《造血干细胞》课件-2

造血干细胞吴中旗HematopoieticStemCell（HSC）2017.10.19造血干细胞的定义：造血干细胞（HematopoieticStemCell,HSC)是一小群具有高度的自我复制和多向分化潜能的最原始的造血细胞。通俗地讲，造血干细胞是指尚未发育成熟的细胞，是所有造血细胞和免疫细胞的起源。因此是多功能干细胞，医学上称其为“万用细胞”，也是人体的始祖细胞。干细胞是具有自我复制和多向分化潜能的原始细胞，是机体的起源细胞，是形成人体各种组织器官的祖宗细胞。特征※造血干细胞有两个重要特征：其一，高度的自我更新或自我复制能力；其二，可分化成所有类型的血细胞。分裂方式正常情况下，造血干细胞经过不对称性有丝分裂成两个子代细胞。其中一个仍维持造血干细胞的全部特征，即自我更新(self-renewal)。自我更新使得干细胞池的大小(干细胞数量)和质量维持不变，因而又称为自我维持(self-maintenance)。另一个子细胞可能由于基因表达模式发生改变而使得细胞特征出现变化，从而逐步走上分化的道路。现已知道，造血干细胞不是纯一的细胞群体，而是由不同年龄等级的干细胞组成。这些不同年龄等级的干细胞的表面抗原、免疫表型和粘附分子的表达不一，生物学特性也有一定的差异。造血原理人类造血干细胞首先出现于胚龄第2～3周的卵黄囊，在胚胎早期（第2～3月）迁至肝、脾，第5个月又从肝、脾迁至骨髓。在胚胎末期一直到出生后，骨髓成为造血干细胞的主要来源。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，另一部分进行分化增殖，以维持造血干细胞的数量相对稳定。人体血液中有多种血细胞，红细胞、白细胞、血小板等，它们都是有寿命的，多则120天，少则36小时，不断新陈代谢。它们均来自于一种始祖细胞，我们称它为造血干细胞。造血干细胞具有高度的自我更新、自我复制的能力，可分化生成各种血细胞。造血干细胞有很强的再生能力，失血或捐献造血干细胞后，可刺激骨髓加速造血，1-2周内，血液中各种成分可恢复到原来水平。适龄、健康的志愿者捐献造血干细胞后，由于血细胞数量减少，会促使骨髓把储备的白细胞释放，并刺激骨髓造血功能，促使血细胞的生成，不会影响身体健康。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。造血干细胞的多向分化潜能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，在胸腺素的催化下分化成熟为胸腺依赖性淋巴细胞，即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，分化成熟为囊依赖性淋巴细胞或骨髓依赖性淋巴细胞，即B细胞。并分别由T、B细胞引起细胞免疫及体液免疫。如机体内造血干细胞缺陷，则可引起严重的免疫缺陷病。造血干细胞来源一般造血干细胞来源于：①外周造血干细胞。②骨髓造血干细胞。③脐带血造血干细胞。④胎盘来源造血干细胞不同来源造血干细胞的比较：造血干细胞的表面标志造血干细胞的分离纯化造血干细胞的检测方法造血干细胞的可塑性造血干细胞的临床应用造血干细胞的表面标志造血干细胞在细胞大小上类似于小淋巴细胞，细胞密度一般小于1.066g/ml。因此，至今仍不能单纯从形态学上来识别造血干细胞。而要对造血干细胞进行研究，首先必须能把它从造血组织中分离出来。最常用的方法就是利用造血干细胞表面的标志蛋白对其进行分离。人的造血干细胞表面标志包括CD34+、CD38－、Lin－、Thy-1+、Sca-1+、HLA-DR+、LFA-1+、CD45RA－、CD71－等。人类造血干细胞还对5-氟脲嘧啶和4-氢过氧环磷酰胺有抗性。在干细胞不同的分化阶段，有不同的表面标志表达，故不同的表面标志已成为区分造血干细胞分化阶段的重要标志。祖细胞的表面标志为CD34+Lin+，谱系特异性抗原包括粒系CD11、13、15、16；单核系CD14；B淋巴系CD19、20、21、22；T/NK系CD2、11、25、7、56；红系CD47、59、71；巨核系CD31、41、42、61、63、107等。CD34是人们普遍认同的造血干／祖细胞的代表性表面标志，随细胞分化成熟逐渐减少甚至消失。CD34抗原分子量为105—120KD，为高度糖基化的I型跨膜糖蛋白。CD34+造血细胞是一组异质性细胞群体，可进一步分化为CD34+CD38+和CD34+CD38-两个亚群。CD34+细胞群中90％为祖细胞，极少为造血干细胞。虽然CD34+细胞不全是造血干细胞，但是造血干细胞应全部表达CD34分子，所以通过筛选CD34+细胞至少可以使造血干细胞得到富集。随着造血干细胞的分化成熟，CD34表达水平逐渐下降，成熟血细胞（Lin+）不表达CD34。而最近的一些研究显示，CD34+Lin-造血细胞又起源于CD34-Lin-。CD34表面标志从无到有，又从有到无，充分显示了造血干/祖细胞产生、发育、分化和成熟的全过程。造血干细胞的分离纯化近年来，造血干细胞表面标志研究的发展丰富了干细胞分离纯化的手段。根据造血干细胞的表面标志，可通过免疫细胞化学、流式细胞仪、分子杂交和PCR等多种细胞生物学和分子生物学手段来检测造血干细胞。正如上述所提及的，现大多仍然基于对CD34+细胞的富集来筛选造血干细胞。通常先利用密度梯度离心等方法去除待分离物中的红细胞和成熟粒细胞等成分，获得单个核细胞，从而使CD34+细胞初步富集；然后利用CD34分子特异的抗体标记单个核细胞，通过荧光激活细胞分选(fluorescenceactivatedcellsorting,FACS)、流式细胞仪分离、免疫吸附系统（包括淘洗技术、免疫吸附柱层析、免疫磁珠等）等方法将被标记的CD34+细胞与未被标记的CD34—细胞分离开来，即获得纯化的CD34+细胞。其中，FACS系统造血干细胞（CD34+）分选纯度达到95%，但是，成本较高，仪器也较贵，而免疫磁珠分离系统分离量大，分离纯度和细胞质量也能够满足临床要求，已经被临床工作者接受。造血干细胞的可塑性一种成体干细胞可以生成另一个组织的特化细胞的能力，即成体干细胞具有一定跨系、甚至跨胚层分化的特性，称其为干细胞的可塑性，又被称为成体干细胞的横向分化。横向分化的发现在干细胞研究中具有革命性意义。它打破了用于临床治疗的干细胞只能来源于胚胎或受精卵的限制，为干细胞治疗疾病提供了新途径。造血干细胞的可塑性是指除可以分化为各系血细胞外，还可以分化为多种非造血组织的细胞，如神经细胞、骨骼肌细胞、心肌细胞、肝脏细胞、血管内皮细胞以及多种组织的上皮细胞等。目前对造血干细胞多向分化的机制仍不清楚，对这一机制的探讨以及对造血干细胞定向分化的调控将大大扩展其在临床上的应用。因为这不仅可以绕过用人的胚胎干细胞作为移植治疗的细胞来源，而且可以减轻异基因移植带来的免疫排斥问题。造血干细胞移植造血干细胞是血液成分之一，是生成各种血细胞的最起始细胞，存在于骨髓、胚胎肝、外周血及脐带血中。它既具有高度自我更新能力，又具有进一步分化各系统祖细胞的能力。近代输血就利用这两种能力，对受血者用放射或大剂量化学药物使其免疫系统受抑再输入献血者的造血干细胞，让它在受血者骨髓内定居下来，分化增殖，这即是造血干细胞移植。自体造血干细胞的移植造血干细胞移植包括:♠骨髓移植（BMT）♥胎肝造血细胞移植♣外周血干细胞（PBSC）移植♦脐带血造血细胞移植造血干细胞移植BMT是临床最常用的造血干细胞移植。临床分为同基因BMT（SBMT）、异基因BMT（ALLO-BMT）及自身BMT（ABMT）三种类型。前两种主要用于肿瘤性血液病，遗传性血液病及某些代谢性疾病，而自身BMT多用于白血病和实体瘤患者。☞脐血可用于同基因或异基因移植，也可用于自身造血重建，凡符合BMT适应症的病均可用脐带血移植代替。☞人胎肝造血细胞临床应用方式有两种，一种为胎肝细胞输注（FLCI），另一种是胎肝移植（FLT）。综合文献报道，用胎肝细胞输注的疾病有再障，白血病、阵发性睡眠性血红蛋白尿症、范可尼贫血、急性粒细胞缺乏症、重症肝炎或失代偿期的肝硬化、化疗中的实体瘤，肾性贫血等。胎肝移植治疗的疾病有重症联合免疫缺陷病、白血病、再障、地中海贫血、晚期淋巴瘤、急性放射病等。胎肝细胞用于临床由于取材方便，输注安全，不发生严重的移植物抗宿主病，故显示一定的前景。外周血肝细胞移植的临床应用报道有治疗急性白血病、慢性粒细胞性白血病及恶性肿瘤。与骨髓、胚胎肝的造血干细胞移植相比，外周血肝细胞移植的优点是造血及免疫功能重建早；放射线的敏感性低，受体内植入率高；自身外周血残存肿瘤细胞比骨髓少；采集方便、不需骨髓穿刺，易被接受。由于移植免疫学的进展，人类造血干细胞移植已进入一个新的发展阶段，它已成为细胞工程学中的一个重要组成部分。继1988年第一例应用人类脐带血移植治疗贫血症成功后，脐带血因其免疫抗原性较弱的特点，被认为是极具潜力的自骨髓来源和外周血来源后，第三种造血干细胞移植的来源。值得一提的是，输入的造血干细胞的数量多少，是影响造血干细胞移植成功率的因素之一。临床应用表明输入的量越大，成功移植率越高。“纽约血液中心”（NYBC）的国家脐带血库报道的异基因脐带血造血干细胞移植的参考标准为0.7～10×107/kg。同时，脐血移植中有核细胞数量不是一个影响疗效的独立因素，HLA完全相合可以补偿细胞数量低的影响。。自体移植目前尚无参考标准，但自体移植标准应低于异体移植标准。因此，自体库最低入库标准的干细胞数理论上可以治疗30公斤左右的病人（相当于10周岁儿童的体重）。脐带血造血干细胞库自体库细胞数的平均值为6.0×108时，理论上可以满足80公斤左右的患者移植应用。有了造血干细胞移植的支持，临床医生就可以使用超大剂量的放疗、化疗，最大限度地清除患者体内的癌细胞，然后植入造血干细胞重建被破坏的造血和免疫系统。随着临床和基础研究的发展，为其他器官的移植奠定基础，又是造血干细胞移植作为支持治疗的另一个方面。异基因造血干细胞移植后，可在受者体内诱导形成供者-受者嵌合体，使受者产生对供者特异的、终生的耐受。这样，在进行组织或器官移植，就可以降低免疫排斥发生的强度，从而提高移植物的存活率。此外，通过对自体造血干细胞进行遗传修饰后，使其缺陷基因的功能得到补充，也可以用于再生障碍性贫血、β地中海贫血等骨髓造血功能衰竭和某些先天遗传性疾病或代谢系统疾病的移植治疗，而且绕过了免疫排斥的问题。通过基因修饰，还可以赋予干细胞及其子代细胞新的特性，如转入多药耐药基因MDR可使其抵抗化疗带来的清髓效应；导入某种基因使其可抵抗HIV的感染等。随着造血干细胞及其细胞工程的飞速发展，造血干细胞已不再是传统意义上的CD34+CD38-细胞或更早发育的细胞，胚胎干细胞或体内其他组织来源的干细胞，如肌肉干细胞、神经干细胞等也可能作为造血细胞工程的种子细胞。造血干细胞和非造血干细胞联合移植将有可能用于器官再生。造血干细胞移植是现代生命科学的重大突破。造血干细胞移植可治疗恶性血液病，部分恶性肿瘤，部分遗传性疾病等75种致死性疾病。包括急性白血病、慢性白血病、骨髓增生异常综合征、造血干细胞疾病、骨髓增殖性疾病、淋巴增殖性疾病、巨噬细胞疾病、遗传性代谢性疾病、组织细胞疾病、遗传性红细胞疾病、遗传性免疫系统疾病、遗传性血小板疾病、浆细胞疾病、地中海贫血、非血液系统恶性肿瘤、急性放射病等。造血干细胞与基因治疗自人类首例基因治疗临床实验实施以来，基因治疗的基础与临床应用研究在世界各地蓬勃发展起来。基因治疗是将外源基因转入靶细胞，通过在患者体内表达，纠正或治疗疾病的过程，在单基因遗传病、恶性肿瘤、严重免疫缺陷及感染性疾病的治疗中具有广阔的前景。造血干细胞由于取材容易、易于体外培养、易于植回患者体内并存活以及自我更新能力强等优点，是基因治疗理想的靶细胞之一。将外源基因转入