细胞命运与分化

细胞最初是等同的，但它们如何确定特定的身份，然后分化成构建组织和器官的特化细胞类型。

Definition

细胞命运是细胞或其后代在正常发育中将最终采纳的身份；分化是较不特化的细胞通过选择性基因表达获得特定功能细胞类型的结构和分子特征的过程。

Scope

本领域涵盖了发育命运如何被指定并逐步受限，决定（determination）与明显分化（overt differentiation）之间的区别，赋予命运的细胞内在和细胞外在机制（细胞质决定因子与诱导信号），以及程序性细胞死亡在组织塑造中的作用。它将分化视为细胞类型特异性基因表达的建立，并将其与命运可以实验性重编程的现代理解联系起来。

Sub-topics

• 发育中的细胞分化
• 细胞命运决定与承诺
• 发育过程中的程序性细胞死亡
• 诱导信号与感受态

Core questions

• 最初相似的细胞如何获得不同的命运？
• 一个已承诺（决定）的细胞与一个已明显分化的细胞有何区别？
• 命运何时由内部决定因子设定，何时由邻近细胞的信号设定？
• 分化状态如何维持，其可逆性如何？

Key theories

差异基因表达

同一个生物体的细胞共享相同的基因组，因此细胞类型之间的差异并非源于不同的基因，而是源于哪些基因被表达；分化是建立稳定的、细胞类型特异性基因活动模式的过程。

细胞命运的可重编程性

分化细胞保留完整的基因组，可以通过一组明确的转录因子被驱动回到多能状态，这表明分化状态是通过调控输入而非基因信息的不可逆丢失来维持的。

Mechanisms

命运的指定通过两种主要策略实现。在自主（镶嵌式）指定中，局部化的细胞质决定因子在卵裂过程中分配到特定细胞，独立于邻近细胞固定其命运。在条件（调节式）指定中，细胞通过周围组织提供的诱导信号和位置信息获得命运。在这两种情况下，所选择的命运都由转录因子网络执行，这些网络开启细胞类型特异性基因，并与表观遗传修饰一起，在细胞分裂过程中稳定该状态。承诺（commitment）从不稳定的指定状态进展到不可逆的决定状态，之后明显的（overt）分化产生定义成熟细胞类型的蛋白质和结构。

Clinical relevance

理解命运如何被指定和维持是再生医学、从干细胞定向生产特定细胞类型以及将癌症解释为分化障碍的基础。本条目旨在提供教育信息，不提供临床指导。

History

分化反映差异基因表达而非基因丢失的原理得到了核移植实验的支持，这些实验表明分化的细胞核可以支持发育。这一观点最终通过证明明确的转录因子可以将分化细胞重编程为多能性而达到顶峰，这项工作获得了诺贝尔奖的认可。

Key figures

• Lewis Wolpert
• Conrad Waddington
• John Gurdon
• Shinya Yamanaka

Seminal works

• takahashi2006
• gilbert2016
• wolpert1969

Frequently asked questions

如果所有细胞都含有相同的DNA，为什么它们会不同？

细胞类型之所以不同，是因为它们表达共享基因组中不同的子集；分化是开启细胞类型特异性基因模式并使其保持稳定的过程。

决定（determination）和分化（differentiation）有什么区别？

决定是细胞对特定命运的承诺，通常发生在任何可见变化之前；分化是该命运特化特征的后期出现。