第十五章 细胞分化与胚胎发育 第一节 细胞分化 第二节 胚胎发育中的细胞分化
第一节 细胞分化 一、细胞分化的基本概念 二、细胞的全能性与多能干细胞 三、影响细胞分化的因素
几种生物的细胞数目与类型（表15-1）
分子杂交技术检测基因及其mRNA的表达（表15-2）
组合调控的作用机制示意图（图15-1）
黏菌繁殖过程示意图（图15-2）
造血干细胞逐级分化为各种类型的血细胞（图15-3）
诱导多能干细胞（iPS）建系过程的示意图（图15-4）
人胚胎干细胞建系的示意图（图15-5）
人类治疗性克隆与再生医学的设想（图15-6）
人的胚胎干细胞诱导分化成胰岛β细胞（图15-7）
与人胚胎干细胞的维持相关的主要信号分子及信号通路示意图（图15-8）
细胞分化与3个胚层发生的分子机制的示意图
第二节 胚胎发育中的细胞分化 一、生殖细胞的分化 二、早期胚胎发育过程中的细胞分化 三、果蝇胚胎早期发育中的细胞分化
原生殖细胞（PGC）的迁移（图15-10）
性腺细胞分化中的信号途径（图15-11）
PGC进入生殖嵴后的细胞分裂（图15-12）
生殖嵴对生殖细胞减数分裂的调控（图15-13）
神经管的形成（图15-14）
调控脊髓神经细胞增殖的信号系统（图15-15）
神经元前体细胞通过侧向抑制而特化（图15-16）
脊髓背腹分化中的信号网络（图15-17）
（图15-果蝇体节形成中的基因调控）
本章概要（一） 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，产生不同的细胞类型的过程称之为细胞分化。细胞分化是基因选择性表达的结果。分化细胞所表达的基因一类称管家基因，另一类称组织特异性基因。组织特异性基因的产物不仅影响分化细胞的形态结构，而且决定细胞所执行的各自的生理功能。每种类型的分化细胞是由不同的调控蛋白以组合调控的方式，启动组织特异性基因的表达，从而实现细胞分化的调控。细胞分化程序与调控涉及诸多因素，如受精卵的不均一性、胞外信号分子的作用、细胞间的相互作用与细胞的位置效应以及细胞的记忆等。其中，信号分子的作用是调控细胞分化最主要的因素。 干细胞是机体中能进行自我更新和多向分化潜能并具有形成克隆能力的一类细胞。根据分化潜能的不同，干细胞可分为全能干细胞、多潜能干细胞、多能干细胞和单能干细胞。根据来源不同，干细胞又可以分为胚胎干细胞和成体干细胞。诱导性多潜能干细胞制备技术的建立，不仅加深了人们对细胞全能性的理解，而且极大地推动了干细胞与细胞分化的理论研究及其临床应用。 细胞分化最伟大的杰作，在于后生生物个体的形成，而后生动物的发育，是最为复杂，也是最引人入胜的生命过程。生物相对有限的基因，凭借重复而富有创造性的方式指导细胞的行为，分化并产生当今世界上多种生命体。在这个过程中，FGF、TGF-β、RA、Shh和Wnt等信号系统，按照极其相似的方式调控各种发育进程。
本章概要（二） 哺乳动物雌雄两性的分化，源于生殖腺细胞的分化。性腺原基——生殖嵴的固有分化方向是卵巢，Y染色体携带的SRY基因对性腺分化为睾丸是必需的，而Sox9则是更普遍的决定睾丸分化的基因，存在于所有脊椎动物。原生殖细胞经过长距离迁移，进入生殖嵴，它们的分化方向由性腺的分化方向决定，RA和Wnt信号通路起了决定作用，尤其是RA及其颉颃物Cyp26b1是控制减数分裂的关键因素。 脊椎动物的发育过程经过受精、卵裂、囊胚和原肠胚，形成3个胚层，脊索中胚层诱导其附近的外胚层形成神经管。神经管的形成，是微管和微丝等细胞骨架联合作用的结果。神经管形成后，一部分细胞逐渐停止分裂并迁移到外侧，神经管上皮细胞则保持分裂能力。这个过程依靠FGF、RA、Wnt、Shh和BMP信号途径的相互协调，以及神经前体细胞依靠Delta－Notch信号而形成的旁侧抑制作用。神经管细胞的背腹分化，则主要依赖于背部的BMP信号分子浓度梯度和腹侧Shh浓度梯度，而体节中胚层分泌的RA信号分子与Shh相互颉颃，对神经管中部神经元的分化至关重要。 脊椎动物胚胎发育过程中，细胞的分化命运大部分由其所处环境决定，细胞附近的组织对细胞分化发挥了巨大作用，这就是调整型发育。大部分无脊椎动物的发育则与此不同，其细胞分化命运大部分是由细胞本身所决定的，对细胞所处环境依赖较小，这称为镶嵌型发育。果蝇的发育就是典型的镶嵌型发育，母体效应基因决定了胚胎前后轴和背腹轴，并通过级联反应调控体节的形成。 随着对发育机制的深入了解，不同组织的发育进程逐渐显示出越来越多的内在共性，人们越来越了解有限的基因如何“演奏”出精彩无限的细胞分化的绚丽“乐章” 。