“细胞的分化、癌变和衰老”多媒体教学设计

"细胞的分化、癌变和衰老"一节是高中生物"第二章生命的基本单位--细胞"中的最后一节.本节教学的重点是细胞的分化,难点是细胞分化的过程及在个体发育中,从各种组织、器官、系统的形成角度来理解细胞分化的重要地位.

初级纤毛介导成骨前体细胞系MC3T3-E1传代衰老减低成骨分化能力

背景:在大段骨缺损修复中,由于种子细胞传代等多种因素可引起成骨类细胞衰老,造成组织工程骨植入体内后成骨分化活性降低。近年来,初级纤毛介导细胞衰老的机制已被广泛研究,但“传代衰老-成骨活性减低”的初级纤毛相关机制尚未完全明了。目的:探讨初级纤毛调控成骨性MC3T3-E1细胞传代衰老的可能机制。方法:成骨前体细胞系MC3T3-E1细胞传代至第10代(早期传代)及第40代(晚期传代),同时使用siRNA沉默IFT88阻碍初级纤毛生成,即将细胞分为第10代组、第40代组、第10代+siRNA IFT88-组、第40代+siRNA IFT88-组。各组细胞成骨诱导3 d,采用RT-PCR和Western blot检测衰老标志物CDKN2A(P16)的表达、成骨活性标志物骨形态发生蛋白2和碱性磷酸酶的表达、Hedgehog通路IHH的表达;茜素红染色和初级纤毛免疫荧光染色分析初级纤毛形态;对初级纤毛阳性率与IHH、骨形态发生蛋白2的表达进行Spearman相关性分析。结果与结论:①成骨诱导3 d,第40代组MC3T3-E1细胞的CDKN2A(P16)表达显著高于第10代组,而在siRNA IFT88-干预后差异消失;②第10代组的初级纤毛细胞阳性率高于第40代组,siRNA IFT88-则显著性抑制第10代与第40代细胞的初级纤毛表达;③第10代组MC3T3-E1细胞的碱性磷酸酶及骨形态发生蛋白2的转录活性和蛋白表达均高于第40代组,通过siRNA抑制初级纤毛表达后,上述差异减低或者消失;④初级纤毛细胞阳性率与IHH蛋白表达及骨形态发生蛋白2蛋白表达呈正相关。结果表明:初级纤毛介导了成骨性MC3T3-E1细胞的传代衰老,可调控成骨分化能力。

不同年龄小鼠骨来源间充质干细胞衰老相关特性与成骨分化能力的比较研究

目的探索不同年龄组小鼠骨来源的间充质干细胞(bone derived mesenchymal stem cells,BMSCs)衰老相关的生物学特性及骨形态发生蛋白2(bone morphogenetic protein 2,BMP2)诱导成骨分化能力的改变。方法将8只C57BL/6J小鼠分为青年组(4周龄,体质量约为10~15 g,n=4)和老年组(12月龄,体质量约为20 g~25 g,n=4),每组雌雄各半。分别从2组小鼠的整骨中提取间充质干细胞(mesenchymal stem cells,MSCs),通过流式细胞术鉴定2组BMSCs的表面标志物,通过β-半乳糖苷酶染色比较2组BMSCs的衰老程度,通过MTT和EdU掺入实验比较2组BMSCs的增殖及自我更新能力。通过Western blot分析2组BMSCs中周期蛋白CyclinD1、P21的表达情况。采用ALP染色和茜素红S染色及RT-qPCR评估2组BMSCs的体外成骨分化能力,使用RNA-seq分析比较2组BMSCs经BMP2诱导后的差异基因表达,并用流式分析验证测序结果。结果流式细胞术分析结果显示,分离培养的小鼠BMSCs符合间充质干细胞判定标准。β-半乳糖苷酶染色结果显示,老年组BMSCs的衰老水平显著高于青年组(P<0.05)。而MTT和EdU掺入实验结果表明,老年组BMSCs的细胞活力和增殖能力显著低于青年组(P<0.05)。Western blot结果显示,与青年组比较,老年组BMSCs的细胞周期蛋白CyclinD1表达水平较低,而细胞周期阻抑因子P21蛋白表达水平显著增高(P<0.05)。ALP染色和茜素红S染色及RT-qPCR检测结果显示,BMP2诱导后青年组BMSCs的成骨分化能力显著高于老年组(P<0.05)。RNA-seq结果显示,BMP2诱导后,整合素αV重组蛋白(cluster of differentiation 51,CD51)在青年组和老年组中的表达趋势相反。而流式细胞术分析结果显示,青年组CD51^(+)细胞在CD45^(-)细胞中占比明显高于老年组(P<0.01)。结论老年组BMSCs中CD51^(+)细胞在CD45^(-)细胞中占比下降与CD51^(+)细胞对BMP2的成骨诱导响应性下降密切相关。

核心素养视角下的高三生物一轮复习——以“细胞的分化、衰老、凋亡及癌变”为例

生物核心素养是公民基本素养的重要组成之一,涵盖生命观念、科学思维、科学探究和社会责任等四个方面。这些素养主要依托在校期间的生物课程习得和巩固。常规的高三生物一轮复习基本分两步走：教师梳理基础知识,学生练习反馈应用,主要目标为提高学生解题能力。

METTL7A通过m6A甲基化调控牙髓干细胞的衰老和成骨/成牙分化

目的:探索甲基转移酶样7A(METTL7A)通过N6-甲基腺苷(m6A)甲基化对牙髓干细胞(DPSCs)衰老和成骨/成牙分化的影响。方法:利用慢病毒转染DPSCs获得METTL7A稳定敲低的DPSCs,利用逆转录病毒转染DPSCs获得METTL7A稳定过表达的DPSCs,实时荧光定量PCR和Western blot实验检测敲低及过表达效率。在此基础上,利用衰老相关β-半乳糖苷酶(SA-β-gal)染色及定量检测METTL7A是否调控DPSCs的衰老,斑点杂交实验检测METTL7A是否调控DPSCs的m6A甲基化水平。METTL7A过表达组加入m6A甲基化抑制剂环亮氨酸(Cyc)后,利用SA-β-gal染色及定量检测和碱性磷酸酶(ALP)活性实验检测METTL7A通过m6A甲基化调控DPSCs的衰老和成骨/成牙分化。结果:利用慢病毒转染DPSCs,与对照组(Consh)相比,METTL7A基因和蛋白在METTL7A敲低组(METTL7Ash)的表达显著降低(P<0.01),METTL7Ash组的SA-β-gal染色及定量检测发现阳性细胞数量增加(P<0.05);利用逆转录病毒转染DPSCs,与对照组(Vector)相比,METTL7A在METTL7A过表达(HA-METTL7A)组的表达显著增加(P<0.01),HA-METTL7A组的SA-β-gal染色及定量检测显示阳性细胞数量减少(P<0.01)。此外,相比于Consh组,METTL7Ash组DPSCs的m6A甲基化修饰水平显著降低,而过表达METTL7A组DPSCs的m6A甲基化修饰水平明显升高。在此基础上,在METTL7A过表达组加入Cyc,SA-β-gal染色及其定量检测显著增加因METTL7A过表达而减少的阳性细胞数量(P<0.01),同时也显著抑制因METTL7A过表达促进的ALP活性(P<0.05)。结论:METTL7A可能通过调控m6A甲基化水平抑制DPSCs的衰老并促进其成骨/成牙分化。

维生素D3减轻高糖暴露诱导氧化应激促进人脐带间充质干细胞的成骨分化

背景:糖尿病骨质疏松症逐渐受到公众的关注,然而鲜有研究报道高糖环境对人脐带间充质干细胞成骨分化的影响和相应的治疗策略。目的:探讨维生素D3恢复高糖环境中人脐带间充质干细胞成骨分化的潜力。方法:通过CCK-8法检测人脐带间充质干细胞活力来筛选适宜的维生素D3干预浓度。在高葡萄糖条件下,通过RT-qPCR、蛋白质印迹、免疫荧光、JC-1线粒体膜电位、茜素红染色和β-半乳糖苷酶染色等实验评估维生素D3干预后人脐带间充质干细胞的成骨分化潜能、细胞内活性氧积累、线粒体膜电位改变和细胞衰老情况,并探讨了潜在的机制。结果与结论:①维生素D3在0.1μmol/L至1 mmol/L范围内均能显著促进人脐带间充质干细胞的增殖;②高糖环境下调了人脐带间充质干细胞中成骨相关基因α1-Ⅰ型胶原蛋白、碱性磷酸酶、Runt相关转录因子2、骨钙蛋白的mRNA和蛋白表达水平,诱发了氧化应激和细胞衰老;③维生素D3在10μmol/L的干预浓度下显著恢复了高糖条件下人脐带间充质干细胞的成骨表型,并通过激活Nrf2/HO-1信号通路减轻了细胞内的氧化应激和细胞衰老;④结果表明,高糖环境中人脐带间充质干细胞的成骨分化能力降低,维生素D3可以部分提高其成骨分化能力并减轻细胞损伤。

左归丸对衰老大鼠骨髓间充质干细胞成骨和成脂分化的影响

目的研究左归丸对衰老大鼠骨髓间充质干细胞(MSCs)成骨与成脂分化的影响。方法通过腹腔注射D-半乳糖建模,制备衰老大鼠模型,分离培养MSCs,并诱导MSCs成骨和成脂分化。通过碱性磷酸酶(ALP)活性检测、ALP染色观察MSCs成骨分化能力,通过甘油三酯(TG)表达量和油红O染色观察MSCs成脂分化能力。结果模型组MSCs ALP染色阳性率明显低于正常组,左归丸组MSCs染色阳性率明显高于模型组(P<0.05)。成骨诱导14 d,模型组MSCs ALP活性值明显低于正常组而左归丸组明显高于模型组(P<0.05)。油红O染色,模型组MSCs染色阳性率明显高于正常组,左归丸组MSCs染色阳性率明显低于模型组(P<0.05)。成脂诱导7 d,模型组MSCs TG表达量明显高于正常组而左归丸组MSCs TG表达量明显低于模型组(P<0.05)。结论左归丸可促进衰老大鼠MSCs向成骨细胞分化,同时可抑制其向脂肪细胞分化。

例析“细胞的分化、衰老和凋亡、癌变”

本考点、是历年高考命题的重点，考查内容不局限于教材上的基本概念和原理，往往结合社会（科技）热点或生活实例考查学生提取、处理信息并灵活应用的能力，考查形式多以选择题为主。下面就对高考涉及的常见考点进行分析，以供同学们参考。

网络环境下“任务驱动”教学模式探究——以《细胞分化、癌变和衰老》一课为例

由于《细胞分化、癌变和衰老》一课的教学内容与学生生活实际密切相关，学生学习兴趣浓厚，关注度高，因此教师可采用“任务驱动”教学模式，通过关注人类健康中的重大问题和热点问题，激发学生主动探究实际问题的兴趣。

FOXO蛋白在动物细胞的分化、增殖、免疫、衰老调节中的作用

目的:总结FOXO亚家族在动物细胞的分化、生长、增殖、代谢、免疫及衰老调节方面的多样性功能,为进一步开展FOXO研究提供新思路。资料来源:应用计算机检索Medline2000-01/2005-05关于FOXO的文章。检索词“foxo”,文章的语种类采用系统默认值。同时利用计算机检索中国期刊全文数据库2000-01/2004-05相关的文章,限定文章语言种类为中文,检索词“foxo”或“forkhead转录因子”。资料选择:收集到119篇文献,对资料进行初审,排除重复性研究,选择重点研究FOXO蛋白在动物细胞的分化、增殖、免疫、衰老等调节功能方面作用的相关文献47篇,其中研究相似的以发表在较权威杂志者优先。资料提炼:将筛选到的47篇文献按照FOXO蛋白在动物细胞的分化、增殖、免疫、衰老等调节功能方面的作用分类。其中有11篇主要关于FOXO信号转导方面的文献,9篇与细胞的分化和增殖有关,5篇与生长发育有关,13篇与代谢明显有关,6篇与免疫有关,5篇与繁殖有关,9篇与衰老调节有关。资料综合:47篇文献共涉及到了从线虫、果蝇低等低等动物到哺乳动物(小鼠、大鼠与人)等多种动物或细胞的有关FOXO亚家族在细胞的分化、生长、增殖、代谢、免疫及衰老调节方面的调节功能。结论:FOXO是Fox蛋白亚家族的成员之一,其位于很多信号转导途径的交叉点,在动物细胞的分化、生长、增殖、代谢、免疫及衰老调节方面具有重要的多样性功能。

中医药调控缺血缺氧微环境对骨髓间充质干细胞增殖、分化及衰老的影响

背景:中药调控缺血缺氧微环境,提高干细胞生存率、分化率,对治疗缺血性心脑血管疾病有一定的价值和意义。目的:整理和剖析近年来中医药调控缺血缺氧微环境干预骨髓间充质干细胞增殖、分化、衰老、自噬的研究进展。方法:以“bone mesenchymal stem cells,ischemia-hypoxia microenvironment,proliferation,differentiation,aging”或“骨髓间充质干细胞,缺血缺氧,增殖,分化,衰老”为主题检索词,检索中国期刊全文数据库、PubMed、万方数据库中2002至2019年关于缺血缺氧微环境对骨髓间充质干细胞生存率及分化率影响的相关文章,选择55篇进行综述,其中中文文献22篇,英文文献33篇。结果与结论:缺血缺氧微环境是骨髓间充质干细胞存活率和分化率低的重要原因,基因修饰或用细胞分子和药物干预骨髓间充质干细胞存在诸多不良反应,成为现代医学需要攻克的难题。运用中药单体或活性成分联合RNA转录组学探索微环境与干细胞的内在联系,是提高干细胞生存能力的新思路。

衰老对骨骼肌卫星细胞增殖分化影响的研究进展

伴随着衰老,肌肉质量和强度下降,再生修复能力缺陷,肌卫星细胞数量下降、增殖分化受限。衰老后,微循环灌注不足,肝细胞生长因子、成纤维生长因子等多种生子因子水平下降,性激素及催产素分泌不足影响着卫星细胞的增殖分化。老年人细胞内p38丝裂原活化蛋白激酶信号通路、成纤维生长因子受体信号轴的生长因子、Janus酪氨酸蛋白激酶2/信号转导子与转录激活子蛋白3信号轴和细胞周期抑制剂、Wnt信号通路、Notch信号通路等的改变也限制了肌卫星细胞的增殖分化。细胞外环境(包括肌纤维外多种类型的细胞和细胞外基质)老化影响肌卫星细胞的增殖分化。衰老后蛋白质合成减少和蛋白质降解也可导致肌肉功能受损。持续性的炎症反应损伤导致骨骼肌再生受阻。骨骼肌自噬功能衰退,导致细胞"干"性下降。改善组织灌注、热量限制、饮食调节、自噬调节等被证实可促进老化肌肉再生,改善衰老导致的肌肉损伤修复能力缺陷。

浅析神经干细胞增殖、分化与中医药延缓肾虚衰老理论之相关性

衰老是人体生、长、壮、老、已不可避免的过程,是不可违背的自然规律。人口老龄化已是不争的事实,与衰老相关的退行性疾病已是当前亟待解决的重要课题。21世纪是生命科学的世纪,分子生物学技术飞速发展,神经干细胞的研究日益深入,为神经系统退行性疾病的治疗和干预提供了新思路和新途径。肾虚衰老是中医理论中影响较大的学说之一,补肾中药在促进神经干细胞增殖与分化方面显示出其独特的优势,但其研究还不够深入,仍需广大临床和科研工作者进行探索。本文依据中医肾虚衰老理论,从现代医学角度浅析神经干细胞增殖、分化与中医药延缓肾虚衰老理论之相关性,从而为中医药延缓衰老学说增加新认识。

间充质干细胞增殖、衰老及分化:Wnt信号通路经典与非经典的调控作用

背景:间充质干细胞作为再生医学及组织工程领域中的重要种子细胞来源,对其不同生物学特性的调控机制一直是目前研究的热点。目的:综述Wnt信号通路调控间充质干细胞增殖、衰老及分化的研究进展。方法:应用计算机检索2002至2014年PubMed数据库及CNKI数据库,以"mesenchymal stem cells,Wnt signaling pathway,proliferation,senescence,differentiation"或"间充质干细胞,Wnt信号通路,增殖,衰老,分化"为关键词进行检索,重点对44篇文章进行分析。结果与结论:Wnt信号通路广泛参与调控间充质干细胞多种生物学特性。经典Wnt信号通路对间充质干细胞增殖及向成骨细胞分化具有双向调控作用,并能够促进其衰老及向神经细胞分化,抑制其向脂肪细胞分化;非经典Wnt信号通路则参与促进间充质干细胞衰老及向成骨细胞分化,抑制其增殖及向脂肪细胞分化,不参与其向神经细胞分化,为其应用于骨组织工程、神经损伤修复等领域提供了新的研究靶点。

衰老模型骨髓基质细胞抑制造血细胞增殖分化

目的研究衰老骨髓基质细胞对骨髓造血细胞增殖分化能力的影响,为阐述机体造血微环境衰老对造血干/祖细胞增殖的影响提供实验依据。方法全骨髓贴壁法体外培养大鼠骨髓基质细胞,分为对照组和衰老组。衰老组:常规培养基内加入30 mg/m L D-半乳糖作用48 h。CCK-8法测定BMSCs增殖;流式细胞术分析细胞周期;β-半乳糖苷酶(SA-β-Gal)染色观察衰老BMSCs百分率;Western blot检测P16、P21和P53蛋白表达。骨髓造血细胞与BMSCs共培养,集落计数检测髓系多向性造血祖细胞(CFU-Mix)增殖分化。ELISA检测BMSCs培养上清液中IL-1β、GM-CSF和SCF含量;DCFH-DA流式荧光检测BMSC活性氧簇(ROS)水平;酶学法检测BMSCs内过氧化物丙二醛(MDA)含量和总超氧化物歧化酶(SOD)活性。结果与对照组相比,D-半乳糖诱导BMSCs衰老,细胞阻滞于G0/G1期(P<0.01),增殖能力显著下降,SA-β-Gal染色阳性率升高(P<0.01);衰老相关蛋白P16、P21和P53表达明显上调(P<0.01)。与衰老BMSCs共培养的骨髓造血细胞增殖分化能力减弱。衰老BMSCs内ROS、MDA氧化损伤指标上升,SOD抗氧化指标下降(P<0.01);BMSCs培养上清液IL-1β、GM-CSF和SCF含量明显下降(P<0.01)。结论衰老骨髓基质细胞抑制造血细胞增殖、分化能力,其机制可能与骨髓基质细胞氧化损伤,分泌活性因子改变有关。

桂附地黄丸对衰老大鼠回肠干细胞增殖分化稳态的调节作用

目的探讨桂附地黄丸对衰老大鼠回肠干细胞增殖分化稳态的调节作用。方法 40只大鼠中10只2月龄的分为青年组、其余30只18个月龄的随机分为衰老组及桂附地黄丸低、高剂量组(0. 4、1. 6 g/kg),每组10只,给予生理盐水或桂附地黄丸药液灌胃4个月后,处死大鼠。HE染色、阿利新蓝染色、免疫组织化学染色、RT-PCR考察回肠组织形态学、干细胞增殖分化稳态及Wnt/β-catenin、Notch信号通路相关蛋白表达。结果与衰老组比较,桂附地黄丸组回肠绒毛缩短,隐窝变浅,绒毛长度与隐窝深度比值(V/C)增大,杯状细胞数量、细胞核增殖抗原(PCNA)表达、干细胞标记物mRNA表达下降,Wnt/β-catenin信号通路相关蛋白表达下调,但Notch信号通路相关蛋白表达无明显变化。结论桂附地黄丸可改善衰老大鼠回肠干细胞增殖分化稳态,其机制可能与下调Wnt/β-catenin信号通路有关。

大麻二酚对衰老小鼠骨髓间充质干细胞成骨分化影响的体外细胞实验

背景衰老状态的骨髓间充质干细胞(bone marrow mesenchymal stem cells,BMSCs)成骨分化能力降低,影响正常骨代谢。细胞自噬在衰老过程及成骨代谢中发挥重要作用,大麻二酚(cannabidiol,CBD)能促进自噬,但CBD能否通过调节自噬进而促进衰老BMSCs成骨分化仍不清楚。目的探究CBD对衰老小鼠BMSCs成骨分化的影响以及细胞自噬在其中的作用。方法复苏并培养小鼠BMSCs,使用D-半乳糖(D-gal)诱导体外细胞衰老模型,将细胞随机分为对照组(Vehicle)、衰老模型组(D-gal)和CBD干预组(D-gal+CBD)。qRT-PCR检测衰老相关基因P16和P21的表达,CCK-8法测定不同条件下BMSCs的增殖活性。加入BMSCs自噬抑制组(D-gal+CBD+氯喹),对四组细胞进行成骨诱导后,Western blot检测自噬相关蛋白P62及LC3B的表达情况,qRT-PCR评估成骨相关基因的表达改变,碱性磷酸酶(alkaline phosphatase,ALP)检测试剂盒测定ALP活性。结果经D-gal处理后的BMSCs高表达衰老基因P16及P21,细胞增殖能力降低,P62蛋白表达升高,LC3B-Ⅱ蛋白表达降低,ALP、Runt相关转录因子2和骨钙素的mRNA表达水平及ALP活性下降(P<0.05);而CBD干预显著下调衰老BMSCs中P16及P21的表达,增强细胞增殖活性(P<0.05)。同时,CBD降低P62水平,显著提升LC3B-Ⅱ水平,促进成骨相关基因的转录表达并提高ALP活性(P<0.05)。而当使用氯喹抑制细胞自噬后,CBD促进衰老BMSCs成骨分化的作用减弱(P<0.05)。结论CBD通过激活自噬促进衰老小鼠BMSCs成骨分化。