干细胞及其微环境研究进展: 衰老过程中的干细胞龛

Advances in Stem Cells and their Niches: The Stem Cell Niche During Ageing

作者：Susie Nilsson

出版社：Academic Press

索书号：Q24/S824s/2020/Y

ISBN：9780128220191

藏书地点：武大外教中心

干细胞微环境(Stem Cell Niche，又称干细胞龛)是干细胞的集中存储部位，通过特定的细胞外基质和微环境细胞提供特殊的微环境，对维持干细胞的高增殖力和诱导定向分化起关键作用。在胚胎发育过程中，多种微环境因子影响胚胎干细胞的基因表达，进而调控着胚胎干细胞的自我更新以及分化。在人体中，干细胞微环境维持着成体干细胞处于休眠状态，一旦组织受伤，周围的微环境会传递信号给成体干细胞，引起成体干细胞的自我更新和分化。

人类对细胞微环境的最早认识，可能起源于“造血干细胞微环境”。英国科学家Raymond Schofield在1978年提出了“Niches”的假设：他认为Niches存在于特定的解剖结构中，Niches中干细胞与其他细胞的相互作用决定了其行为，将干细胞从Niches移出将导致细胞分化。在果蝇和线虫的生殖系统中得到了生殖干细胞微环境存在的有力证明。

在过去的40年中，人们对干细胞微环境进行了大量研究，对人体的骨髓、皮肤、小肠、大脑、肌肉等组织中的干细胞微环境的高度动态性和复杂性有了深入理解。

由构成干细胞微环境的细胞所阐述或诱导的分泌因子可以指导干细胞的分化决定。然而，精确的信号通路对于每种干细胞类型和在每种干细胞微环境中是不同的。对果蝇的研究表明，干细胞附近的支持细胞分泌维持干细胞特性和指定干细胞自我更新所需的因子。JAK-STAT信号和转化生长因子-β信号都参与了果蝇周围支持细胞对干细胞行为的调控。在哺乳动物中，Wnt信号转导通路已被证明在HSCs中发挥着指定干细胞自我更新的作用，尽管Wnt信号可能是由干细胞本身分泌的，并可能以自分泌环路的方式作用于控制干细胞的增殖。Wnt信号也可能参与指导肠上皮中干细胞、转运放大细胞的增殖。然而，在不同的干细胞系统中，相同的信号通路可能有不同的目的。在哺乳动物表皮中，Wnt信号可能参与决定毛囊前体分化，而不是决定多能干细胞的自我更新。

细胞粘附也正在成为干细胞与微环境相互作用的一个重要特征。在果蝇雄性和雌性生殖系中，干细胞和壁龛细胞之间的粘附是干细胞维持所必需的，这确保了GSCs保持在接近从壁龛发出的自我更新信号的位置。附着于利基细胞或基膜对成年哺乳动物组织内干细胞的维持也可能很重要，因此毛囊间表皮和外根鞘隆起区域内的多能干细胞中干细胞具有高水平的β-1整合素特征。有趣的是，β1整合素在外根鞘隆起区域内的细胞中的靶向性破坏严重损害了毛囊间表皮、毛囊和皮脂腺的前体细胞的增殖。因此，与粘附连接在维持果蝇GSCs于壁龛中的作用相似，β1整合素介导的粘附可能需要将多能表皮干细胞保持在壁龛内并接近自我更新信号。在哺乳动物睾丸中，α6整合素已被确定为富集性干细胞的细胞表面标志物，但α6整合素在干细胞维持中的具体作用尚未被直接证实。同样，表皮中的基底角质形成细胞也表达α-6整合素，但α-6的表达与其增殖潜能无明显相关性。因此，尽管细胞黏附通常是支持性微环境中干细胞维持的保守特征，但在不同的干细胞微环境系统中，发挥作用的特定类型的连接和细胞黏附分子可能会有所不同。

干细胞相对于周围支持细胞的精确细胞组织可能在调节合适的干细胞数量方面发挥重要作用。在果蝇卵巢和睾丸中，干细胞通常以恒定的不对称方式分裂，有丝分裂纺锤体的方向是将保持干细胞特性的子细胞放置在干细胞龛内；注定要分化的子细胞被放置在龛外，远离自我更新信号。无论是通过连接复合体附着到壁龛细胞或细胞外基质，还是定位于壁龛内的信号，都可能提供干细胞在分裂过程中可以定向的极性线索。这种刻板印象的分裂平面可以反过来规定干细胞分裂的不对称结果。

目前，体外细胞培养的环境和真实细胞微环境相距甚远，无法重现体内生理和病理过程中微环境组成，以及细胞间、细胞和胞外基质、因子等活性物质间的相互作用和动态变化，因此体外培养的细胞和组织在形态上和功能上都难于重现或长时间维持体内相关特性，而这构成了细胞/组织工程的核心问题和挑战，大大限制了相关细胞治疗和人造组织等的转化和应用。了解微环境在控制干细胞行为中的作用和机制对于干细胞的体外生长和扩增至关重要，同时保持干细胞的特性和完整的分化潜力，这是干细胞在再生医学中使用的重要第一步。

《干细胞及其微环境研究进展: 衰老过程中的干细胞龛》一书于2016年由Academic Press出版社出版，作者是Susie Nilsson。

本书作为研究干细胞及其微环境相关技术的专业书记，内容专业详实，语言浅显易懂，除此之外还有以下特点：

1、本书不仅介绍了微环境的基础知识，还详细介绍了其在衰老期间的演化过程，并结合具体实例的应用，使读者能够更加全面的了解微环境最新研究进展。

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本书目录

1. 衰老的造血微环境

2. 肠道干细胞及其相关微环境的衰老

3. 衰老的精原微环境

4. 衰老的表皮皮肤微环境

5. 心室-室下区神经微环境的衰老

6. 衰老过程中的肝再生：细胞类型、可塑性和冗余性。

7. 衰老过程中的乳腺干细胞及其微环境

8. 衰老过程中的心脏干微环境

兰天 武汉大学生命科学学院 硕士研究生