细胞生物学研究方向范文

中图分类号：R739.86文献标识码：ADOI：10.3969/j.issn.10031383.2016.03.022

恶性肿瘤的发病率呈逐年增长的态势，2015年我国估计有4292000的新增癌症病例（平均每天新增12000例）和2814000的死亡病例（平均每天死亡7500例），其中口腔癌新增48100例，死亡22100例[1]。恶性肿瘤严重地威胁人类的健康和生存，成为全球致死的首要病因，而肿瘤干细胞（CancerStemCells，CSC）理论的提出给肿瘤的治疗指引了新的方向。舌鳞状细胞癌（tonguesquamouscellcarcinoma，TSCC）是口腔颌面部最常见的恶性肿瘤，具有肿瘤恶性生物学特性，研究发现TSCC中也存在具有干细胞特性的肿瘤细胞。

1干细胞与肿瘤干细胞理论

干细胞是一类具有自我更新和无限增殖分化的多潜能细胞群体，即为起源细胞，常处于原始未分化状态。而肿瘤被认为是一个异常发育的器官，是机体细胞在内外不同致癌基因的长期协同作用下，在基因水平上失去了对其生长的正常调控而导致其基因水平的突变和功能调控异常，从而促使细胞的持续异常增殖。大量研究发现，肿瘤细胞具有干细胞相同或类似的特性：自我更新和无限增殖的潜能、相同的信号转导通路调节[2]（如Wnt、Notch和SHH途径）、相同的细胞表面标记物[3，4]（如CD34、CD133、SOX2等）。目前多数学者认为，肿瘤干细胞来源于正常干细胞累积的遗传突变，导致细胞异常过度增殖而形成肿瘤。

传统的肿瘤手术治疗结合放化疗后出现肿瘤复发现象，被认为是肿瘤中极少数肿瘤干细胞类细胞耐受甚至逃逸射线或药物的杀伤作用，最终导致肿瘤的复发和转移。Reya等[5]研究发现肿瘤细胞具有无限增殖潜能，并能形成新的不同表型特征组织，与干细胞生物学特性非常类似，由此提出了“肿瘤干细胞学说”。该理论认为肿瘤干细胞是肿瘤中数量极少，具有干细胞特性、高致瘤能力和侵袭迁移潜能的细胞亚群，具有新生肿瘤细胞能力，是肿瘤发生、增殖、侵袭、转移以及复发的根源[6]。除了与干细胞有相同特性，肿瘤干细胞的更新和增殖呈现出失控状态，它独特的表现在：失控的自我更新和异常分化潜能、自主侵袭和远处转移性、极高致瘤性、多药耐药性、相对特异性的表面标志和辐射抵抗特性[7，8]。

2肿瘤干细胞与舌鳞状细胞癌

研究者们经过多年的研究发现，在血液肿瘤、乳腺癌、前列腺癌等多种肿瘤中都存在肿瘤干细胞，它们的数量极少，并具有独特的生物学特性和较强的致瘤能力。急性髓系白血病（AML）肿瘤干细胞能特异性表达CD34+/CD38-标记物，只需要极少数量该类细胞就可在NOD/SCID裸鼠体内转移疾病，致瘤性极高[6]。AlHajj等[9]研究乳腺癌时，通过特异性标记物分离出CD44+CD24-/lowLineage-人乳腺癌干细胞，仅需100个就能在小鼠的乳腺中形成肿瘤。前列腺癌研究中发现具有特异性表面标志为α2β1hi/CD133+CD44-的肿瘤细胞才拥有自我更新和不断繁殖的能力，与前列腺癌的耐药性和复发性密切相关，这类具有干细胞特性的细胞仅需100个即能在小鼠的体内形成特异性的移植瘤[10]。此外，研究者们还发现在肝癌[7]、胰腺癌[8]、脑肿瘤[11]等多种肿瘤中找到了肿瘤干细胞存在的证据。

TSCC是最常见的口腔恶性肿瘤之一，发生率居口腔癌之首，患者5年生存率仅为32%～54%[12，13]。舌体拥有丰富的淋巴管和血液循环加之舌体运动频繁，使TSCC早期即可出现颈部淋巴结转移，且转移概率高。研究报道，在裸鼠爪垫上注射Tca8113细胞可建立TSCC淋巴道转移模型[14]，通过观察TSCC细胞在淋巴道转移的生物学特性，对临床的治疗、复发以及预后判断尤其重要。研究还发现肿瘤干细胞类细胞在TSCC的迁移和侵袭过程中起了重要的作用，TSCC的迁移和侵袭与含锰金属辅基的超氧化物歧化物（SOD2）有关，SOD2可成为一种直接的原癌靶基因促进TSCC细胞，包括肿瘤干细胞类细胞的迁移和侵袭[15]。此外，TSCC还具有抗凋亡和化疗耐药能力，严碌热[16]研究白细胞介素23（IL23）在TSCC肿瘤组织以及细胞系SCC9的表达情况，发现IL23可通过上调TSCC细胞的Wnt通路，从而增强其化疗药物耐药及抗凋亡能力。

3舌癌肿瘤干细胞的存在及相关基因表达

永生性细胞系对于研究原始肿瘤是一个很重要的工具。Owen等[17]从舌癌患者肿瘤组织中取原始肿瘤细胞进行培养并建立了舌癌细胞系UMSCC103，研究发现UMSCC103中具有CD44high/ALDHhigh表型的肿瘤干细胞在裸鼠体内能形成特异性肿瘤，与原始肿瘤具有相同的异质性。Yanamoto等[18]研究发现，TSCC能特异性的表达肿瘤干细胞标记物CD44v6和ABCG2，通过对89例TSCC病人的肿瘤组织检测发现CD44v6和ABCG2的阳性表达率分别为24.7%和13.5%。FACS技术可分选出舌鳞状细胞癌Tca8113细胞株中高表达的ALDH（ALDHbr）干细胞样细胞，数量较少，约占总细胞数的1.3%，同时采用抑制消减杂交技术还可筛选舌鳞癌干细胞的相关差异表达基因，如LOC736141、CLDND1、ETFA等[19]。有数据表明，干细胞标记物ALDH1、CD44、OCT4和SOX2与舌鳞状细胞癌密切相关，且SOX2可作为舌癌的预后指标[20]。多数研究证实，与其他恶性肿瘤一样，TSCC中同样存在肿瘤干细胞，并且表达了多数肿瘤干细胞相关基因，目前仍无法寻找到舌癌特异性的表达基因，对于舌鳞癌根治治疗仍成为一大难题，急需寻找特异性舌鳞状细胞癌靶向基因，才能彻底治愈。

4肿瘤干细胞靶向治疗的研究

基因的突变、肿瘤微环境的时刻变化以及表观遗传特征改变均可导致肿瘤的异质性。多年来，研究者们都在研究如何才能彻底治愈肿瘤，彻底杀灭肿瘤干细胞。肿瘤干细胞的靶向治疗是对肿瘤特异性的分子靶点进行选择性地抑制或杀灭作用，而不损伤正常细胞。因此，以CSC为靶标，运用生物工程手段寻找靶点成为肿瘤干细胞的靶向治疗的新趋势。

4.1靶向作用于肿瘤干细胞的微环境通过调节肿瘤干细胞微环境可以调控肿瘤干细胞的更新和增殖分化能力，改变干细胞对放化疗的敏感度。肿瘤微环境中包括各种内皮细胞、成纤维细胞以及各类免疫细胞，这些成熟细胞可通过与干细胞的直接接触或分泌细胞因子的方式来调节干细胞的自我更新和增殖分化能力[21]。研究证实肿瘤的内皮细胞在维持肿瘤干细胞生长方面起着关键作用，血管内皮细胞通过释放生长因子促进血管形成，维持肿瘤干细胞的生长和更新。Hovinga等[22]通过靶向作用于肿瘤相关的血管内皮细胞，抑制血管内皮细胞所介导的Notch信号通路，可引起肿瘤干细胞自我更新和增殖能力下降。

4.2靶向作用于肿瘤干细胞的表面标志肿瘤干细胞可以表达特异的细胞表面标志，通过阻断相应的表面标志可能成为肿瘤干细胞靶向治疗的潜在靶点。Prince等[23]证实了头颈部鳞癌肿瘤干细胞特异性表面标记物为CD44分子，具有CD44+表型的肿瘤干细胞样细胞具有自我更新和多向分化潜能和致瘤性。研究表明，针对具有CD44+表型的细胞进行靶向治疗鳞状细胞癌已取得了很好的临床疗效，而CD44v6的表达被认为与鳞状细胞癌转移有关，已转移的鳞状细胞癌通过对CD44v6的靶向治疗有明显疗效[24]。

4.3靶向作用于肿瘤干细胞的信号通路肿瘤干细胞受多条信号转导通路的调控，以维持肿瘤的恶，研究发现Notch、Wnt、Hedgehog信号通路与肿瘤干细胞调控相关[2]，因此针对肿瘤干细胞的这些信号转导通路的靶向治疗成为肿瘤治疗的一个方向。通过阻断参与肿瘤干细胞调控的相关信号通路，从而抑制肿瘤干细胞的增殖、转移等恶性生物学特性。Wnt信号通路参与调节细胞的增殖和分化功能，异常的信号通路可导致细胞质内过量游离的β蛋白聚集进入核内与转录因子结合，激活多种靶基因和各种酶等，从而诱导细胞的恶性生长[25]。survivin作为凋亡抑制蛋白的新成员，具有肿瘤特异性，与肿瘤的分化增殖和浸润迁移密切相关。研究胃癌干细胞时发现，Wnt/βcatenin信号转导通路参与其中调节，而survivin抑制剂YM155及其复合物通过抑制Wnt信号通路中的TCF/βcatenin，从而能抑制肿瘤的增殖[26]。Notch信号通路上的基因也可成为潜在的肿瘤治疗靶点，研究证实，激活Notch信号通路可以促进肿瘤细胞的增殖和迁移，阻断该通道促进肿瘤干细胞对药物的敏感性，从而抑制肿瘤的增殖。研究发现，在前列腺癌中Notch1过表达，通过下调Notch1和Jagged1，从而抑制前列腺癌细胞生长、迁移和侵袭，并促进肿瘤细胞凋亡[27]。

5结语

肿瘤干细胞理论受到越来越多的关注，靶向肿瘤干细胞治疗也成为研究者钻研的新方向。肿瘤干细胞与正常干细胞之间存在相似的信号转导通路调节[2]（如Wnt、Notch和SHH途径）以及相同的细胞表面标记物[3，4]（如CD34、CD133、SOX2等），导致针对肿瘤干细胞的靶向治疗同时也会抑制正常干细胞的更新分化。许多肿瘤都能表达肿瘤干细胞标记物，如CD133、CD44、CD90、ALCH1等，但却缺乏特异性的标记物，只有少数肿瘤具有相对特异的细胞表面标记物，使得针对肿瘤干细胞的表面标志的靶向治疗受到了一定的限制。然而，肿瘤干细胞的各种靶向药物和靶向给药途径在临床或试验中均取得了比较显著的成果[25]，如肿瘤干细胞耐药机制、凋亡、信号通路和表面标志的靶向给药系统，对一些表达特异性标记或通路的肿瘤干细胞起到明显的作用。因此，寻找不同肿瘤的特异性基因并结合肿瘤干细胞的靶向途径给肿瘤治疗提供了新的思路。

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细胞生物学研究方向范文篇2

距今大约350年前，英国博物学家胡克利用显微镜惊奇地观察到了植物的细胞壁，这是科学家首次提出“细胞”的概念。此后，这一领域吸引了一代又一代的科学家不断地探索，并由此揭开了许多细胞奥秘的面纱，对细胞“物流系统”的解析便是其中重要的一例。

作为生物体结构和功能的基本单位，单个细胞的个头很小，在显微镜下才能观察到，但其结构复杂，包罗万象，是一个微型的大千世界。细胞内部不但有细胞核、细胞质、内质网、高尔基体等功能不同的细胞器，更重要的是，细胞是动态的，它在不断的运动之中。细胞中制造的大量蛋白质、激素、神经递质等“货物”需要在各种细胞器之间运转，有的甚至要运送到细胞外去。例如，胰腺分泌的胰岛素产生后，就需要运送到细胞外，释放到血液中发挥降低血糖的作用。细胞内部就是如此的复杂而精确，只有当合适的蛋白质在正确的时间出现在正确的位置上，人体细胞的正常功能才能得以实现，人的身体也才能健康。

细胞如何组织它的“物流运输系统”，是个复杂的生物学基本问题。所谓囊泡运输就是指由于大分子物质及颗粒性物质不能直接穿过细胞膜，于是囊泡以出芽的方式，从一种细胞器中产生、断离后又与另一种细胞器膜融合的过程。这样一来，囊泡好比装载货物的“集装箱”。所以囊泡运输也被称为细胞的“物流系统”。多年来科学家也在孜孜不倦地探索其中的奥秘，2013年诺贝尔生理学或医学奖即授予“发现细胞内的主要运输系统——囊泡运输的调节机制”的三位科学家：来自耶鲁大学的詹姆斯·罗斯曼，加州大学伯克利分校的兰迪·谢克曼，以及斯坦福大学的托马斯·苏德霍夫。

这三位科学家的研究成果即是对囊泡运输如何在正确的时间抵达正确位置的机制的解答。简单来说，他们的主要贡献分别是：谢克曼发现了囊泡运输所需要的一系列基因；罗斯曼阐明了在囊泡与靶膜融合过程中发挥作用的蛋白质复合物；苏德霍夫则揭示了大脑中的信号如何从一个神经细胞传递到另一个细胞，并且钙信号是如何引导囊泡精确释放被运输物的。本文就分别介绍一下三位获奖者的科研经历及其主要成就。

谢克曼——“物流系统”的提出者

谢克曼1948年出生于美国，现年66岁，是三位获奖者中年龄最大的一位。他是毕业于名校的高才生。1974年谢克曼博士毕业于斯坦福大学，导师是著名的生物化学家科恩伯格（1959年诺贝尔生理学或医学奖获得者）。1976年，谢克曼加入加州大学伯克利分校，目前为该校分子与细胞生物学系主任。他同时也是霍华德·休斯医学研究院的研究员。谢克曼于1992年当选美国科学院院士。2006—2011年，谢克曼担任著名学术期刊《美国国家科学院院刊》的主编。

谢克曼从小就表现出对科学的极大热情。高中时，他就不断地准备科学项目，参加学校以及加州的各种科学竞赛。谢克曼着迷于在水里生活的各种微生物，因此当他得到了一个玩具显微镜时，便在自己的房间里，将所有的时间都用于追逐水里的各种能游泳的原始动物。他的父亲指出这只不过是一个“玩具”显微镜，谢克曼对他第一台科学仪器的热情受到了打击，父亲的“诋毁”令他沮丧，因此当时他下定决心要买一个专业的显微镜。他通过割草和做家务来挣钱、存钱，但由于他父母总是不断地从他这里“借钱”，导致他一直存不够买显微镜的钱。有一天，他实在是受够了，便骑着直行车来到警察局，告诉警察说，因为他的父母老是阻止他得到一台好的显微镜，他从家里跑出来了。从警察局将离家出走的儿子接回来之后，谢克曼的父亲一脸严肃。但是就在那个下午，谢克曼得到了一台博士伦显微镜，这使得他能以更专业的方式研究那些会游泳的微生物。

谢克曼对会游泳的微生物的“偏爱”也体现在他的科研工作中。在确立了研究细胞膜转运系统的研究方向后，考虑到哺乳动物的细胞过于复杂，谢克曼于是以非凡的勇气和智慧选择酵母作为实验材料。当时大多数科学家都认为酵母太低等，与动物细胞差别太大，不适合用来研究分泌机制，他的研究资助申请最初也因此被驳回。然而，由于他不懈的坚持，终于在这一领域获得了重大发现。因此，从这个意义上，可以说谢克曼是一位善于独辟蹊径，并最终闯出一片新天地的学者典范。

通过对这些突变体的遗传学和形态学上的研究，谢克曼发现是囊泡介导了内质网和高尔基体之间的交通运输。囊泡运输系统也就是细胞的“物流系统”。谢克曼研究组以酵母为实验材料，首先筛选了影响蛋白质分泌的酵母突变体。如果分泌蛋白的基因发生突变，酵母细胞内的分子运输就会发生障碍，而且不同类型的基因缺陷会导致蛋白运输被阻碍在分泌途径的不同阶段上。谢克曼对酵母突变体进行大规模筛选，最终获得一系列参与蛋白质分泌的基因，根据它们交通阻断出现的位置是在内质网、高尔基体还是细胞表面，可将其分为三大类。

利用无细胞体系，谢克曼纯化出来的第一个蛋白质是sec23基因的产物，该基因是内质网和高尔基体间物质运输所必需的。这个蛋白并不能独立发挥作用，囊泡从内质网中出芽还需其他六种蛋白质（Sec23，Sec24，Sec12，Sec13，Sec31和Sar1）。谢克曼将这几个蛋白质的复合物命名为COPII复合体。囊泡的外表面由蛋白包被，根据包被蛋白的不同，囊泡可以分为网格蛋白包被囊泡、COPI包被小泡以及COPII包被小泡等类型。其中，COPII包被小泡介导了物质由内质网向高尔基体的顺向运输，COPI包被小泡介导物质由高尔基体向内质网的反向运输。

发现COPII复合物之后，谢克曼又用了十几年对此进行深入研究。进一步研究表明，COPII不仅能帮助囊泡从内质网上出芽，而且能够招集正确的蛋白质货物。谢克曼系统地揭示了在囊泡运输所参与的分泌途径和囊泡与靶膜融合过程中所发生的事件。在此基础上，谢克曼提出了运输系统的概念，从而开创了囊泡运输分子机制研究的新领域。在谢克曼研究的基础上，科学家陆续发现了运输“集装箱”的各种“交通工具”。

罗斯曼——囊泡识别目的地机制的揭秘者

罗斯曼1950年出生于美国，在耶鲁大学获得硕士学位，1976年从哈佛医学院获得博士学位。1978年他进入斯坦福大学，开始了对细胞“物流系统”的研究探索。2008年，罗斯曼加入耶鲁大学，目前为该校细胞生物学系系主任。

罗斯曼探索了囊泡运输和靶膜融合的机制，并且通过生化研究提出了重要的SNARE模型，解释了囊泡融合是如何实现专一性识别，即“物流”运输过程中，“交通工具”是如果准确抵达并识别“目的地”的。

罗斯曼用生物化学的方法鉴定出了N-乙酰马来酰胺敏感因子（NSF）和可溶性NSF附着蛋白（SNAP），这两种蛋白相当于哺乳动物囊泡运输所用的“交通工具”。

有了“集装箱”，也有了“交通工具”，剩下的问题，就是将货物准确地送到目的地了。细胞物流的精髓便在于精确地转运和投放货物。要实现这一点，膜融合的过程就不能出现半点差错。囊泡与靶位点膜结构的融合过程包括两个事件：首先，囊泡必须特异性地识别目标膜；其次，囊泡必须与目标膜发生融合，从而释放内容物。

罗斯曼从牛脑组织中分离了SNAP的受体蛋白，即SNARE。SNARE是一种主要由α-螺旋形成的单跨膜蛋白，这种蛋白在囊泡和靶膜上均存在，囊泡和靶膜上的SNARE分别被称为v-SNARE和t-SNARE。罗斯曼发现，非常有趣的是，两种不同种类的SNARE存在着非常明确的数量关系。在此基础上，罗斯曼提出了囊泡融合的SNARE假说：囊泡和靶膜上的SNARE通过顺次发生的突触对接、激活和融合步骤，实现囊泡和靶膜的融合。该假说最本质的内容在于v-SNARE和t-SNARE蛋白之间的相互作用，只有当v-SNARE和t-SNARE两者特异性识别，才可形成拉链状的SNARE复合物，从而促进靠近的囊泡和靶膜实现融合。

罗斯曼的成就在于发现了细胞囊泡是如何在正确的地点进行释放的，正如现实生活中的物流，货物到了一个正确的目的地需要卸货一样。罗斯曼在获奖后表示，这个成就并非一夜的时间就可以获得，他在这方面的研究已经花费了数十年的心血。

现年60多岁的罗斯曼身材高大，是一位具有亲和力的“大块头”。中国科学院遗传与发育生物学研究所的一位研究员就曾介绍了这么一件趣事，他说：“2009年，我们曾邀请他来中国参加研讨会，因为他的‘大块头’，专门在预算之外为他买了一张头等舱的机票。”

谢克曼与罗斯曼：花开两朵，殊途同归

早在2002年，谢克曼和罗斯曼就因为在囊泡运输机制方面的研究而共同获拉斯克医学奖，该奖项为美国最具声望的生物医学奖项，被誉为诺贝尔奖的“风向标”。如今两人又共同获得诺贝尔奖，实在是颇有渊源。

细看两人的研究经历，可以发现有些差异是如此的鲜明。两人所用实验材料和研究方法不尽相同。谢克曼研究单细胞的酵母，罗斯曼用的实验材料是动物细胞；谢克曼通过筛选突变基因，即用遗传学的研究方法来研究问题；罗斯曼则是通过体外分离蛋白质组分，即用经典生物化学的实验方法研究问题。

谢克曼与罗斯曼的相同之处在于：首先，两人都与斯坦福大学结缘，谢克曼1974年于斯坦福大学获得博士学位，几年后，罗斯曼加入了这所学校并确立了细胞囊泡的研究方向。其次，两人都受大名鼎鼎的生化学家科恩伯格影响深远。科恩伯格是谢克曼在斯坦福大学读书时的恩师，几年之后他又成了罗斯曼工作时的系主任，并且给了罗斯曼重要的指导。再者，两人均揭示了囊泡运输机制的秘密，并同时获得科学界的最高荣誉，不得不让人感慨两人在事业上的异曲同工，在人生上的殊途同归。

苏德霍夫——囊泡融合时机奥秘的发现者

苏德霍夫是一位德裔美籍科学家，1955年出生于德国，曾就学于世界著名学府哥廷根大学。1982年他从该校获得医学博士学位，并于同年获得该校神经化学博士学位。1983年，苏德霍夫加入美国德州大学西南医学中心，在布朗和戈尔茨坦的指导下进行博士后研究，针对低密度脂蛋白受体在胆固醇代谢里的作用进行了研究。1985年，他的两位导师由于发现胆固醇代谢调节机理，获得诺贝尔生理学或医学奖。1986年，苏德霍夫在结束了博士后研究后，曾一度犹豫是继续做研究还是从事临床工作做医生。两位导师建议他继续从事研究工作，他听从了导师的建议并在西南医学中心有了自己的实验室。苏德霍夫于1991年成为霍华德·休斯医学研究院研究人员，2008年成为斯坦福大学分子与细胞生理学教授。2013年，苏德霍夫因在神经递质快速释放调控机制方面的发现而获拉斯克奖，因此也成为诺奖的热门候选人。果然，作为诺奖风向标的拉斯克奖再次言中，苏德霍夫获2013年诺贝尔奖。

苏德霍夫一直致力于对神经突触的研究。囊泡运输是所有细胞都具有的物质运输方式，但是神经细胞在囊泡运输研究中最具代表性，这主要是因为神经细胞内存在着一种特殊类型的囊泡——突触囊泡，它参与了神经递质的释放。钙离子能调控突触囊泡与细胞膜的快速的瞬时融合，其机制令苏德霍夫着迷。经过近30年的研究，苏德霍夫所取得的研究成果，使人们理解了信息如何在突触之间快速启动和精确控制。

苏德霍夫发现了在钙介导的囊泡融合中发挥关键作用的两个蛋白——complexin和钙结合蛋白，并解释了神经元中钙是如何调控神经递质释放的。钙结合蛋白，是一类进化上比较保守的单跨膜囊泡蛋白，拥有两个钙离子结合域，是钙离子感受器，细胞内游离钙离子可以与钙结合蛋白结合。在Complexin和钙结合蛋白的共同作用下，SNARE复合物得以形成，而且囊泡融合可以按照要求或快或慢地发生，神经递质得以释放。

在苏德霍夫获诺贝尔奖之后，其华裔科学家的妻子陈路同样受到了关注。陈路于1989年从无锡市辅仁中学考入中国科技大学生物系，2003年受聘于加州大学伯克利，现已是神经外科和行为科学的副教授。陈路同样在生命科学领域取得了杰出成就，2005年，她荣获“麦克阿瑟天才奖”，这也是极为难得的奖项。她和苏德霍夫育有两个孩子。

也许正是因为妻子是华裔，苏德霍夫曾多次来中国，对中国很有感情。苏德霍夫是2010年中国科学院爱因斯坦讲习教授获得者，曾于2011年参加中国科学院健康科学研究所第七届国际精英论坛等。他也为中国的囊泡转运机制研究培养了很多人才，北京大学的张晨、同济大学的徐俊、中国科学院生物物理所曹鹏等都曾是他的博士后。

“为了跳出框框思考，你必须首先有一个框框。”苏德霍夫如是说。他谈到科学训练的重要性，同时也强调必须以创造性的方式来利用知识。苏德霍夫是一位勤勉的人，像一个工作狂，工作到三更半夜是家常便饭。他也秉承德国人一贯的严谨认真，是一位勤恳执着探索的真正的科学家。

“物流系统”与人类健康

细胞生命活动依赖于细胞内的“物流运输系统”。没有囊泡运输的精确组织，细胞将陷入混乱状态。囊泡运输障碍可导致发育缺陷、免疫缺陷、阿尔兹海默病、自闭症、糖尿病、高脂血症等多种疾病的发生。例如，在对阿尔兹海默病发病机理的研究过程中，越来越多的证据证实，这种神经退行性疾病的发生与细胞囊泡运输系统相关。这些患者的神经细胞内的囊泡运输系统崩解，造成神经细胞间的通信障碍，并最终导致神经细胞的死亡，显现为患者的神经系统退行。

谢克曼、罗斯曼和苏德霍夫三位科学家的研究，从不同的角度为我们揭示了细胞内部复杂而又被精确调控的“物流运输系统”。这为我们了解细胞生物学的奥秘打开了又一扇窗户。他们的研究使我们了解了“物流运输系统”的奥秘，为准确清楚地认识相关疾病的发病机理提供了理论支持，有助于寻找相对应的药物，从而使人类能更好地战胜相关疾病。在他们研究成果的基础上，其他许多科学家进一步探索，使得我们对这一“物流系统”的了解更为深入。例如，最新研究表明，载有“货物”的囊泡也是有轨道的，囊泡在微管或微丝细胞骨架轨道上移动，可以高效精确地将各种货物定向运输。当然，三位诺奖获得者的研究工作也依然在继续，在细胞“物流系统”方面，尚有很多奥秘等待着他们去探索和揭示。

钙对囊泡融合时机的调控

细胞生物学研究方向范文

1DPSC的定义和基本生物学性质

成牙本质细胞是一种终末细胞，不具备进一步分化的能力，因此，一般认为成牙本质细胞在遭受损伤后，牙髓内的某些具有分化功能的前体细胞可进一步分化为成牙本质细胞，并分泌相关细胞基质，修复受损组织，这种前体细胞即为DPSC。DPSC具有较强的增殖能力和较高的分化潜能，正是这两种生物学性质，决定了DPSC在牙源组织修复和骨性修复方面具有重要的作用〔2〕。Gronthos等〔3〕在2000年首次正式提出了DPSC的概念，把牙髓内可以快速增殖并且具有一定克隆形成能力的牙髓细胞命名为DPSC，研究人员应用酶消化法对成人第三磨牙的牙髓细胞进行培养，并与骨髓间充质干细胞进行比较，结果显示:这两种细胞具有极为相似的免疫学特性，并且，该研究进一步证实DP-SC经体外诱导后，可形成高密度的钙化小结，将DPSC与羟基磷灰石/磷酸三钙(HA/TCP)支架复合后移植到小鼠背侧皮下，经过一段时间后，能观察到类似于牙本质-牙髓复合体样的结构。

2DPSC的多向分化潜能

作为一种成体干细胞，DPSC具备多向分化的潜能，这种潜能不仅仅局限在骨性分化方面，研究人员在成脂分化、神经分化等方面均取得了一定的研究成果，在再生医学研究领域有着重要的指导意义。

2.1DPSC的骨性分化DPSC的骨性分化是关于DPSC定向分化研究较早的一项内容，近些年来，又有了进一步的发展。Mori等〔4〕采用成骨分化培养基进行对DPSC的骨性诱导分化，结果发现，某些典型成骨细胞基因，如:碱性磷酸酶、I型胶原、骨桥蛋白等均大量表达;应用微阵列及RT-PCR技术进一步研究发现，在成骨分化过程中，胰岛素样生长因子结合蛋白5基因(IGFBP-5)、JunB原癌基因(JUNB)和核受体相关基因(NURR1)均发生表达上调现象，这一机制在成骨分化过程中有着重要的意义。D''''Alimonte等〔5〕在人源DPSC正常成骨诱导过程中，加入血管内皮生长因子，结果显示:这种方法可以刺激DPSC的增殖分裂的速度加快，而且促进了成骨分化的进程。

2.2DPSC的神经分化DPSC来源于胚胎时期的神经脊，在神经分化方面具备一定的潜能。Király等〔6〕采用低温损伤的方法制备3日龄Wistar大鼠脑缺损模型，于颅内注入DPSC进行修复，研究发现:DPSC趋向分布于室下区、胼胝体下区等神经系统祖细胞区，并表达微管蛋白(N-tubulin)、胶质原纤维酸性蛋白(GFAP)等神经细胞标志，对损伤部位有一定的修复作用，并且具有神经系统相关细胞的电压依从性。因此，该结果进一步显示，DPSC在脑损伤体内修复方面，可以作为一种有效的修复细胞。Karaz等〔7〕研究表明:DPSC不仅可以分化为神经干细胞，而且在分化能力方面，高于传统的骨髓间充质干细胞。

2.3DPSC的成脂分化除成骨分化、神经分化方面，成脂分化也是DPSC的一项重要潜能。Nozaki等〔8〕于成脂培养基中加入胰岛素、地塞米松等诱导成脂，经过一段时间的作用，可见细胞中有脂滴的形成，并且在分化过程中多能性标记转录因子(Oct3/4、Sox2)均呈现下调趋势，Nanog基因无显著变化;通过基因微阵列分析，研究人员进一步发现:过氧化物酶体增生物激活受体信号通路的多种组分，均发生变化。所以，对这些基因的调控，在细胞成脂分化过程中有着重要意义。

3DPSC的分化诱导因素

在细胞分化的过程中，分化方向、分化程度、分化速度均会受到一系列物化因素、生物因素的影响，协调各方面因素对控制细胞定向分化有着重要意义。Ito等〔9〕将犬类的DPSC与不同的支架材料相结合，并用这种结合物治疗骨缺损，结果发现不同的支架材料，修复效果会有较大差异，其中DPSC/富血小板血浆(PRP)复合物具备较好的修复效果。Galler等〔10〕将DP-SC接种于水凝胶支架上，并将复合物移植到经过次氯酸钠(NaClO)、乙二胺四乙酸(EDTA)处理过的牙本质内部，培养6w后，发现经NaClO处理的牙本质与复合物结合较好，接触面形成大量细胞陷窝;经乙二胺四乙酸(EDTA)处理的牙本质可以诱导进一步DPSC向成牙质细胞分化，进一步表达牙本质涎蛋白，提高牙本质的修复速度。Yang等〔11〕以大鼠DPSC为研究对象，在常规成骨分化培养基中添加白细胞介素β(IL-1β)，结果显示，细胞的骨唾液蛋白、牙本质基质蛋白等矿化物质的表达均上调，体内实验也得到了相似结果，可见，IL-1β在成骨矿化过程中有一定的促进作用。骨形态发生蛋白在诱导成骨方面有着重要作用，Liu等〔12〕分离扩增家兔DPSC后，将这种种子细胞接种在羟基磷灰石、胶原等支架材料上，并用骨形态发生蛋白II进行刺激处理，结果成骨速度明显提高，最后制备的复合物更有利于体内移植和组织修复。

4DPSC的重编程与再分化

2006年，Takahashi等〔13〕将4个转录因子(Oct4，Sox2，cMyc和Klf4)导入已处于终末分化状态的小鼠成纤维细胞中，从而获得了一种类似于胚胎干细胞的多能性细胞，称为“诱导性多能干细胞”(inducedpluripotentstemcells，iPScells)。这种方法可以非常稳定的制造多能干细胞，引起了极大的关注。继此之后，人类体细胞被成功诱导为iPS的报道〔14〕和老年人皮肤成纤维细胞被诱导为iPS细胞亚群的报道〔15〕相继出现，这种细胞被认为是一种极具前景的干细胞。体细胞通过一定诱导方式，转变为iPS细胞亚群的过程称为“重编程”;iPS经过定向诱导，再次分化为其他种类细胞的过程，称为“再分化”。DPSC作为一种可以快速自我更新的成体干细胞，同样具备重编程和再分化的潜能。Yan等〔16〕采用逆转录病毒介导法，将4个因子(Lin28/Nanog/Oct4/Sox2或c-Myc/Klf4/Oct4/Sox2)导入DPSC中，将DPSC重编程为iPS细胞亚群。DPSC来源的iPS细胞亚群表达阶段特异性胚胎抗原-4(SSEA-4)、肿瘤坏死因子受体相关蛋白(TRA)-1-60、TRA-1-80、TRA-2-49、Nanog、Oct4、Sox2等表面标记，具备多向分化的潜能，可分化成3个胚层的组织，而且可被定向诱导分化为神经干细胞和神经元。Tamaoki等〔17〕对多株DPSC进行重编程诱导，结果显示不同株的DPSC在重编程效率方面会有很大差别，不同株DPSC来源的iPS细胞亚群的再分化能力也有较大不同。因此，建立一种高效安全的重编程模式和再分化方法，仍是干细胞领域的研究热点。