第十二章造血干细胞及免疫细胞的生成

第十二章造血干细胞及免疫细胞的生成

免疫细胞都属于血细胞，所有血细胞都来源于造血干细胞。因此在一定意义

上讲，免疫细胞的发育分化就是造血干细胞分化成熟的过程。

第一节 造血干细胞的特性和分化

一、造血干细胞的起源和表面标记

（一）造血干细胞的起源

哺乳动物的造血最早发生在卵黄囊，随后转移到胎肝，胚胎发育中期以后以

及出生后，骨髓成为主要的造血场所，并为B细胞发育的中枢免疫器官；胸腺

是T淋巴细胞的分化成熟的中枢免疫器官。

早期的造血干细胞是多能造血干细胞（pluripotent hematopoietic stem cell），

具有自我更新（self−renewing）和分化（differentiation）两种重要的潜能，赋予

机体在整个生命过程中始终保持造血能力。多能造血干细胞最初分化为共同淋巴

样祖细胞和共同髓样祖细胞等等。

（二）造血干细胞的表面标记

白细胞分化抗原和单克隆抗体技术的应用，为造血干细胞表面标记的研究及其分离纯化提供了重要的理论和实验依据。人造血干细胞的主要表面标记为CD34和c-kit （CD117），不表达谱系（lineage）特异性标记。

（1）CD34：CD34是一种高度糖基化跨膜蛋白，有1%~4%骨髓细胞表达

CD34，其中包括了造血干细胞，是造血干细胞的一种重要标记，应用CD34单

克隆抗体可从骨髓、胎肝或脐血中分离、富集造血干细胞。随着造血干细胞的分

化成熟，CD34表达水平逐渐下降，成熟血细胞不表达CD34。

（2）CD117：CD117是干细胞因子（stem cell factor，SCF）的受体，是原

癌基因c−kit的编码产物Kit。CD117是属于含有酪氨酸激酶结构的生长因子受体，胞膜外区结构属IgSF。CD117+细胞约占骨髓细胞的1%~4%，50%~70%

CD117+骨髓细胞表达CD34，因此，CD117也是多能造血干细胞的重要标记。

（3）Lin－细胞：应用针对T细胞、B细胞、NK细胞、单核细胞、巨噬细

胞、巨核细胞、髓系以及红系等多种谱系相应单克隆抗体的混合抗体（CD2、CD3、CD14、CD16、CD19、CD24、CD56、CD66b和血型糖蛋白A等抗体）结合免

疫磁珠分离的方法，除去骨髓、胎肝单个核细胞中上述各个谱系发育不同阶段的细胞，所留下的细胞称为谱系阴性（Lin－）细胞，主要为早期造血干细胞。

二、造血干细胞的分化

（一）多能造血干细胞的分化

应用同系小鼠骨髓细胞输注给经射线照射的小鼠，可在受体小鼠脾脏内形成由单一骨髓干细胞发育分化而来的细胞集落，包括红细胞、粒细胞或巨核细胞等，此称为脾集落形成单位（colony forming unit−spleen，CFU−S）。随后，用半固体培养技术，在含有造血生长因子存在条件下，干细胞在体外可分化为不同谱系的细胞集落，称为体外培养集落形成单位（colony forming unit−culture，CFU−C）。CFU−S和CFU−C主要用于髓样干细胞中各谱系的研究。80年代后，胚胎胸腺器官培养（FTOC）技术的建立，为淋巴样干细胞分化的研究提供了重要的手段。

骨髓、胸腺造血微环境是造血干细胞发育分化的必要条件。在体外干细胞或祖细胞培养中，骨髓或胸腺基质细胞对于支持干细胞的生长和促进分化起着关键的作用。目前认为，骨髓、胸腺等造血微环境主要通过以下机制维持造血干细胞的自我更新和分化：①分泌细胞因子或其它介质，如胸腺基质细胞分泌的细胞因子（如IL−7）及肽类分子胸腺激素、胸腺素、促胸腺生成素是胸腺中T细胞成熟的重要条件；骨髓基质细胞分泌的IL−7是诱导祖B细胞（pro−B）向前B细胞（pre−B）分化的关键细胞因子；骨髓及胸腺基质细胞还可产生多种集落刺激因子（CSF），刺激不同谱系发育不同阶段细胞的生长和分化。②造血微环境基质细胞通过黏附分子以及分泌的细胞外基质与干细胞及其分化的血细胞相互作用，提供必要的刺激信号。

（二）定向干细胞及其分化

多能造血干细胞最初分化为定向干细胞，包括淋巴样干细胞（lymphoid stem cell）或称淋巴样祖细胞（lymphoid progenitor），以及髓样干细胞（myeloid stem cell）或称髓样祖细胞（myeloid progenitor）。淋巴样干细胞继续分化为B细胞、T细胞和NK细胞，髓样干细胞继续分化为具有产生红系、粒细胞系、巨核系和单核/巨噬细胞系潜能的集落形成单位CFU−GEMM，CFU−GEMM可分别分化为中性粒细胞、单核/巨噬细胞、嗜酸性粒细胞和嗜碱性粒细胞，以及红细胞与巨核细胞/血小板。其中中性粒细胞与单核/巨噬细胞在发育分化过程中共有一种前

体细胞。

1．髓样干细胞及其分化

（1）红系：红细胞生成素（EPO）是红系分化中最为重要的生长因子。髓样干细胞体外培养在EPO和SCF存在条件下，可形成由许多细胞组成形如爆发火花样的集落，称为爆式红系前体形成单位（burst formimg unit−erythroid precursor，BFU-E），进一步分化可形成细胞数较少的红细胞集落形成单位（colony forming unit−erythrocyte，CFU−E）。

（2）巨核系：血小板生成素（TPO）是巨核细胞/血小板谱系分化中关键的生长因子。髓样干细胞在TPO和其他造血生长因子（如IL-6, IL-11）存在条件下，体外可形成巨核细胞集落形成单位（colony forming unit−megakaryocyte，CFU−Meg）。

（3）粒单系：CFU−GEMM在GM−CSF、SCF和IL-3等生长因子的刺激下，可进一步分化为粒细胞单核细胞共同前体集落形成单位（colony forming unit−common precursor of granulocyte and monocyte，CFU−GM），CFU−GM在G−CSF/GM−CSF或M−CSF/GM−CSF诱导下分别分化为中性粒细胞和单核/巨噬细胞两个不同的谱系。

（4）嗜酸性粒细胞：CFU−GEMM在GM−CSF、IL−5和IL−3诱导下，可分化为嗜酸性粒细胞集落形成单位（CFU−Eos），进而分化成熟为嗜酸性粒细胞。

（5）嗜碱性粒细胞：CFU−GEMM在IL−5、TGF−β诱导下分化为嗜碱性粒细胞集落形成单位（CFU−Baso），在IL−3和IL−4存在下可进一步分化成熟为嗜碱性粒细胞。

2．淋巴样干细胞及其分化在免疫系统中，每个T细胞和B细胞克隆通过其抗原受体TCR和BCR特异性识别相应抗原，所有T细胞克隆和B细胞克隆的总和分别组成了T细胞库（repertoire）和B细胞库，赋予了免疫系统可识别周围环境中几乎所有抗原的潜力。因此，T细胞和B细胞的发育分化过程中首先是功能性TCR和BCR形成的过程。具有功能性识别抗原的淋巴细胞在发育分化为功能性T及B细胞后，在相应抗原刺激后发生活化和克隆的扩增，并分化为效应细胞，产生效应分子，识别和清除相应的抗原。成熟T细胞和B细胞的这种特性称为免疫适能（immunological competence）。