造血干细胞的研究进展

造血干细胞的研究进展

姓名：蒙春蕾学号：08507321 班级：08生物技术成绩：

在我们整个生命历程中，血细胞是由少量的多潜能骨髓干细胞分化产生的，我们称这种干细胞为造血干细胞( hematopoietic stem cell,HSC)，它是具有高度自我更新能力和多向分化潜能的造血前体细胞。也是发现最早、研究最多的一种成体干细胞，是体内各种血细胞的惟一来源，主要存在于成体的骨髓、外周血。脐带血中。

1．造血细胞的起源

哺乳动物造血包含原始造血( primit ive hematopoiesis) 和永久造血( definitive hematopoiesis) , 而永久造血是由多能的造血干细胞( hematopoietic stem cell,HSC) 维持的。HSC 是具有高度自我更新能力和多向分化潜能的造血前体细胞, 可形成血液各系的血细胞, 并可重建致死量照射破坏的造血系统[1]。长期以来，在脊椎动物中，造血细胞相机发生在某些解剖部位。人们认为，胚胎的（或原始的）造血细胞发生卵黄囊的血岛上。最终的（或成熟的）造血细胞短暂的停留在胚胎肝中，随后造血细胞将终生存在于骨髓中。即胚胎造血发生的解剖位置被认为是卵黄囊( yolk sac, YS) 。然而, 对这一观点一直存在争论, 一些科学家认为卵黄囊造血只是短暂的原始造血, 只产生原始血细胞( 其中主要是原始红细胞) ,而不是具有长期重建各系造血功能的HSC 的真正来源。近期的一系列研究表明, 胚胎中的永久造血首先原位发生在胚内AGM 区并且进一步定位在其中的背主动脉( dorsal aorta, DA)[1]。

2.生物学特征

2.1造血干细胞的活化造血干细胞的活化, 需要多种刺激因子的协同作用。在细胞刺激因子之外, 细胞抑制因子也能调节造血干细胞的活化。

2.2自我更新造血干细胞具有高度的自我更新能力( Self-renewal)，能通过自我复制方式使子代细胞与亲代细胞具有完全相同的特征。造血干细胞的这种高度的自我更新能力, 在维持机体一生的造血过程中具有重要意义。

2.3多向分化在综合因素作用下, 造血干细胞可以分化形成红系、髓系、巨核系成熟血液细胞, 它也是淋巴系干细胞的来源。除造血系细胞外, 近年还发现造血干细胞可以分化形成一些非造血细胞, 如破骨细胞、表皮生发层细胞等[2]。

2.4 表面标记迄今为止, 真正的造血干细胞表型尚难以确定, 其原因可能在于这些造血干细胞是最为原始的细胞, 大多抗原为阴性表达; 同时,造血干细胞的数量极为稀少, 难以分离到足够的造血干细胞进行研究。人类真正造血干细胞的表型在目前阶段尚无定论。

3分离纯化分离和纯化方法较多, 主要分为物理学和免疫学方法两大类。前者是根据HSC 细胞的物理学特征, 如细胞大小、形态、密度等, 用离心力将全血中具有不同物理特征的各类细胞分离排列, 再收集含HSC细胞的相应层次细胞,从而使占全血大部分比例的成熟粒细胞、红细胞等成熟细胞去除, 多用于初步分离。此外，利用各种表面标记进性阴性和阴性多次选择可能是分离和纯化造血干细胞的最有效途径。主要分离方法有下列几种:

⑴流式细胞仪flow cytometer;FCM[3]其机制是根据细胞表面不同的表面抗原, 用特异性荧光标记的抗体与之结合, 结合后的细胞受荧光激发后, 在电场中的运动方向发生变化, 从而使之与抗原阴性细胞分离。此法分离的细胞纯度最高, 但分离的样本有限, 多用于实验研究和评价纯化后的细胞质量, 不适合临床大样本应用。

(2)生物素———亲和素免疫吸附法其机制是将生物素标记的特异性单抗阳性细胞与亲和素结合, 在将亲和素交联于Bio-Gel上，用亲和层析的方法将特异性单抗阳性细胞分离开来。该法的特点是可以处理较大量的样本，已被用于临床纯化CD34+细胞纯度不够高，细胞

丢失量偏多，较免疫磁珠法差。

(3)免疫磁珠法其原理是用特异性单抗和磁性颗粒交联, 通过单抗与阳性细胞特异性结合,再借助磁力的作用, 将结合有磁珠的单抗阳性细胞吸附, 从而达到分离纯化的目的。该法分离的CD34+细胞纯度较高, 而细胞的丢失量较少, 适合于临床大样本的纯化

(4)间接免疫Panning法其原理是基于抗体能吸附于玻璃等器皿等的特点, 用二抗包被玻璃平皿, 从而使特异性单抗阳性细胞吸附于平皿, 进而使单抗阴性细胞洗脱分离。该法所获细胞纯度也较高, 价格也较便宜, 但较为繁琐,仅多用于实验研究。[4]

4.人类造血干细胞的鉴定

4.1直接鉴定集落形成细胞

4.1.1混合集落形成细胞(CFU—GEMM)体外半固体培养发现，CFU—GEMM 是一类含有粒细胞、爆增式红细胞．巨棱细胞和巨噬细胞等的造血祖细胞。最近一些研究发现，在CFU GEMM 集落培养体系中加入脐带血浆因子时，可大大增强CFU GEMM遣血祖细胞的自我增殖活性。

4.1.2 母细胞集落形成细胞研究还发现，这种集落形成细胞可在原代培养条件不变情况下进行再次种植，并且能够再次形成集落，这表明此种集落形成细胞具有自我增殖能力。4.1.3高增殖活性集落开始成细胞(HPP—CFC) McMiece等在人骨髓造血祖细胞中也发现了这种具有小鼠HPP—CFC相同活性的人高增殖活性集落形成细胞。

4.2 间接鉴定的集落形成细胞长期骨髓培养法(I TBMC)和长期培养起始细胞(LTCIC) 骨髓细咆中含有基质细胞的祖细咆和造血细胞的祖细胞，基质祖细胞能够贴壁生长．形成融台的基质层，其中有纤维母细胞、脂肪细胞、巨噬细胞以及一些上皮细胞；而造血原始祖细胞嵌在基质层细胞中并进行增生，这样我们就可以利用半固体培养方法定期测定长期培养体系上清液中CFU—GM 集落形成活性，但并不能测定原始造血租细胞的数量。[5]

5.造血干细胞展望

造血干细胞在临床应用的深远意义已毋庸置疑。HSC 是首先被应用于临床治疗的一群干细胞。由于它们具有自我更新、多向分化、来源相对广泛、采集和体外处理容易等特点, 使它们具有广阔的应用前景。科学家们已经对其在血液病治疗方面的实际应用进行了较为深入的研究与尝试。[6]HSC 发生的研究给理解血液系统疾病的发病机制提供了一个新视角，“例如CML 患者中为何会在血管内皮细胞也检测到BCR-ABL 基因的表达，细胞的恶性转变是否发生在比HSC 更早的阶段。”同样，HSC 前体细胞的研究也可能为需要进行骨髓移植的患者提供新的干细胞来源，成血血管干细胞和造血内皮是否也可以作为HSC 的新来源，或者为HSC 的体外扩增提供有力的支持.科学家已经用骨髓干细胞培育出了肾脏组织、肝脏组织、肌肉细胞、神经细胞等，这在器官移植手术中是一个重要突破。在不久的将来，人们有望利用患者自身的健康组织干细胞，诱导分化病损组织的功能细胞，从而达到治疗各种组织坏损性疾病的目的，既可克服由于异体细胞移植的免疫排斥，又可以克服胚胎细胞来源的不足以及其他社会伦理道德上和法律上的问题。

参考文献

[1] 田丰, 刘爱莲.AGM区与胚胎期造血.中国实验血液学杂志.2005.13( 1) : 164-168

[2] 陈智超.造血干细胞的生物学特征及其鉴定.临床内科杂志.2000,11.17 (6): 325-326

[3]徐群,武正炎.造血干细胞采集、分离与冻存的研究.南京医科大学学报.2001,5.21(3):255

[4] 王立生,吴祖泽,贫福初.造血干细胞分离纯化的研究进展.高技术通讯.1994.1.34-35

[5] 邱丽玲,毛秉智等.人类造血干细胞研究进展.基础医学.1995.9（1）：25-27

[6] 刘祥箴,郭宁,诸江.造血干细胞发生的研究进展.内科理论与实.2010.5（1）：87

[7] 安利国主编.细胞工程（第二版）.科学出版社.2010，8：130