造血干细胞hemopoietic stem cell

又叫原血细胞，系各种血细胞发生过程最早期的母细胞。此细胞形态很像大淋巴细胞，有时2者很难区别。但造血干细胞缺乏免疫机能（大淋巴细胞有免疫机能）。各种血细胞是否均来自同一种干细胞，还是各种血细胞来自独自的干细胞，尚无定论。干细胞与大淋巴细胞是否为同一种细胞也没最后统一。

造血干细胞

是发生各种血细胞的原始细胞，包括多能造血干细胞、定向多能造血干细胞和造血祖细胞。造血干细胞起源于人胚早期(受精后第2周末)的卵黄囊血岛，第6～7周时流迁入胚肝。肝脏是3～7个月胎儿的主要造血器官，含造血干细胞较多。出生后干细胞主要存在于红骨髓内，约占其有核细胞的0.5%，其次是脾脏，而淋巴结和外周血中则极少。造血干细胞的特征是：
❶具有旺盛的增殖潜力：在适宜条件下能大量分裂增殖，而在正常生理状态下大多数细胞则处于静止状态。
❷具有多向分化能力：在一些因素的作用下能分化成不同的造血祖细胞。
❸具有自我更新能力：即细胞分裂后的子代细胞仍具原有特性，故造血干细胞可终身保持恒定的数量。

造血干细胞hemopoietic stem cell

是一种具有多分化潜能的造血细胞，可分化为各种血细胞。细胞的结构简单，形态似小淋巴细胞。这种细胞最早发生于卵黄囊壁上的血岛，以后随血流依次迁移至肝、脾和骨髓。

造血干细胞

造血干细胞是发生各种血细胞的原始细胞，包括多能造血干细胞、定向多能造血干细胞和造血祖细胞，后者曾被称为定向干细胞，深入研究后认为它已失去造血干细胞的某些基本特征，是较干细胞更分化的一个发育阶段。多能造血干细胞简称造血干细胞，是发生各种血细胞的最原始的造血细胞。其主要特点是：
❶具有旺盛的增殖潜力，在适当条件下能反复大量地分裂增殖，而在正常生理状态下大多数细胞处于静止状态(G₀期);
❷具有多向分化的能力，能向各系血细胞分化；
❸具有自我更新能力，即经过一个增殖周期分裂之后，可产生与分裂前性质相同的造血干细胞。因此，它不仅能分化、补充各种血细胞，还能通过自我更新保持干细胞的特性和数量。造血干细胞一词虽然早有记载，但是多能造血干细胞造血新学说还是在本世纪60年代才经实验证实和提出，并不断深入完善。Till和McCulloch(1961)首先报道了造血干细胞重建造血现象。他们将小鼠骨髓细胞悬液输给受致死量射线照射的同系小鼠，能使后者重新获得造血能力而不死亡。将该小鼠解剖，发现重获造血的原因是脾内出现许多小结节状造血灶，称脾集落(图1)，其中含红系细胞、粒系细胞、巨核系细胞或由三者混合组成。将某些脾集落分离再接种给另只同系动物，仍能发生多个脾集落。为研究和确定一个脾集落的细胞是否起源于一个原始细胞，将供体骨髓细胞在体外或体内经射线照射，使细胞的染色体发生畸变，以此作为辨认细胞发生来源的标志。将这些细胞输给受照射的小鼠，发现每个脾集落中的细胞仅带有一种相同的染色体畸变标志，而从不同时出现两种或两种以上的畸变，表明每个集落的细胞都来自一个原始细胞，一个集落为一个克隆(clone)，称脾集落生成单位(简称CFU-S)。由于这种原始细胞有很强的增殖和分化为各系血细胞的能力，故它是多能造血干细胞。这种细胞存在于骨髓、肝、脾和血液中。胚胎中期以肝内最多；成人主要位于骨髓，约占有核细胞的0.5‰。

图1 小鼠脾集落实验

造血干细胞的异质性 近年研究表明，造血干细胞的分化程度和增殖能力不一，有异质性。多能造血干细胞最原始，先分化为定向多能造血干细胞，例如能生成粒系、红系、单核系和巨核-血小板系的髓系造血干细胞(简称CFU-GEMMp，图2)及能发生B淋巴细胞和T淋巴细胞的淋巴干细胞。这两类干细胞既保持着造血干细胞基本特点，又略有分化，分别负责“骨髓成分”和淋巴细胞的发生，故称定向多能造血干细胞。它们进一步分化成为造血祖细胞，此细胞虽然也是原始的血细胞，但是它已丧失造血干细胞的许多基本特点，如已失去多向性分化能力，只能朝向一系或密切相关的二系细胞分化；失去了反复自我更新能力，而要依靠造血干细胞的增殖分化来补充数量；增殖潜力有限，只能分裂数次。根据造血祖细胞所能分化生成的血细胞系多少，又分为单能造血祖细胞（只分化为一个血细胞系）和寡能造血祖细胞(可分化为2～3个血细胞系)，前者分化程度略高(图2)。

图2 造血干细胞和造血祖细胞的分化

S为多能造血干细胞，GEMMp为髓性造血干细胞红细胞系爆裂样集落生成单位，Mp为巨核细胞集落生成单位，NM为中性粒细胞-巨噬细胞集落生成单位，e为嗜酸粒细胞集落生成单位，b为嗜碱粒细胞集落生成单位，B为B细胞集落生成单位，T为T细胞集落生成单位，NEM、EMP等为相应血细胞系祖细胞的多种组合，分别称为中性粒细胞-红细胞-巨噬细胞集落生成单位和红细胞-巨核细胞集落生成单位

造血干细胞的形态 造血干细胞和造血祖细胞尚无明显的形态特点，只能用脾集落试验和体外培养集落证实，因此在研究它们的形态时，目前应用骨髓或脾细胞密度梯度分离，结合体外集落培养，确定和收取高浓度干细胞加以观察。干细胞为圆形或卵圆形，直径7～10μm，胞核圆而大，核仁明显，胞质少，在核周呈一窄缘。它们与小淋巴细胞的形态较相似(图3)，而干细胞或祖细胞的特征是核仁大而明显，无溶酶体，无内质网，无多核糖体，高尔基复合体不发达，有数个线粒体和丰富的游离核糖体(图3)。

图3 造血干细胞电镜模式图

A.造血干细胞 B.小淋巴细胞（作为比较）

造血干细胞的分化及调节因子 应用脾集落和半固体培养集落生成技术能定量分析造血干细胞和各血细胞系的祖细胞。多能造血干细胞在发育为中性粒细胞过程中先分化为髓系造血干细胞，再分化为粒系造血祖细胞。然后发育为可辨认的幼稚中性粒细胞。体外培养中它们常与巨噬细胞一同形成混合性集落，故名中性粒细胞-巨噬细胞集落生成单位，简称NM-CFU，即中性粒细胞-巨噬细胞的祖细胞。所必需的刺激因子是中性粒细胞-巨噬细胞集落刺激因子，简称NM-CSF。此外，在体外培养中还观察到粒细胞-巨核细胞集落、粒细胞-红细胞集落等，表明造血干细胞分化过程中，可生成多种组合的造血祖细胞。NM-CFU中一般不出现嗜酸粒细胞和嗜碱粒细胞，目前趋于认为嗜酸和嗜碱粒细胞来自各自的造血祖细胞，在相应刺激因子的作用下分别生成嗜酸粒细胞集落和嗜碱粒细胞集落(图2，图4)。在红细胞系发生过程中，多能造血干细胞经过髓系造血干细胞、寡能造血祖细胞，生成早期红系造血祖细胞。后者在含血凝块的半固体培养中生成形态独特的集落，一个主集落周围分散着许多小集落，如爆裂样，故称红系爆裂样集落生成单位，简称BFU-E。然后再分化为晚期红系造血祖细胞，此时期才对红细胞生成素敏感，在含有红细胞生成素的半固体培养基中能生成红系集落，称为红系集落生成单位，(CFU-E)，后者可能就是原红细胞。显然，红细胞系分化的顺序是CFU-S→BFUE-→CFU-E→ 幼稚红细胞。巨核细胞系生成过程中，也存在着巨核系祖细胞阶段。小鼠骨髓造血干细胞在含淋巴细胞的条件培养基或巨核细胞集落刺激因子的刺激下，可在体外培养中形成集落，称巨核细胞集落生成单位，简称CFU-Mp，即巨核系祖细胞(图4)。

图4 集落生成单位及其半固体培养

1.疏散型 2.致密型3.混合型

淋巴细胞发生过程中，从多能造血干细胞先分化为淋巴干细胞，再分化为淋巴造血祖细胞，然后进一步发育。这一论点长期未能证实，近年的一系列实验中才趋于肯定。例如在成人含铁红细胞性贫血和G6PD贫血患者的造血干细胞和T、B淋巴细胞都具有同一种异常的葡萄糖-6-磷酸脱氢酶(G6PD)的异构酶； 在慢性粒细胞性白血病患者的B淋巴细胞和造血干细胞中都能找到Ph′标志染色体，表明这些疾病是由于造血干细胞的异常。若将具有染色体标志的脾集落细胞移植到缺乏造血干细胞的遗传性贫血W/Wv小鼠体内，新生的造血干细胞和T淋巴细胞都呈现同样的标志染色体。应用T₆染色体标志技术，证实在脾集落内可产生B细胞集落生成细胞。Messner等人于体外培养显示多能定向造血干细胞(CFU-GEMM)造血集落中有成熟T细胞。培养条件所需要的刺激因子与白细胞间素Ⅱ密切相关。但目前尚未搞清，是否存在T和B细胞的共同的祖细胞，或者T和B细胞从多能造血干细胞直接生成(图2)。
造血干细胞的增生 由于尚不能从形态上直接辨认造血干细胞及其增生率，目前多采用间接方法测定处于S期的造血干细胞。正常机体多能干细胞的增生率较低，处于S期者少于10%，绝大多数(多于90%)处于静止状态(G₀期)。若先用射线或细胞毒剂杀伤幼稚骨髓细胞，造血恢复期则有大量多能造血干细胞从静止状态转入增殖周期，增生率可较正常对照者高25～50%。此后，重新降至正常水平。关于多能干细胞从G0期转入S期的调节机制，目前尚无定论。造血祖细胞的增生率较高，例如，红细胞系造血祖细胞中处于增殖状态的约为70～75%，粒系造血祖细胞为20～40%。

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造血干细胞

造血干细胞也称多能干细胞，是一切血细胞 （其中大多数是免疫细胞）的原始细胞。由造血干细胞定向分化、增殖为不同的血细胞系，并进一步生成血细胞。在胚胎期，造血干细胞来自卵黄囊、肝、脾和骨髓； 在胚胎末期一直到出生后均由骨髓产生造血干细胞以维持造血功能。
造血干细胞的最大特点是具有多潜能性，即具有自身复制和分化两种功能。在胚胎和迅速再生的骨髓中，造血干细胞多处于增殖周期之中，而在正常骨髓中，则多数处于静止期(G0期)，当机体需要时，其中一部分分化成熟，另一部分进行分裂增殖，以维持造血干细胞的数量相对稳定。造血干细胞进一步分化发育成不同血细胞系的定向干细胞。定向干细胞多数处于增殖周期之中，并进一步分化为各系统的血细胞系，如红细胞系、粒细胞系、单核-吞噬细胞系、巨核细胞系以及淋巴细胞系。由造血干细胞分化出来的淋巴细胞有两个发育途径，一个受胸腺的作用，称为T细胞； 另一个不受胸腺、而受腔上囊（鸟类）或类囊器官（哺乳动物）的影响，称B细胞。由于造血干细胞的发展结果可产生细胞免疫及体液免疫，因此当其缺陷时，则可引起严重的混合型免疫缺陷病。过去认为此病为“不治之症”，现在已试用输入HLA相容的活骨髓细胞治疗。此外，当机体遭受致死性辐射损伤时，输入骨髓细胞也可恢复其部分免疫力。