细胞的发育潜能

1. 细胞的发育潜能 傅承宏 零三临五一大班

2. 哺乳类都是通过有性生殖来繁衍后代的。新生命开始于母体子宫内的一个受精卵细胞。所以从一个受精卵细胞发育成一个小生命，纯属正常。

3. 每一个多细胞生命都是由大量的各种各样的细胞组成的。成年人全身细胞总数约1014个，总共有 200 多种不同种类型的细胞。 正是这 200 多种细胞协同配合，才使人体正常地运转。 追根溯源，这 200 多种细胞都来自于最初的一个受精卵。

4. 在个体发育中，细胞后代在形态结构和功能上发生差异的过程，称为细胞分化。 细胞分化体现在个体发育中。不但从卵细胞发育成一个胎儿，包含着细胞分化。婴儿诞生后，成长为成年人的过程也包含着细胞分化。甚至，在成年人阶段，人体的细胞分化并没有终止。例如，从骨髓中的一种叫做多能生血干细胞，分化成各种血细胞的过程，在每个人的一生中都一直进行着

5. 受精卵细胞具有分化出各种组织所有不同类型细胞，足以造成完整个体的潜能，所以把受精卵的分化潜能称为全能性。受精卵细胞具有分化出各种组织所有不同类型细胞，足以造成完整个体的潜能，所以把受精卵的分化潜能称为全能性。 • 多能生血干细胞可以分化出多种类型的细胞，但它不可能分化出足以生成完整个体的所有类型细胞。所以多能生血干细胞的分化潜能可以称为多能性。 • 像 CFC-E（红细胞集落形成细胞）或 CFC-T（T 细胞集落形成细胞）这样的细胞，分化后只能形成一种细胞——红细胞或 T 细胞,所以 CFC-E 或 CFC-T 的分化潜能称为单能性。

6. 总的趋势是，受精卵是全能性的，随着分化发育过程的向前推进，细胞逐渐丧失其分化潜能，或者说分化潜能越来越窄，从全能性到多能性，再到单能性，最后失去分化潜能成为成熟定型的细胞。总的趋势是，受精卵是全能性的，随着分化发育过程的向前推进，细胞逐渐丧失其分化潜能，或者说分化潜能越来越窄，从全能性到多能性，再到单能性，最后失去分化潜能成为成熟定型的细胞。 • 一般说来，分化成熟后定型地执行一定功能的细胞，同时也失去生长分裂的能力。在有些特殊因素影响下，完成分化的细胞又可以从分化定型状态“解脱”出来，恢复旺盛的生长分裂能力，称为“脱分化”。细胞的癌化就是这种情况。

7. 植物体细胞的全能性 • 园艺学的经验早已告诉我们，从一段枝条，一块叶片，一块块根，有可能长成一株完整的植株。看来，植物细胞在分化成熟后，仍可能保持全能性。

8. 1970 年 STEWARD 试验室成功地从胡萝卜的一个单细胞，经细胞培养技术，获得一团愈伤组织，再经适当诱导，发生分化，分别长出根，茎，叶，成为一株可生育的完整植株。此后人们陆续在不同种植物获得成功，即从分化成熟的植物体细胞克隆繁殖出整株植株来。可见植物体细胞仍保持有分化全能性，具有可分化发育为各种细胞造成完整植株的潜能。

9. 动物体细胞失去全能性的原因 和植物不同，分化成熟的动物细胞显然不具备分化全能性。不可能从动物的一个体细胞增殖分化成为一个完整的个体。 原因何在？是否因为在分化发育中丢失了一部分基因？抑或是基因组仍是完整的，原因在别的地方。

10. 早在上世纪，学者们即开始对细胞分化现象进行了观察。最早试图对细胞分化机理做出解释的是Weismann(1883)，他根据当时在马蛔虫中的研究结果，提出了“体细胞分化是由于遗传物质丢失造成的，每一种组织只保留了其专有遗传物质”的见解。在马蛔虫这一特例中，体细胞确实存在着染色体消减现象(chromosome diminution)，在卵裂过程中大段的染色质发生丢失。Weismann的“细胞分化是由于遗传物质丢失的结果”的观点，看起来既符合逻辑推理，又有具体例证，因而被当时的学术界所普遍接受，而且后来一直流行了50余年。

11. 一系列试验使这个问题露出端倪 • 1952年用一种叫做豹蛙的两栖类动物做了很有启发性的试验：把豹蛙胚胎发育初期中囊胚细胞的细胞核取出来，移入已预先除去细胞核的卵细胞。所形成的细胞经适当培养，可以发育成蝌蚪，进一步变态成蛙，并能正常生育。

13. 在哺乳动物移核实验中亦证实细胞核具有发育全能性。哺乳动物的卵体积很小，人和鼠类卵细胞的直径只有80～150μm，因此移核实验只能借助于精密微操纵仪或细胞融合法才能进行。在哺乳动物移核实验中亦证实细胞核具有发育全能性。哺乳动物的卵体积很小，人和鼠类卵细胞的直径只有80～150μm，因此移核实验只能借助于精密微操纵仪或细胞融合法才能进行。 1981年Illmensee和Hoppe首次对小鼠卵进行移核实验获得成功。他们将囊胚内细胞团细胞的核移入去核的受精卵中，经培养移核卵发育至囊胚，再将此胚胎植入同步孕鼠子宫内，结果生出了仔鼠，并发育成了可育个体(图11－8)。后来有的学者(McGrath＆Solter 1983)将细胞注入小鼠去核卵的透明带下，用仙台病毒介导融合形成的杂交体亦发育成了小鼠。

15. 以上试验表明 • 已经失去全能性的动物囊胚期细胞及体细胞（例如蛙的红细胞），它们的细胞核仍保留着全套基因组。或者也可以说，这些细胞核仍保留着全能性。 • 把这些细胞核移入到未受精或已受精的卵母细胞或卵细胞的细胞质环境中去。经过精心培育，仍有可能发育称为子代个体。这种不经过有性繁殖的过程称为克隆。 • 看来，动物细胞在分化过程中发育潜能变窄，乃至完全丧失，问题不在细胞核，而在细胞质。可见决定细胞分化全能性的物质（称为分化决定因子），存在于细胞的细胞质中。分化成熟的体细胞的细胞质中，比起卵细胞的细胞质来，在分化决定因子成分上有差别。 • 后来的研究逐渐揭示，分化决定因子是 RNA。

16. 已查明，动物的卵细胞中，贮存有 2-5 万种不同核苷酸序列的RNA，专供受精卵启动分化发育之用。用一种专门抑制转录的抗生素——放线菌素 D 处理海胆受精卵,使它几乎不能合成新的 RNA ，可是它仍可把胚胎发育进行至囊胚期。如果用专门抑制翻译的抗菌素----嘌呤霉素处理海胆受精卵，使它不能从已有的 mRNA 翻译合成蛋白质，结果受精卵完全停止分化发育。以上实验都证明 RNA 在启动分化中的重要作用。

17. 完