造血干细胞的发育调控课件.ppt

造血干细胞的发育调控 授课教师：刘 静生物科学与技术学院分子生物学研究中心研究方向1：造血发育调控研究方向2：白血病治疗的分子机制研究 造血（hematopoiesis） 造血干细胞(hematopoietic stem cell)分化为早期祖细胞(primitive progenitor cell) ，经大量增殖分化成为晚期祖细胞(late progenitor cell)，然后再分化为具有特异形态的、骨髓中不同系别的前体细胞(precursor cell)，最后分化成为各类具有生理功能的血细胞的整个过程称为“造血” 骨髓中各类类前体细细胞是各系祖细细胞分化走向成熟的过过渡形态态 造血不包括成熟血细细胞在体内储储存、释释放、分配和凋亡的过过程第一节节 造血器官 人体的造血器官是生成血液的器官 起源于中胚叶，主要包括骨髓、胸腺、淋巴结结、 肝脏脏和脾等 造血过过程分为为胚胎期造血和出生后造血一、胚胎期造血器官 人类类的血液细细胞首先在卵黄囊中形成，肝、脾、胸腺和骨髓均参与造血 根据发发育过过程中造血中心的转转移，胚胎期造血分为为三个时时期： 卵黄囊造血期 、肝造血期 、骨髓造血期 1. 卵黄囊造血期（中胚叶造血期） 始于人胚胎3周左右，卵黄囊壁上的中胚层细胞开始分化聚集成团，称为血岛（blood island）。

血岛是人类最初的造血中心 血岛岛外周的细细胞分化为为血管内皮细细胞 血岛岛中央的细细胞形成多能造血干细细胞，继继尔分化成幼稚红细红细 胞，以后大量的多能造血干细细胞迁移至肝、脾、骨髓和淋巴组组织织继续继续 增殖、分化为为干细细胞 胚胎 2个月后，卵黄囊逐渐渐退化、萎缩缩，被肝、脾取代其造血功能 2肝造血期 始于胚胎第6周，是卵黄囊血岛岛的造血干细细胞移植到肝脏脏的结结果，以造红细红细 胞为为主，后期可生成粒细细胞和巨核细细胞 肝脏脏是胚胎25个月的造血中心，持续续至第7个月时时，逐渐渐被骨髓造血替代 此外脾、胸腺、淋巴结结等也参与造血 3骨髓造血期 自胚胎第14周骨髓开始造血，5个月以后成为为胚胎期的造血中心 骨髓中的造血干细细胞来源于肝、脾，可维维持终终生 胚胎期的骨髓主要生成红细红细 胞、粒细细胞和巨核细细胞，也生成淋巴细细胞和单单核细细胞 胚胎期造血的三个时期不能截然分开，此消彼长，互为交错二、出生后造血 出生后造血主要靠骨髓 在正常情况下骨髓是唯一能产产生红细红细 胞、粒细细胞和血小板的场场所，也生成淋巴细细胞和单单核细细胞 脾和淋巴结结为终为终 生制造淋巴细细胞的器官 1骨髓 骨髓是位于骨髓腔内的海绵样绵样 胶状组织组织 ，有红红骨髓和黄骨髓之分。

婴婴幼儿的骨髓几乎都参与造血，即全为红为红 骨髓 约约从5岁岁开始，长长骨的髓腔内出现现脂肪细细胞，随年龄龄增长长，长长骨远远端的红红骨髓转转化为为黄骨髓 成人的红红骨髓和黄骨髓约约各占50%，但黄骨髓仍有造血潜能，当机体需要时时又转变转变 为红为红 骨髓而参与造血 2. 淋巴器官 分为为中枢淋巴器官和周围围淋巴器官 中枢淋巴器官主要包括胸腺和骨髓，主导导淋巴细细胞的产产生、增殖、分化和成熟 周围围淋巴器官主要包括淋巴结结、脾、肠肠粘膜相关淋巴组织组织 等，是淋巴细细胞聚集和免疫应应答发发生的场场所 3. 髓外造血 正常情况下，胎儿出生2个月以后，骨髓以外的组织组织 如肝、脾淋巴结结等不再制造红细红细胞、粒细细胞和血小板 但在某些病理情况下，如骨髓纤维纤维 化、骨髓增生性疾病及某些贫贫血，这这些组织组织 又恢复造血功能（常可导导致相应应器官肿肿大），称为为髓外造血 一、造血细细胞的生长发长发 育 是一个连续连续 不断的复杂过杂过 程，造血器官内的各种造血细细胞在造血微环环境中通过过细细胞与细细胞之间间相互作用，在各种细细胞因子的诱导诱导 下，按一定的规规律发发育成为为各种成熟的血细细胞，然后释释放入血循环环中。

第二节 造血干/祖细胞的生长发育、特性以及造血调控 （一）基本过过程 造血细细胞的生长发长发 育包括增殖、分化、成熟和释释放四个方面 多种调节因素控制该过程，维持血细胞数量和质量稳定造血细胞的增殖（proliferation） 是指血细胞通过分裂而使其数量增加的过程有丝分裂是造血细胞的主要增殖方式 造血细细胞的分化（differentiation） 细细胞发发育过过程中失去某些潜能而获获得新功能的过过程，即由多潜能转变为单转变为单 潜能的过过程 分裂后的细细胞在形态态和功能上产产生新的特征，分化过过程是不可逆的 造血细细胞的成熟（maturation） 造血干细细胞定向分化，从原始经经幼稚到成熟细细胞的发发育过过程血细细胞越成熟其形态态越易辨认认，功能也日趋趋完善成熟的血细细胞在骨髓内通过过“髓血屏障”释释放入血循环环中二）造血细细胞生长发长发 育阶阶段 根据造血细细胞的功能和形态态特征，造血细细胞生长发长发 育阶阶段可分为为： 造血干细细胞、 造血祖细细胞、 原始及幼稚细细胞造血干细胞阶段造血祖细胞阶段原始及幼稚细胞阶段成熟细胞二、造血干祖细细胞 干细细胞（stem cell）是具有自我复制和多向分化能力的细细胞。

早期胚胎中的原始生殖细细胞即胚胎干细细胞，具有广泛的发发育和分化潜能，称为为全能干细细胞（totipotent hematopoietic stem cell，THSC） 胚胎干细细胞分化为为各类组织类组织 干细细胞，造血组组织织中存在造血干细细胞、血管干细细胞和间质间质 干细细胞一）造血干细细胞 造血干细细胞又称多能干细细胞，由中胚层细层细 胞分化而来，是各种血细细胞的始祖，具有高度自我更新、多向分化和增殖能力，并且在造血组织组织 中含量极少，其形态态酷似小淋巴样细样细胞而难难以辨认认 1.造血干细细胞的基本特征 （1）自我更新 即细细胞通过过有丝丝分裂产产生的两个子代细细胞与亲亲代细细胞具有相同的特征造血干细细胞的自我更新是维维持其数量平衡的基础础，亦称自我维维持高度的自我更新能力是造血干细细胞最基本的生物学特征之一2） 造血干细细胞静止状态态 干细细胞95%以上细细胞处处于G0期静止状态态，不进进行DNA合成和有丝丝分裂，当机体发发生缺氧、感染、失血和创伤创伤 等应应激状态态时时，干细细胞从静止进进入增殖的数量增加，以满满足机体对对造血的需求 （3） 造血干细细胞全能性（多向分化） 分化是不可逆的，一旦定向分化为某种祖细胞，就不可能再变成其它的祖细胞。

造血干细胞在特定的条件下可以分化成红细胞、粒细胞、单核细胞、血小板、组织嗜碱细胞、T淋巴细胞、B淋巴细胞及自然杀伤细胞等的祖细胞4） 造血干细胞不均一性 造血干细胞有增殖态与静止态之分，并且不断地在静止和增殖态之间转换造血干细胞代龄（有丝分裂的次数）不同构成了干细胞群体的代龄结构，形成干细胞不均一性 2造血干细细胞检测检测 单单个细细胞在生物体内有能力长长期重建造血是判断该细该细 胞为为造血干细细胞的“金标标准” 造血干细细胞的数量极少，形态态上不能区别别，干细细胞抗原性弱，仅仅有很少表面抗原 （1）脾集落测试测试 法 1961年Till等首先采用体内试验试验 小鼠脾集落形成间间接证证明了造血干细细胞的存在： 将受体小鼠以致死剂剂量射线线照射后，破坏全部造血细细胞，再输输以供体骨髓或血液，小鼠能存活，并在受体小鼠脾中形成红红系、粒系、巨核系细细胞结节结节 ，这这些都是由单单个细细胞增殖分化而来，即脾集落形成单单位（CFU-S）； 将脾结节细结节细 胞静脉注射给给受体小鼠，该该小鼠也能存活证实证实 了骨髓或血液中存在血液细细胞的祖先细细胞2）单单克隆抗体法 利用FACS自动细动细 胞分选选系统统分选选出CD34+CD38+及CD34+CD38亚亚群细细胞，在无血清体系中加入各种细细胞因子（如SCF、IL-3、IL-6、GM-CSF及Epo）刺激，结结果表明，CD34+ CD38单单个细细胞可形成原代集落，并可向红红系、粒系、巨噬系、巨核系等 细细胞分化。

CD34+CD38细胞的性能接近于造血干细胞，同时也证明了造血干细胞具有多向分化的能力 （3） 造血干细细胞的表面标记标记 的流式细细胞仪检仪检测测 CD34+ 细胞具有长期重建造血的能力； CD34+ CD38细胞比CD34+ 细胞具有更强的长期造血能力； AC 133+细胞也被认为是早期造血细胞的标志二）造血祖细细胞 造血干细细胞进进一步分化为为各种造血祖细细胞（hematopoietic progenitor cell） 造血祖细细胞是一类类由造血干细细胞分化而来，但失去自我更新能力的过过渡性、增殖性的细细胞群，过过去称为为定向干细细胞 造血祖细细胞根据其分化能力，可分为为多向祖细细胞和单单向祖细细胞多向祖细细胞可进进一步分化 为单为单 向祖细细胞 通过过体外造血细细胞半固体培养证实证实 了造血祖细细胞的存在红细胞爆式集落形成单位 （BFU-E）红细胞的祖细胞体外培养红细胞集落形成单位 (CFU-E)（三）造血干祖细细胞的临临床应应用 造血干祖细细胞移植主要应应用于：1.血液系统恶统恶 性肿肿瘤，如急、慢性白血病等；2.血液系统统非恶恶性肿肿瘤性疾病，如再生障碍性贫贫血、异常血红红蛋白病、Fanconi贫贫血、难难治性贫贫血等；3.实实体肿肿瘤化疗疗后造血重建，如乳腺癌、卵巢癌、神经经母细细胞瘤等；4.其他，如重症联联合免疫缺陷症、自身免疫性疾病、基因治疗疗等。

三、造血调调控 造血细细胞的增殖、分化受控于不同的调调控系统统，以保持各种血细细胞数量和质质量的相对稳对稳 定其中细细胞因子的调调控占重要地位 细胞因子（cytokines）是一组基因编码的低分子量蛋白质细胞外信号分子，有的是糖蛋白，有的则不含糖基，在机体内含量极低，半衰期短，主要功能是在细胞间传递信息，从而影响造血活动一）集落刺激因子类类( colony-stimulating factors, CSFs ) 主要有以下几种：1.红细红细 胞生成素（erythropoietin，EPO） 刺激红系祖细胞的增殖和分化，以提高红细胞数量2.粒细胞集落刺激因子(G-CSF) 除促进粒系祖细胞形成集落外，G-CSF可诱导某些白血病细胞株分化成熟，激活中性粒细胞的吞噬功能3.粒巨噬细胞集落刺激因子(GM-CSF) 除了促进中性粒细胞、单核细胞祖细胞增殖、分化 成熟外，对成熟细胞也产生作用4.巨噬细细胞集落刺激因子（M-CSF） 促进单核系祖细胞的增殖和分化，激活巨噬细胞的吞噬和分泌功能5.多系集落刺激因子（multi-CSF） 促进多系集落生长6.血小板生成素（thrombopoietin, TPO） 促进巨核细胞集落形成。

二）白细细胞介素（interleukin, IL) 白细细胞介素主要是白细细胞产产生的信号分子，不仅仅在免疫系统统中传递传递 信息，同时时也参与造血系统统的造血调调控三）其它细细胞因子1.干细细胞因子（stem cell factor, SCF） 又称肥大细细胞生长长因子 促进肥大细胞生长；协同促进造血干祖细胞增殖、分化2FLT-3配基(FLT-3 ligand, FL) 诱导处 于静止期的造血干祖细胞进人细胞周期，促进其扩增1原癌基因 如：c-myc基因、ras相关基因、c-abl基因、bcl-2 基因、c-kit基因等四）造血基因调调控 原癌基因的编码产编码产 物可为为：细细胞因子、细细胞因子受体、细细胞内蛋白激酶、细细胞内信号传传递递分子及转录转录 因子等 2. 抑癌基因 如：p53基因、WT1基因、NF1基因、DCC、Rb基因等抑癌基因编码产编码产 物通常为为细细胞增殖负调节负调节 因子，抑制细细胞增殖、诱导诱导终终末分化、维维持基因稳稳定、诱导细诱导细 胞凋亡等 3. 转录转录 因子参与信号转导转导 的调调控 对对造血中基本的基因调调控机制 仍存在若干悬悬念有待研究：（1。