血液分子生物学造血干细胞.ppt

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1、造血干细胞造血干细胞造血干细胞造血干细胞 一、造血干细胞的起源一、造血干细胞的起源 *造血干细胞（造血干细胞（hemopoietichemopoietic stem stem cell,HSCcell,HSC）是存在于造血组织和血液）是存在于造血组织和血液 中的中的 一群原始造血细胞，它不是组织一群原始造血细胞，它不是组织 固定细胞固定细胞.*造血干细胞在人胚胎造血干细胞在人胚胎2 2周时可出现于卵周时可出现于卵 黄囊黄囊.*第第4 4周开始转移至胚肝周开始转移至胚肝.*妊娠妊娠5 5个月后，骨髓开始造血个月后，骨髓开始造血.*出生后骨髓成为造血干细胞的主要来源。出生后骨髓成为造血干细胞的主要

2、来源。*在造血组织中，所占比例甚少，如在在造血组织中，所占比例甚少，如在 小鼠骨髓中小鼠骨髓中105105核细胞中的有核细胞中的有1010个，个，在脾中在脾中105105有核细胞中只有有核细胞中只有0.20.2个个.造血干细胞的生物学造血干细胞的生物学一、造血干细胞的增殖和分化一、造血干细胞的增殖和分化造血干细胞（造血干细胞（hematopoietic stem cell,hematopoietic stem cell,HSCHSC）是各种白细胞和免疫细胞的始祖，担）是各种白细胞和免疫细胞的始祖，担负极其重要的生理功能。负极其重要的生理功能。具有三个重要特征：具有三个重要特征：高度自我更新或自

3、我复制的能力；高度自我更新或自我复制的能力；多向分化潜能；多向分化潜能；绝大多数可长期维持在非增殖状态，这绝大多数可长期维持在非增殖状态，这些特征随着干细胞的分化逐渐减弱和消逝。些特征随着干细胞的分化逐渐减弱和消逝。造血干细胞的生物学造血干细胞的生物学一、造血干细胞的增殖和分化一、造血干细胞的增殖和分化HSCHSC的自我更新及分化增殖受众多的细胞因的自我更新及分化增殖受众多的细胞因子调节，包括干细胞因子（子调节，包括干细胞因子（SCFSCF）、血小板）、血小板生成素（生成素（TPOTPO）、红细胞生成素（）、红细胞生成素（EPOEPO）、）、白细胞介素白细胞介素1111（IL-11IL-11）

4、、粒细胞集落刺激）、粒细胞集落刺激因子（因子（G-CSFG-CSF）、粒细胞巨噬细胞集落刺激）、粒细胞巨噬细胞集落刺激因子（因子（GM-CSFGM-CSF）及趋化因子等多种因子。）及趋化因子等多种因子。造血干细胞的特征和识别造血干细胞的特征和识别造血干细胞造血干细胞没有明确的形态学特征没有明确的形态学特征，形态上都表现，形态上都表现为淋巴样的单个核母细胞，这就给干细胞从形态的为淋巴样的单个核母细胞，这就给干细胞从形态的识别和检测带来了困难。识别和检测带来了困难。但从干细胞的但从干细胞的功能功能及细胞及细胞表面抗原表面抗原的表达上则为造的表达上则为造血干细胞的识别和分离提供了条件。血干细胞的识别

5、和分离提供了条件。造血干细胞的特征和识别造血干细胞的特征和识别 （一）功能的角度，可用细胞培养方法在体外观察细胞发育潜能（一）功能的角度，可用细胞培养方法在体外观察细胞发育潜能 集落形成单位（集落形成单位（CFUCFU）造血干细胞的特征和识别造血干细胞的特征和识别 X（一）功能的角度，可用细胞培养方法在体外观察细胞发育的潜（一）功能的角度，可用细胞培养方法在体外观察细胞发育的潜能，能，1 1、脾集落形成单位（脾集落形成单位（CFU-SCFU-S）是较早期的造血干细胞，具有形成红细胞、中性粒细胞、是较早期的造血干细胞，具有形成红细胞、中性粒细胞、嗜酸粒细胞、巨核细胞或混合多种造血细胞的多向分化能

6、力。嗜酸粒细胞、巨核细胞或混合多种造血细胞的多向分化能力。2 2、髓系多向祖细胞集落（、髓系多向祖细胞集落（CFU-GEMMCFU-GEMM）是检测可以生成红细胞、中性粒细胞、嗜酸性粒细胞和巨是检测可以生成红细胞、中性粒细胞、嗜酸性粒细胞和巨核细胞的祖细胞，它具有一定的自我复制能力，有向不同细胞核细胞的祖细胞，它具有一定的自我复制能力，有向不同细胞学分化的能力，具有造血干细胞的部分功能。学分化的能力，具有造血干细胞的部分功能。3 3、长期培养起始细胞（、长期培养起始细胞（LTC-ICLTC-IC），是指那些经），是指那些经5-85-8周培养后仍周培养后仍能生成单向或多向性祖细胞群的造血细胞，比

7、较接近多能干细能生成单向或多向性祖细胞群的造血细胞，比较接近多能干细胞，这种检测方法是近几年实验和临床研究中国的较多、较可胞，这种检测方法是近几年实验和临床研究中国的较多、较可靠的干细胞检测方法。靠的干细胞检测方法。上述检测和实验的方法都不能直接识别单个干细胞。上述检测和实验的方法都不能直接识别单个干细胞。造血干细胞的特征和识别造血干细胞的特征和识别（二）细胞表面抗原表达及其单克隆抗体（二）细胞表面抗原表达及其单克隆抗体1 1、CD34CD34+细胞为具有造血重建能力的人造血干细胞，细胞为具有造血重建能力的人造血干细胞，2 2、CD34CD34+、ThyThy1 1lowlow、LinLin-

8、为造血干细胞特征，其中为造血干细胞特征，其中ThyThy为胸腺为胸腺细胞表面抗原标记，细胞表面抗原标记，LinLin为特定细胞系的系列标记，如果表达阳为特定细胞系的系列标记，如果表达阳性，那么它就成为已分化的细胞。性，那么它就成为已分化的细胞。3 3、CD34CD34+、CD33CD33-、LinLin-、HLADRHLADR-代表造血干细胞，其中代表造血干细胞，其中HLADRHLADR与细胞的增殖有关，而干细胞常处在非增殖状态，因此与细胞的增殖有关，而干细胞常处在非增殖状态，因此干细胞应不表达干细胞应不表达HLADRHLADR。4 4、CD34CD34+、LinLin-、Sca-1Sca-1

9、+、CKitCKit+细胞属多能造细胞属多能造 血干细胞。血干细胞。5 5、AC133AC133是一个新的造血干细胞标记，是一个新的造血干细胞标记，AC133AC133特异在特异在 造血干细胞和早期祖细胞上表达，造血干细胞和早期祖细胞上表达，6 6、近几年实验研究发现、近几年实验研究发现CD34CD34-造血细胞比造血细胞比CD34CD34+造血细胞更为造血细胞更为 原始，它能分化为原始，它能分化为CD34CD34+细胞并进一步向髓系和淋巴系发育。细胞并进一步向髓系和淋巴系发育。CD34+细胞选择法细胞选择法亲和柱层析，分离和免疫磁珠法。通过特异性识别、俘获亲和柱层析，分离和免疫磁珠法。通过特

10、异性识别、俘获及洗脱分离得到及洗脱分离得到 CD34+细胞。细胞。（1）亲和柱层析）亲和柱层析:将预分选的细胞与生物素化将预分选的细胞与生物素化（biotinglated）的抗）的抗 CD34抗原的单抗一起孵育，然后抗原的单抗一起孵育，然后洗去未结合的抗体，通过抗生物素蛋白包被的聚丙酰胺柱洗去未结合的抗体，通过抗生物素蛋白包被的聚丙酰胺柱的亲和柱，使的亲和柱，使CD34+细胞留滞在柱内的聚丙酰胺表面上，细胞留滞在柱内的聚丙酰胺表面上，再经机械摇动，冲洗出再经机械摇动，冲洗出 CD34+细胞。细胞。（2）免疫磁珠分离法）免疫磁珠分离法 CD34单抗标记细胞后，与超顺磁性微球连接、通过单抗标记细胞

11、后，与超顺磁性微球连接、通过强磁场中的过滤柱时，阳性细胞被吸附，阴性细胞被滤掉。强磁场中的过滤柱时，阳性细胞被吸附，阴性细胞被滤掉。研制出了纳米微粒作为固相收集研制出了纳米微粒作为固相收集CD34+细胞。通过将采集细胞。通过将采集物与抗物与抗CD34抗原的单抗结合，细胞特异地被超顺磁铁抗原的单抗结合，细胞特异地被超顺磁铁葡聚糖纳米（直径葡聚糖纳米（直径50nm）微球结合，使）微球结合，使CD34+细胞与纳细胞与纳米微球形成复合物，再通过磁铁诱导的强磁场过滤柱，分米微球形成复合物，再通过磁铁诱导的强磁场过滤柱，分离出离出CD34+细胞。其细胞。其CD34+细胞回收纯度细胞回收纯度95,回收率回收

12、率67%以上。以上。造血干细胞（造血干细胞（HSC）主要来源于骨髓、成人外周血、脐血）主要来源于骨髓、成人外周血、脐血脐血来源干细胞的特点脐血来源干细胞的特点CD34细胞数低于骨髓，但细胞数低于骨髓，但CD34CD38-细胞数高于骨髓，且脐血细胞数高于骨髓，且脐血CD34CD38-细胞增殖分化能力高于骨髓，尤其是加入各种细胞因细胞增殖分化能力高于骨髓，尤其是加入各种细胞因子后子后CFU-GEMM（多向祖细胞）、（多向祖细胞）、BFU-E（红系祖细胞）集落数明（红系祖细胞）集落数明显高于骨髓。显高于骨髓。淋巴系统抗原表达弱，淋巴细胞功能不成熟，这显示出脐血干细胞移淋巴系统抗原表达弱，淋巴细胞功能

13、不成熟，这显示出脐血干细胞移植植(UCBT)后移植物抗宿主病后移植物抗宿主病(GVHD)的发生率可能较低。的发生率可能较低。研究表明冻存研究表明冻存10年的脐血年的脐血HSC仍具有良好的回收率。仍具有良好的回收率。造血干细胞的可塑性造血干细胞的可塑性造血干细胞不仅能重建造血细胞造血干细胞不仅能重建造血细胞,而且能分化心肌细胞、骨骼肌细胞、而且能分化心肌细胞、骨骼肌细胞、内皮细胞、肝细胞、胆管上皮细胞、消化道上皮细胞、肺上皮细胞等内皮细胞、肝细胞、胆管上皮细胞、消化道上皮细胞、肺上皮细胞等。另外：另外：骨髓基质干细胞在恰当的刺激下能转化为脂肪细胞、成骨细胞、软骨骨髓基质干细胞在恰当的刺激下能转化

14、为脂肪细胞、成骨细胞、软骨细胞、骨骼肌细胞、细胞、骨骼肌细胞、星形细胞、神经元细胞、心肌细胞等细胞。星形细胞、神经元细胞、心肌细胞等细胞。骨髓多能前体细胞骨髓多能前体细胞,其表达胚胎干细胞的遗传标志其表达胚胎干细胞的遗传标志,体外培养条件类似体外培养条件类似于胚胎干细胞于胚胎干细胞,且能高度扩增且能高度扩增;在体外它不仅能分化成基质细胞在体外它不仅能分化成基质细胞,而且能而且能分化为内脏中胚层、神经外胚层细胞和肝细胞等内胚层细胞。分化为内脏中胚层、神经外胚层细胞和肝细胞等内胚层细胞。干细胞的可塑性干细胞的可塑性对造血系统被破坏的小鼠进行肌细胞移植后对造血系统被破坏的小鼠进行肌细胞移植后,小鼠小

15、鼠造血功能恢复造血功能恢复,是由于肌肉组织内的造血干细胞的是由于肌肉组织内的造血干细胞的作用引起作用引起.肝损害的小鼠进行骨髓移植后肝损害的小鼠进行骨髓移植后,肝脏再生的原因是肝脏再生的原因是骨髓中的卵圆细胞在肝内转化为肝细胞骨髓中的卵圆细胞在肝内转化为肝细胞.干细胞可塑性机制干细胞可塑性机制干细胞可以经历转分化的过程干细胞可以经历转分化的过程,细胞的基因信息可以重组细胞的基因信息可以重组,经过基因重经过基因重组组,细胞能够转化为多种不同的细胞细胞能够转化为多种不同的细胞.如从视网膜神经中提取少突胶质细胞如从视网膜神经中提取少突胶质细胞,在体外无血清在体外无血清,低密度的培低密度的培养条件下养

16、条件下,获得神经干细胞的功能和特征获得神经干细胞的功能和特征.细胞融合是最近对干细胞可塑性的又一种解释细胞融合是最近对干细胞可塑性的又一种解释.如将小鼠骨髓干细胞和胚胎干细胞如将小鼠骨髓干细胞和胚胎干细胞,或小鼠神经干细胞和胚胎干细或小鼠神经干细胞和胚胎干细胞共培养后胞共培养后,获得的融合细胞表现胚胎干细胞的功能和特征获得的融合细胞表现胚胎干细胞的功能和特征.造血干细胞移植及在肿瘤治疗中的应用造血干细胞移植及在肿瘤治疗中的应用Hematopoietic Stem Cell Transplantation in Hematopoietic Stem Cell Transplantation in Cancer Cancer ThearpyThearpy造血干细胞移植（造血干细胞移植（hematopoietic stem cell hematopoietic stem cell transplantation;HSCTtransplantation;HSCT）的概念）的概念 是经是经大剂量大剂量放、化疗或其他免疫抑制剂进行放、化疗或其他免疫抑制剂进行预处理预处理，清除清除受者体内的受者体内