第十二章 细胞分化与基因表达调控细胞分化（ cell differentiation）
细胞分化是多细胞有机体发育的基础与核心，细胞分化的关键在于特异性蛋白质的合成，而特异性蛋白质合成的实质在于基因选择性表达。细胞分化过程常常伴随着细胞增殖与细胞凋亡，分化细胞的最终归宿往往是细胞的衰老和死亡第一节 细胞分化一 细胞分化的基本概念
（一） 细胞分化是基因选择性表达的结果不同类型的细胞在发育过程中表达一套特异的基因，其产物不仅决定细胞的形态结构，而且执行各自的生理功能。
（二） 组织特异性基因与管家基因管家基因（ house-
keeping genes）
组织特异基因
（ tissue-specific
genes）,或称奢侈基因（ luxury
genes）
调节基因（ regulatory
genes）
In situ hybridization can produce
striking images,This low-power image
of human ileum tissue shows
expression of housekeeping genes for
intestinal function,Darkfield,100X,
（三 ） 组合调控引发组织特异性基因的表达组合调控
（ combinational
control）
（ 四） 单细胞有机体的细胞分化
（五） 转分化与再生转分化（ trans-differentiation）
转分化往往经历去分化
（ dedifferentiation） 和再分化
（ redifferentiation） 的过程。
再生芽基（ regeneration blastema）
不同的多细胞有机体，其再生能力有明显差异二 影响细胞分化的因素
（一） 细胞的全能性细胞全能性
（ totipotency） 是指细胞经分裂和分化后仍具有产生完整有机体的潜能或特性，称为细胞全能性。
多潜能性
（ pluripotency）。
具有多潜能性的细胞称为干细胞
（ stem cell）
胚胎干细胞（ embryo stem
cell）
单能干细胞（ monopotential
cell） 或称定向干细胞
（ directional stem cell）。
由定向干细胞最终形成特化细胞类型的过程称为终末分化（ terminal
differentiation）
对于细胞核而言，始终保持其分化的全能性
（二） 影响细胞分化的因素调控蛋白的组合是影响细胞分化的主要的直接因素。
1.胞外信号分子对细胞分化的影响近端组织的相互作用（ promixate
tissue interaction）,也称为胚胎诱导。
近端组织的相互作用是通过细胞旁分泌产生的信号分子旁泌素（又称细胞生长分化因子）来实现的。
已知它包括成纤维细胞生长因子
（ fibroblast
growth
factor,FGF）
转化生长因子
（ transforming
growth factor,TGF）
以及 hedgehog家族,Wnt家族和
Juxtacrine等五大家族因子。与激素一样，它们都是影响细胞分化的重要的信号分子。
2.细胞记忆与决定
3.受精卵细胞质的不均一性对细胞分化的影响决定子（ determinant） 指影响卵裂细胞向不同方向分化的细胞质成分。
生殖质（ germ plasm） 它是种质细胞的决定子，这一现象普遍存在于动物界。
4.细胞间的相互作用与位置效应胚胎诱导（ embryonic induction）
位置效应 (position effect)
Sonic hedgehog
5.环境对性别决定的影响
6.染色质变化与基因重排对细胞分化的影响原生动物纤毛虫类（如草履虫、四膜虫）的细胞内存在两个细胞核，小核称为生殖核，包含完整的基因组；大核称为营养核，丢失 10%～ 90%的
DNA,剩余的 DNA经重排与扩增后形成多倍体，
其基因活跃地转录并决定一切表型特征。
B淋巴细胞中的 DNA经过断裂丢失与重排的复杂变化从而利用有限的免疫球蛋白基因，在理论上可以表达出数百亿种抗体。
三 细胞分化与胚胎发育同源异型基因
（ Hox gene）
因其在基因表达调控中的主导作用又称
homeotic
selector gene,
亦称 Hox基因同源异核结构域细胞分化调控的时间与空间上的程序浓缩在每一个细胞的染色体上。同源异型基因前后序列是否仅仅是进化过程中的偶合，很值得探讨。
在生物体长期演化过程中，
很可能仅利用有限的较为简单的基因产物为工具，
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。
第二节 癌细胞癌细胞（ cancer
cell） 癌细胞的细胞类型与特征相似，但基因组却发生不同形式的突变。
（一）癌细胞的基本特征动物体内细胞分裂调节失控而无限增殖的细胞称为肿瘤细胞 (tumor cell)。 具有转移能力的肿瘤称为恶性肿瘤 (malignancy),上皮组织的恶性肿瘤称为癌。目前癌细胞已作为恶性肿瘤细胞的通用名称。其主要特征是：
1.细胞生长与分裂失去控制
2.具有侵润性和扩散性良性肿瘤，如疣和息肉转移灶 (metastasis)
3.细胞间相互作用改变
4.细胞表达谱系或蛋白活性改变
5.mRNA转录谱系的改变
6.体外培养的恶性转化细胞的特性恶性转化 (malignant transformation)
接触抑制 (contact inhibition)
二 癌基因与抑癌基因癌症是由携带遗传信息的 DNA的病理变化而引起的疾病。与遗传病不同，癌症主要是体细胞
DNA突变，而不是生殖细胞 DNA突变。
癌基因 (oncogenes)是控制细胞生长和分裂的正常基因的一种突变形式，能引起正常细胞癌变。
细胞癌基因 (cellular oncogene)或原癌基因
(proto-oncogene)
癌基因编码的蛋白主要包括生长因子 (growth
factor),生长因子受体、信号转导通路中的分子、基因转录调节因子和细胞周期控制蛋白等几大类型。
细胞信号转导是细胞增值与分化过程中的基本调节方式抑癌基因 (tumor-suppressor gene)实际上是正常细胞增殖过程中的负调控因子，它编码的蛋白往往在细胞周期的检验点上起阻止周期进程的作用。
三 肿瘤的发生是基因突变逐渐积累的结果癌症的发生一般并不是单一基因的突变，而至少在一个细胞中发生 5~6个基因突变，才能赋予癌细胞所有的特征。
癌症是一种典型的老年性疾病，它涉及一系列的原癌基因与肿瘤抑制基因的致癌突变的积累。
在人的二倍体细胞中肿瘤抑制基因有两个拷贝，只要其中一个基因拷贝正常，便可保证正常的调控作用。如果两个基因都丢失或失活，才能引起细胞增殖的失控，而原癌基因的两个拷贝中只要有一个基因发生突变，便可能起到与癌基因类似的作用。
直肠癌发生示意图
细胞分化是多细胞有机体发育的基础与核心，细胞分化的关键在于特异性蛋白质的合成，而特异性蛋白质合成的实质在于基因选择性表达。细胞分化过程常常伴随着细胞增殖与细胞凋亡，分化细胞的最终归宿往往是细胞的衰老和死亡第一节 细胞分化一 细胞分化的基本概念
（一） 细胞分化是基因选择性表达的结果不同类型的细胞在发育过程中表达一套特异的基因，其产物不仅决定细胞的形态结构，而且执行各自的生理功能。
（二） 组织特异性基因与管家基因管家基因（ house-
keeping genes）
组织特异基因
（ tissue-specific
genes）,或称奢侈基因（ luxury
genes）
调节基因（ regulatory
genes）
In situ hybridization can produce
striking images,This low-power image
of human ileum tissue shows
expression of housekeeping genes for
intestinal function,Darkfield,100X,
（三 ） 组合调控引发组织特异性基因的表达组合调控
（ combinational
control）
（ 四） 单细胞有机体的细胞分化
（五） 转分化与再生转分化（ trans-differentiation）
转分化往往经历去分化
（ dedifferentiation） 和再分化
（ redifferentiation） 的过程。
再生芽基（ regeneration blastema）
不同的多细胞有机体，其再生能力有明显差异二 影响细胞分化的因素
（一） 细胞的全能性细胞全能性
（ totipotency） 是指细胞经分裂和分化后仍具有产生完整有机体的潜能或特性，称为细胞全能性。
多潜能性
（ pluripotency）。
具有多潜能性的细胞称为干细胞
（ stem cell）
胚胎干细胞（ embryo stem
cell）
单能干细胞（ monopotential
cell） 或称定向干细胞
（ directional stem cell）。
由定向干细胞最终形成特化细胞类型的过程称为终末分化（ terminal
differentiation）
对于细胞核而言，始终保持其分化的全能性
（二） 影响细胞分化的因素调控蛋白的组合是影响细胞分化的主要的直接因素。
1.胞外信号分子对细胞分化的影响近端组织的相互作用（ promixate
tissue interaction）,也称为胚胎诱导。
近端组织的相互作用是通过细胞旁分泌产生的信号分子旁泌素（又称细胞生长分化因子）来实现的。
已知它包括成纤维细胞生长因子
（ fibroblast
growth
factor,FGF）
转化生长因子
（ transforming
growth factor,TGF）
以及 hedgehog家族,Wnt家族和
Juxtacrine等五大家族因子。与激素一样，它们都是影响细胞分化的重要的信号分子。
2.细胞记忆与决定
3.受精卵细胞质的不均一性对细胞分化的影响决定子（ determinant） 指影响卵裂细胞向不同方向分化的细胞质成分。
生殖质（ germ plasm） 它是种质细胞的决定子，这一现象普遍存在于动物界。
4.细胞间的相互作用与位置效应胚胎诱导（ embryonic induction）
位置效应 (position effect)
Sonic hedgehog
5.环境对性别决定的影响
6.染色质变化与基因重排对细胞分化的影响原生动物纤毛虫类（如草履虫、四膜虫）的细胞内存在两个细胞核，小核称为生殖核，包含完整的基因组；大核称为营养核，丢失 10%～ 90%的
DNA,剩余的 DNA经重排与扩增后形成多倍体，
其基因活跃地转录并决定一切表型特征。
B淋巴细胞中的 DNA经过断裂丢失与重排的复杂变化从而利用有限的免疫球蛋白基因，在理论上可以表达出数百亿种抗体。
三 细胞分化与胚胎发育同源异型基因
（ Hox gene）
因其在基因表达调控中的主导作用又称
homeotic
selector gene,
亦称 Hox基因同源异核结构域细胞分化调控的时间与空间上的程序浓缩在每一个细胞的染色体上。同源异型基因前后序列是否仅仅是进化过程中的偶合，很值得探讨。
在生物体长期演化过程中，
很可能仅利用有限的较为简单的基因产物为工具，
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。
第二节 癌细胞癌细胞（ cancer
cell） 癌细胞的细胞类型与特征相似，但基因组却发生不同形式的突变。
（一）癌细胞的基本特征动物体内细胞分裂调节失控而无限增殖的细胞称为肿瘤细胞 (tumor cell)。 具有转移能力的肿瘤称为恶性肿瘤 (malignancy),上皮组织的恶性肿瘤称为癌。目前癌细胞已作为恶性肿瘤细胞的通用名称。其主要特征是：
1.细胞生长与分裂失去控制
2.具有侵润性和扩散性良性肿瘤，如疣和息肉转移灶 (metastasis)
3.细胞间相互作用改变
4.细胞表达谱系或蛋白活性改变
5.mRNA转录谱系的改变
6.体外培养的恶性转化细胞的特性恶性转化 (malignant transformation)
接触抑制 (contact inhibition)
二 癌基因与抑癌基因癌症是由携带遗传信息的 DNA的病理变化而引起的疾病。与遗传病不同，癌症主要是体细胞
DNA突变，而不是生殖细胞 DNA突变。
癌基因 (oncogenes)是控制细胞生长和分裂的正常基因的一种突变形式，能引起正常细胞癌变。
细胞癌基因 (cellular oncogene)或原癌基因
(proto-oncogene)
癌基因编码的蛋白主要包括生长因子 (growth
factor),生长因子受体、信号转导通路中的分子、基因转录调节因子和细胞周期控制蛋白等几大类型。
细胞信号转导是细胞增值与分化过程中的基本调节方式抑癌基因 (tumor-suppressor gene)实际上是正常细胞增殖过程中的负调控因子，它编码的蛋白往往在细胞周期的检验点上起阻止周期进程的作用。
三 肿瘤的发生是基因突变逐渐积累的结果癌症的发生一般并不是单一基因的突变，而至少在一个细胞中发生 5~6个基因突变，才能赋予癌细胞所有的特征。
癌症是一种典型的老年性疾病，它涉及一系列的原癌基因与肿瘤抑制基因的致癌突变的积累。
在人的二倍体细胞中肿瘤抑制基因有两个拷贝，只要其中一个基因拷贝正常，便可保证正常的调控作用。如果两个基因都丢失或失活，才能引起细胞增殖的失控，而原癌基因的两个拷贝中只要有一个基因发生突变，便可能起到与癌基因类似的作用。
直肠癌发生示意图
