高，是比CD34更早期的造血干/祖细胞表面标志,并且当造血干细胞开始表达其分化细胞类型(如CD45RA，CD38，和CD71)时，他的表达开始下降.小鼠造血干细胞表达底水平Thy-1。表型为Thy-1Low的细胞群能完全重建受致死量照射宿主的淋巴造血系统。,干细胞抗原（stem cell antigen-1,Sca-1）Sca-1是18kDa磷脂酰肌醇锚定蛋白，属Ly-6(一种胞浆膜蛋白）抗原家族成员。Sca-1被广泛认为和Ly-6 半抗原一起，是小鼠HSC标志分子，它在多能HSCs上表达。一种抗Sca-1抗体经常和一些细胞表面标志分子表达的阴性选择一起用来鉴定和分离小鼠HSCs。Sca-1+HSCs可在成年骨髓、胎儿肝脏、成年动物流动的外周血和脾脏中被找到。Sca-1在几种非造血组织中也被发现。可用来富集HSCs之外的祖细胞。有人自骨髓中Thy-1Io、Lin-、Sca-1+细胞群中，可分离纯人造血干细胞。,Kit：原癌基因c-kit表达产物（又叫干细胞因子受 体SCF-R,CD117）,表达于几乎所有小鼠造血干细胞。C-kit可编码一种穿膜酪氨酸激酶受体分子。存在于造血干细胞膜上，它的配体分子是造血干细胞因子（stem cell factor,SCF）。人类60%-75%的CD34+造血细胞同时表达c-kit分子。kit+细胞占骨髓细胞的1%-4%，其中50%-70%的kit+骨髓细胞表达CD34+。小鼠多能干细胞表面分子标志可视为Thy-1Io、WGA+、c-kit+、Lin-。一个c-kit+Thy-1LowScal+Lin-的细胞便可重建小鼠的整个血液系统，一个这样的细胞可产生105个子细胞。,胸腺及骨髓中c-kit+细胞分化机制,CD34CD34：是一种细胞表面的唾液粘蛋白CD34抗原被认为是造血干细胞(HSCs)的标志物Osawa等人首先证明小鼠HSCs可以是CD34阴性人的CD34阴性细胞也有低水平的嫁接和造血能力移植研究表明胎绵羊CD34阴性细胞有重新繁殖的能力,CD34-CD38:研究表明CD34+细胞群中,99%同时表达CD38+,而CD34+CD38-细胞不仅形态上缺少分化的特征,而且体外细胞长期培养能形成CFU2Blast.CD38 抗原是造血干细胞向多系分化的标志之一,并随分化过程其表达水平增高,多能造血干细胞为CD38-。CD34-CD45:研究发现CD34+细胞往往同时表达CD45 抗原(LCA)并以180 KD 的CD45RO 和200 KD 的CD45RA 两种异构体为主,并通过实验证明,造血干细胞在分化过程中CD45 抗原表达,早期是以CD45RO 为主,在分化过程中CD45RA 表达上调。CD34+-CD34-:通过一系列研究提出,成年小鼠骨髓造血干细胞位于CD34 低表达和阴性组份(CD34low/-),输入单个小鼠CD34low/-c-kit+Sca-1+及系列标志(Lin-)细胞可使21%的受者获得长期淋巴系统重建。以后的实验进一步证实了CD34-细胞的存在。并且对人类、罗猴、猪骨髓的研究也表明存在现在尚未被认识的缺乏CD34 表面标志的造血干细胞群体。,CD133/AC133:CD133,是120kDa糖基化蛋白，最初是通过AC133单抗鉴定的，它能识别人HSCs的CD34+亚类。CD133可以作为用CD34筛选HSC和体外扩增的补充。CD133的表达不限于原始血细胞，来源于外周血的CD133+可被体外诱导分化为内皮细胞。CD133+。表达于20%60%的人CD34+细胞,被认为是定向为粒单系祖细胞的标记 AC133-2：一种CD133异构体,被鉴定为可被AC133抗体识别的原始表面抗原。目前认为AC133可代替CD34作为造血干祖细胞标志。骨髓中几乎所有CD34+CD38-细胞亚群均表达AC133，随着细胞的分化而下调到检测不到。AC133抗体分选干细胞在白血病的的治疗中优于CD34,ABCG2:ABCG2(ATP-binding cassette superfamily G member 2)广泛存在于各种干细胞上，并决定了SP细胞的Hoechst 阴性染色表型。ABCG2是ABC转运体家族的成员 ABCG2在CD34阴性细胞上出现的几率最大，但细胞表达CD34后，ABCG2下调 ABCG2的下调也表现在很多造血祖细胞上。因此在原始HSC分离鉴定上，ABCG2比CD34更有希望 ABCG2在SP细胞上的专一表达提示ABCG2可能成为是成体多能干细胞阳性筛选的潜在标志物,血管内皮生长因子受体2（KDR/VEGFR-2）是造血干细胞的表面标志多能干细胞限于CD34+和KDR+部分CD34+KDR-细胞亚群则主要包括一些系特异定向祖细胞 KDR 受体(血管内皮生长因子受体)可作为一种判别HSC 和造血祖细胞(hematopoietic progenitor cells,HPC)的标志。HSC 细胞表面标志限定在CD34+KDR+,而HPC细胞表面标志为CD34+KDR-人类出生后造血组织中有0.1%0.5%的CD34+细胞表达KDR+,CD38抗原CD34+细胞中99%是CD38-，随着分化过程其表达增加CD34+CD38-细胞占成人骨髓细胞的0.01%-0.05%CD38抗原可作为阴性选择标志,丝裂原（wheat germ agglutinin,WGA）Visseer等发现小鼠骨髓中造血干细胞对WGA有高亲和性。应用FACS即可自骨髓中Lin-/WGA+细胞群中分离造血干细胞,未分化造血干细胞表面标志：小鼠 人 CD34-/Low CD34+Scal+CD59+Thy1+/Low Thy1+CD38+CD38-/Lowc-Kit+c-Kit-/LowLin-Lin-,造血干细胞的鉴定 细胞形态：集落呈非贴壁生长，细胞形态较小细胞表面标志:Lin,Thy-1,Sca-1,Kit,CD34,CD133ABCG2,KDR/VEGFR-2,其它：CD38，WGA基因表达：转录因子TAL-1,GATA-2;主要珠蛋白(人造血干细胞表现为CD34+和Thylo,而CD10，CD14，CD15，CD16，CD19，CD20皆为阴性。现常用CD34+、CD38-、Lin-；CD34+、CD33-、DR-等参数精选干/组细胞),间质干细胞的标志物 STRO-1 CD44、SH2、SH3CD29、CD71、CD90、CD106、CD120、CD124、和型胶原(-),骨髓间充质干细胞（MSC）检测:形态和培养特性:MSC体积小，梭形，核浆比大，能连续传代培养。分子标记:CD44、SH2、SH3、CD29、CD71、CD90、CD106、CD120、CD124;不表达、和型胶原及造血干细胞表面标记。分化潜能：可分化为骨（AKP+，钙沉积，骨桥蛋白染色阳性）软骨（型胶原，酸性蛋白聚糖染色阳性）脂肪（亲脂性染料Nile red 或Oil red染色）肌腱、肌、神经、基质、肝及内皮等多种细胞,神经干细胞的标志物 Nestin 波形蛋白 PSA-NCAM p75 Neurotrophin R Nucleostemin BMPCD133,Nestin:Nestin是VI型中间丝蛋白,Immunocytochemistry of nestin protein in the neural tube of mouse,Immunocytochemistry of nestin protein in cerebral cortex of postnatal mice,波形蛋白vimentin：起于神经迁移完成时，分化完成后表达下降,Expression of Vimentin in SHG244 cells(S2P 200),GFAP 和Vimentin 均为中间丝蛋白,两者在星形胶质细胞间变和分化过程中的表达呈相反趋势,分化好的细胞GFAP 阳性明显,Vimentin 反应弱;分化差的细胞则相反。人脑胶质瘤SHG244,PSA-NCAM(Polysialic acid-neural cell adhesion molecule)神经元限制性的前体细胞可由高表达PSA-NCAM而鉴定,EGFP-positive cells(newborn granule cells)in dentate gyrus Expressed the immature extracellular marker PSA-nCAM(red).Neurogenesis in the dentate gyrus continues into adulthood,p75 Neurotrophin R(NTR):p75 NTR,也称为低亲和神经生长因子受体属1型跨膜TNF受体超家族 可分离神经冠干细胞(NCSCs),Nucleostemin：一种新发现的细胞核蛋白 皮层干细胞中富集 nucleostemin在nestin的表达峰之前表达 nucleostemin的表达在神经元和胶质细胞分化之前就进行了下调 反映早期的细胞多潜能状态,CD133：神经干细胞膜表达CD133跨膜蛋白,神经干细胞鉴定：细胞形态：细胞体很小，从细胞体伸出许多长的神经突 细胞功能：电压控制性Na+,K+,Ca+通道；神经递质的受体 细胞标志：巢蛋白，PSA-NCAM，p75 Neurotrophin R，Nucleostemin，BMP，TH（酪氨酸羟化酶），微管相关蛋白tua,MAP2,微管蛋白3(TuJ-1),GFAP(胶质原纤维酸性蛋白)，突触泡蛋白以及NF-L(68kDa的神经丝蛋白)；NF-H(200kDa的神经丝蛋白)；Nurrl和Ptx3(中脑多巴氨能神经元的标志)特异基因表达：5天的Ebs中有NF-L,NF-M和突触泡蛋白的表达，2天后表达编码神经聚糖（脑特异蛋白多糖）的基因，6天后表达编码微管相关蛋白tau的基因。也有检测发现分化细胞中有Brain-3，谷氨酰氨受体亚单位GluR-4和GluR-6，递质合成酶TH和GAD67,GAD65,GFAP和NF-L的表达,肌干细胞：C-met酪氨酸转氨酶，M-钙粘蛋白 至少有3种骨骼肌来源的干细胞：卫星细胞背主动脉壁中的细胞 侧群细胞是骨髓或肌肉中含有肌干细胞的一群细胞,鉴别要点：成纤维细胞扁平多突起，胞质丰富卫星细胞呈球形，贴壁后绝大多数为梭形或纺锤形，相邻细胞间以细丝拉网，少数有突起呈不规则形，能合成骨骼肌特有的磷酸肌酸激酶CK-MM亚型，还有肌动球蛋白等。分化中单核细胞相融合最后形成多核肌细胞。静息肌卫星细胞是多能干细胞，表达C-met酪氨酸转氨酶和M-钙粘蛋白，但不表达成肌细胞标志物Myf5、MyoD、结合素等。,鉴别方法：结蛋白（desmin），但不排除肌组织中血管平滑肌的污染，检测横纹肌动蛋白可区别成纤维细胞和平滑肌细胞。磷酸肌酸激酶（CK），CK-MM亚型，C-met酪氨酸转氨酶和M-钙粘蛋白等指标。Hoechst33342染色结合流式细胞鉴定侧群细胞。,肝干细胞肝干细胞包括胚胎成肝干细胞肝卵圆细胞有干细胞特征的肝上皮细胞、骨髓、胰和神经来源的肝前体细胞,成年动物肝干细胞 成年动物肝脏细胞正常情况处于静止期，增生分裂非常慢.当外科切除部分肝脏或药物损伤后，肝细胞开始活化增生，包括肝上皮细胞和胆管上皮细胞及窦间隙细胞.肝脏损伤非常严重或肝细胞增生受到抑制，肝干细胞开始活化，即所谓的“卵圆细胞”(oval cell)或“前体细胞”,卵圆细胞标志 在向胆管细胞的分化过程中表达谷氨酰转肽酶（GGT）、Chrom-A等在向肝细胞分化的过程中可以合成分泌甲胎蛋白(AFP)和白蛋白（Alb）可以表达一系列胆管上皮细胞角蛋白（cytokeratin，ck7,8,18,19）和间充质的波形蛋白（vimentin），ck14只在少数卵圆细胞中表达OV6可以标志大多数的卵圆细胞，OC2和OC3用以标记其亚群卵圆细胞和造血干细胞共同的抗原决定簇干细胞因子（SCF）及其受体c-kit、细胞表面糖蛋白Thy-1等 还可以表达TGFa，aFGF，SCF，flt-3生长因子及其受体 表达CK14，波形蛋白,分离肝干细胞 Suzuki等报告利用特异性的阳性标志6整合素（CD49f）、1整合素（CD29）（肝细胞标志）及阴性标志CD45、Ter119（造血干细胞标志）抗体进行卵圆细胞分离 分离的肝c-kit-CD45f+CD29+CD45-TER119-细胞具有肝干细胞特征,肝细胞系的细胞标志,胰干细胞标记Nestin 转录因子 PDX-1、PAX-4、PAX-6、NKX6.1、yy肽、NgN3(神经原素3,)作为胰腺干细胞的辅助标记物:酪氨酸羟化酶、酸性半乳糖苷酶(LacZ)、Glut-2(Glucose transporter type2)、MSX-2、CK19、CK20、波形蛋白、Bcl-2(一种细胞凋亡抑制蛋白),上皮干细胞标记 表皮细胞存在三种状态：干细胞短暂扩增细胞（TA）分化细胞（PMD）,表皮干细胞有3个显著特点：慢周期性：在体内表现为标记滞留细胞，即在新生动物细胞分裂活跃时掺入氚标的胸苷，由于干细胞分裂缓慢，因而可长期探测到放射活性，如小鼠表皮干细胞的标记可滞留2年以上自我更新能力（体外培养时呈克隆性生长，可连续传代）对基底膜的粘附性,表皮干细胞高表达1整合素 角蛋白19(K19)非钙粘素相关-catenin及P63 高表达的dotch及配体DELTAL低表达的Ealpha6整连蛋白 和10G7(dim),表皮干细胞检测：(1)利用表皮干细胞最显著的两个特征，即慢周期性和自我更新能力最可靠(2)标记分子：1整合素表达水平角蛋白：K15,K19alpha6整连蛋白 和10G7(dim)；E-cadherin低表达，dotch高表达,内皮前体细胞：endothelial progenitor cells 表达 Flk-1 和 vWF还表达内皮特异性的分子VE-cadherin 和干/祖细胞标记 AC133 和c-kit,角膜上皮干细胞 共表达K19和波形蛋白，含丰富的-烯醇酶、钠-钾ATP酶和细胞色素氧化酶但不表达K3、K4、K6、K7、K8、K13和K18,乳腺干细胞标记：Sca-1,keratin-6,11 成肌细胞标记 CD56 和 结蛋白（desmin）,肠干细胞：正常肠隐窝基底部含有4-6个干细胞小肠干细胞表达K8,K17,K19角蛋白,生殖干细胞GSC TNAP、SSEA-1、Oct-4 A型精原细胞包括精原干细胞，具有高水平端粒酶活性，并表达EE2蛋白，其它阶段生精细胞则不具有这样的特点。未分化的精原细胞表达低水平的c-kit及低量的特异染色质。,干细胞标记及活体示踪在移植前对干细胞进行合适的标记,能够对移植后的干细胞及其分化细胞与宿主自身细胞加以鉴别和示踪,光镜及电镜常用细胞标记物质,1.胞浆标记物:Hoechst(蓝色荧光)，DiI，PKH67(绿色荧光)和PKH26(红色荧光)等荧光色素。2 核酸标记物：胸腺嘧啶同位素标记，5-溴脱氧尿嘧啶核苷(brom odeoxyuridine，5-BrdU),氚胸腺嘧啶核苷(3H-Td R)标记3.转基因：大肠杆菌乳糖操纵子中的-半乳糖苷酶(LacZ)，绿色荧光蛋白(green fluorescentprotein，GFP)，增强型绿色荧光蛋白(enhanced green fluorescent protein，EGFP)和红色荧光蛋白(red fluorescentprotein，RFP)。,活体示踪干细胞常用的细胞标记物质及其在影像学的应用,1.核医学分子显像技术活体示踪干细胞:SPECT(single photon emission computed tomography，SPECT)PET(positronem issiontom ography，PET)。(1)代谢显像：18F 标记的氟脱氧葡萄糖(18F-FDG)，11C-蛋氨酸和11C-乙酸盐，18F-FDG，18Fluorodopa(18FD)。(2)抗体显像。放射免疫显像的核素有99mTc，111In 和131I(3)受体显像：多巴胺、乙酰胆碱，-氨基丁酸/苯二氮,5-羟色胺和阿片受体。转铁蛋白受体(transferrin receptor，TfR)(4)基因表达显像 报告基因表达显像：又称转基因表达显像，将能够表达可测表型(酶、受体，转运体等)的特定核苷酸序列(报告基因)与靶基因偶联，通过测定表型蛋白间接 反映靶基因的表达。反义显像：是通过螯合剂将金属核素(99mTc、111In等)与反义寡核苷酸连接(RASON)，在细胞内与靶基因的m RNA 互补结合显像，以反映目标DNA 转录情况。,2.磁共振成像(M RI)活体示踪干细胞能够用于干细胞标记研究的M R 造影增强剂主要有两类：(1)钆(gadolinium)类：(2)氧化铁(iron oxides)类：主要是磁性纳米材料超顺磁性氧化铁(superparam agneticiron oxide，SPIO)和超小顺磁性氧化铁(ultrasm allparam agnetic iron oxide particles，USPIO),细胞的标志物的研究方法实例 CD34 1984年，Cividin等用人髓系白血病细胞kG1a 制备了单抗My10，能与大多数骨髓来源的造血干祖细胞膜上分子量为105-120KD膜蛋白特异结合Tindle等又制备出另一株CD34单抗BI.3c5，并证实了Cividin的发现 1986年第三界国际人类白血病细胞分化抗原协会将其命名为CD34 CD34单克隆抗体检测的抗原即为CD34分子 CD34抗原被认为是造血干细胞(HSCs)的标志物,Osawa等人首先证明小鼠HSCs可以是CD34阴性,1 羊胎干细胞移殖模型人CD34+Lin-细胞(3.5106)受孕55-60天的羊胎 CD34+CD45+细胞 60d CD34+CD45+细胞（重复移殖）10MCD34+细胞(109),干细胞重建造血试验 CD34+细胞 8只5周龄羊胎（(2.3105细胞/只)5W 收集CD34+细胞(1.2106)CD34-细胞(4.2105)CD34+细胞(2.1105)3只羊胎 3只羊胎 15M 15M CD45+细胞(2.9106)CD45+细胞(2108)CD34+细胞(105),CD34-细胞(3105)CD34+细胞,CD34-细胞,CD34+CD38-细胞：可长期重建造血（6M）CD34+CD38+细胞：短期造血（6M）,干细胞的基因印记 普林斯顿大学的Ihor Lemischka 多种重要的干细胞，包括胚胎干细胞、造血干细胞和神经干细胞等，它们共有的283个基因。人类和实验鼠的造血干细胞两者共有的322个活跃基因。哈佛大学的Miguel Ramalho-Santos等报告了一项类似研究的类似发现。他们同样将多种干细胞进行比较，发现了200多个共有的基因。,抗体库技术 干细胞免疫小鼠构建抗干细胞表面分子的噬菌体展示scFv文库筛选并鉴定抗干细胞表面分子的噬菌体展示scFv抗体筛选cDNA表达文库并鉴定干细胞表面分子的cDNA,干细胞标记应用实例,Fig.1 The isolated CD133+cells generated neurospheres.Phase contrast images of growing spheres at day 7(200)Fig.2 The CD133+fraction were incubated with BrdU for 12h and stained with antibody against BrdU(400)Fig.3 Neurospheres derived from CD133+cells were plated on an adhesive coverslip in presence of mitotic factors(20ng/ml EGF,20ng/ml bFGF).The cells were stained with antibody against nestin(green),and nuclei were counterstained with PI(red).,（引自徐群渊等）,CD133分离神经干细胞,