造血干细胞的发育调控.pptx

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,#,造血干细胞的发育调控,造血干细胞的发育调控,第1页,造血（,hematopoiesis,）,造血干细胞,(hematopoietic stem cell),分化为早期祖细胞,(primitive progenitor cell),，经大量增殖分化成为晚期祖细胞,(late progenitor cell),，然后再分化为含有特异形态、骨髓中不一样系别前体细胞,(precursor cell),，最终分化成为各类含有生理功效血细胞整个过程称为,“,造血,”,。,造血干细胞的发育调控,第2页,骨髓中各类前体细胞是各系祖细胞分化走向成熟过渡形态。,造血不包含成熟血细胞在体内储存、释放、分配和凋亡过程。,造血干细胞的发育调控,第3页,第一节 造血器官,人体造血器官是生成血液器官。,起源于,中胚叶,，主要包含,骨髓、胸腺、淋巴结、肝脏,和,脾,等。,造血过程分为,胚胎期造血,和,出生后造血。,造血干细胞的发育调控,第4页,一、胚胎期造血器官,人类血液细胞首先在卵黄囊中形成，肝、脾、胸腺和骨髓均参加造血,依据发育过程中造血中心转移，胚胎期造血分为三个时期：,卵黄囊造血期,、肝造血期,、骨髓造血期,造血干细胞的发育调控,第5页,1.,卵黄囊造血期,（中胚叶造血期）,始于人胚胎,3周,左右，卵黄囊壁上,中胚层细胞,开始分化聚集成团，称为,血岛,（,blood island,）。血岛是人类最初造血中心。,造血干细胞的发育调控,第6页,血岛外周细胞分化为,血管内皮细胞。,血岛中央细胞形成,多能造血干细胞,，继尔分化成,幼稚红细胞,，以后大量多能造血干细胞迁移至肝、脾、骨髓和淋巴组织继续增殖、分化为,干细胞,。,胚胎,2个月后，卵黄囊逐步退化、萎缩,，被肝、脾取代其造血功效。,造血干细胞的发育调控,第7页,2,肝造血期,始于胚胎第,6周，是卵黄囊血岛造血干细胞移植到肝脏结果，以造,红细胞,为主，后期可生成,粒细胞,和,巨核细胞,。,肝脏是胚胎25个月造血中心，连续至第7个月时，逐步被骨髓造血替换。,另外脾、胸腺、淋巴结等也参加造血。,造血干细胞的发育调控,第8页,3,骨髓造血期,自胚胎第,14周,骨髓开始造血，,5个月,以后成为胚胎期造血中心。,骨髓中造血干细胞起源于,肝,、,脾,，可维持终生。,胚胎期骨髓主要生成,红细胞,、,粒细胞,和,巨核细胞,，也生成,淋巴细胞,和,单核细胞,。,造血干细胞的发育调控,第9页,胚胎期造血三个时期不能截然分开，此消彼长，互为交织。,造血干细胞的发育调控,第10页,二、出生后造血,出生后造血主要靠,骨髓,。,在正常情况下骨髓是唯一能产生红细胞、粒细胞和血小板场所，也生成淋巴细胞和单核细胞。,脾,和,淋巴结,为终生制造,淋巴细胞,器官。,造血干细胞的发育调控,第11页,1,骨髓,骨髓是位于骨髓腔内海绵样胶状组织，有,红骨髓,和,黄骨髓,之分。,婴幼儿骨髓几乎都参加造血，即全为红骨髓。,约从5岁开始，长骨髓腔内出现脂肪细胞，随年纪增加，长骨远端红骨髓转化为黄骨髓。,成人红骨髓和黄骨髓约各占,50%,，但黄骨髓仍有造血潜能，当机体需要时又,转变,为红骨髓而参加造血。,造血干细胞的发育调控,第12页,2.,淋巴器官,分为,中枢淋巴器官,和,周围淋巴器官,。,中枢淋巴器官,主要包含,胸腺,和,骨髓,，主导淋巴细胞产生、增殖、分化和成熟。,周围淋巴器官,主要包含,淋巴结、脾、肠粘膜相关淋巴组织,等，是淋巴细胞聚集和免疫应答发生场所。,造血干细胞的发育调控,第13页,3.,髓外造血,正常情况下，胎儿出生,2,个月以后，骨髓以外组织如肝、脾淋巴结等不再制造红细胞、粒细胞和血小板。,但在一些病理情况下，如骨髓纤维化、骨髓增生性疾病及一些贫血，这些组织又恢复造血功效（常可造成对应器官肿大），称为髓外造血。,造血干细胞的发育调控,第14页,一、造血细胞生长发育,是一个连续不停复杂过程，造血器官内各种造血细胞在造血微环境中经过细胞与细胞之间相互作用，在各种细胞因子诱导下，按一定规律发育成为各种成熟血细胞，然后释放入血循环中。,第二节,造血,干,/,祖,细胞生长发育、,特征以及,造血调控,造血干细胞的发育调控,第15页,（一）基础过程,造血细胞生长发育包含,增殖、分化、成熟,和,释放,四个方面。,各种调整原因控制该过程，维持血细胞数量和质量稳定。,造血干细胞的发育调控,第16页,造血细胞增殖（,proliferation,）,是指血细胞经过分裂而使其数量增加过程。有丝分裂是造血细胞主要增殖方式,。,造血干细胞的发育调控,第17页,造血细胞分化（,differentiation）,细胞发育过程中失去一些潜能而取得新功效过程，即由多潜能转变为单潜能过程。,分裂后细胞在形态和功效上产生新特征，,分化过程是不可逆,。,造血干细胞的发育调控,第18页,造血细胞成熟（,maturation）,造血干细胞定向分化，从原始经幼稚到成熟细胞发育过程。血细胞越成熟其形态越易识别，功效也日趋完善。成熟血细胞在骨髓内经过“髓血屏障”释放入血循环中。,造血干细胞的发育调控,第19页,（二）造血细胞生长发育阶段,依据造血,细胞功效和形态特征，造血细胞生长发育阶段可分为：,造血干细胞、,造血祖细胞、,原始及幼稚细胞,造血干细胞的发育调控,第20页,造血干细胞阶段,造血祖细胞阶段,原始及幼稚细胞阶段,成熟细胞,造血干细胞的发育调控,第21页,二、造血干祖细胞,干细胞（,stem cell）,是含有自我复制和多向分化能力细胞。,早期胚胎中原始生殖细胞即胚胎干细胞，含有广泛发育和分化潜能，称为,全能干细胞（,totipotent hematopoietic stem cell,，,THSC）。,胚胎干细胞分化为各类组织干细胞，造血组织中存在造血干细胞、血管干细胞和间质干细胞。,造血干细胞的发育调控,第22页,（一）造血干细胞,造血干细胞,又称,多能干细胞,，由中胚层细胞分化而来，是各种血细胞始祖，含有高度自我更新、多向分化和增殖能力，而且在造血组织中含量极少，其形态酷似小淋巴样细胞而难以识别。,造血干细胞的发育调控,第23页,1.造血干细胞基础特征,（,1,）自我更新,即细胞经过有丝分裂产生两个子代细胞与亲代细胞含有相同特征。造血干细胞自我更新是维持其数量平衡基础，亦称,自我维持,。高度自我更新能力是造血干细胞最基础生物学特征之一。,造血干细胞的发育调控,第24页,（,2,）,造血干细胞静止状态,干细胞,95%,以上细胞处于,G0,期静止状态，不进行,DNA,合成和有丝分裂，当机体发生缺氧、感染、失血和创伤等应激状态时，干细胞从静止进入增殖数量增加，以满足机体对造血需求。,造血干细胞的发育调控,第25页,（,3,）,造血干细胞全能性（,多向分化）,分化是,不可逆,，一旦定向分化为某种祖细胞，就不可能再变成其它祖细胞。,造血干细胞在特定条件下能够分化成红细胞、粒细胞、单核细胞、血小板、组织嗜碱细胞、T淋巴细胞、B淋巴细胞及自然杀伤细胞等祖细胞。,造血干细胞的发育调控,第26页,（,4,）,造血干细胞不均一性,造血干细胞有增殖态与静止态之分，而且不停地在静止和增殖态之间转换。造血干细胞代龄（有丝分裂次数）不一样组成了干细胞群体代龄结构，形成干细胞不均一性。,造血干细胞的发育调控,第27页,2,造血干细胞检测,单个细胞在生物体内有能力长久重建造血是判断该细胞为造血干细胞“金标准”。,造血干细胞数量极少，形态上不能区分，,干细胞抗原性弱，仅有极少表面抗原。,造血干细胞的发育调控,第28页,（,1）脾集落测试法,1961年Till等首先采取体内试验小鼠脾集落形成间接证实了造血干细胞存在：,将受体小鼠以致死剂量射线照射后，破坏全部造血细胞，,再输以供体骨髓或血液，小鼠能存活，并在受体小鼠脾中形成红系、粒系、巨核系细胞结节，这些都是由单个细胞增殖分化而来，即脾集落形成单位（,CFU-S）；,将脾结节细胞静脉注射给受体小鼠，该小鼠也能存活。证实了骨髓或血液中存在血液细胞祖先细胞。,造血干细胞的发育调控,第29页,（,2）单克隆抗体法,利用,FACS自动细胞分选系统分选出CD34,+,CD38,+,及,CD34,+,CD38,亚群细胞，在无血清体系中加入各种细胞因子（如,SCF、IL-3、IL-6、GM-CSF及Epo）刺激，结果表明，CD34,+,CD38,单个细胞可形成原代集落，并可向红系、粒系、巨噬系、巨核系等 细胞分化。,CD34,+,CD38,细胞性能靠近于造血干细胞，同时也证实了造血干细胞含有多向分化能力。,造血干细胞的发育调控,第30页,（,3,）,造血干细胞表面标识,流式细胞仪检测,CD34,+,细胞含有长久重建造血能力；,CD34,+,CD38,细胞比,CD34,+,细胞含有更强长久造血能力；,AC 133,+,细胞也被认为是早期造血细胞标志。,造血干细胞的发育调控,第31页,（二）造血祖细胞,造血干细胞深入分化为各种,造血祖细胞,（,hematopoietic progenitor cell）。,造血祖细胞是一类由造血干细胞分化而来，但失去自我更新能力过渡性、增殖性细胞群，过去称为,定向干细胞,。,造血干细胞的发育调控,第32页,造血祖细胞依据其分化能力，可分为,多向祖细胞,和,单向祖细胞。,多向祖细胞可深入分化 为单向祖细胞。,经过体外造血细胞半固体培养证实了造血祖细胞存在。,造血干细胞的发育调控,第33页,红细胞爆式集落形成单位,（,BFU-E,）,红细胞祖细胞体外培养,红细胞集落形成单位,(CFU-E),造血干细胞的发育调控,第34页,（三）造血干祖细胞临床应用,造血干祖细胞移植主要应用于：,1.血液系统恶性肿瘤，如急、慢性白血病等,；,2.血液系统非恶性肿瘤性疾病，如再生障碍性贫血、异常血红蛋白病、Fanconi贫血、难治性贫血等；,3.实体肿瘤化疗后造血重建，如乳腺癌、卵巢癌、神经母细胞瘤等；,4.其它，如重症联合免疫缺点症、本身免疫性疾病、基因治疗等。,造血干细胞的发育调控,第35页,三、造血调控,造血细胞增殖、分化受控于不一样调控系统，以保持各种血细胞数量和质量相对稳定。其中细胞因子调控占主要地位。,细胞因子（,cytokines）,是一组基因编码低分子量蛋白质细胞外信号分子，有是糖蛋白，有则不含糖基，在机体内含量极低，半衰期短，主要功效是在细胞间传递信息，从而影响造血活动。,造血干细胞的发育调控,第36页,（一）,集落刺激因子类,(colony-stimulating factors,CSFs),主要有以下几个：,1.红细胞生成素（erythropoietin，EPO）,刺激红系祖细胞增殖和分化，以提升红细胞数量。,2.粒细胞集落刺激因子(G-CSF),除促进粒系祖细胞形成集落外，G-CSF可诱导一些白血病细胞株分化成熟,，激活中性粒细胞吞噬功效。,3.,粒巨噬细胞集落刺激因子,(GM-CSF),除了促进中性粒细胞、单核细胞祖细胞增殖、分化,成熟外，对成熟细胞也产生作用。,造血干细胞的发育调控,第37页,4.巨噬细胞集落刺激因子（M-CSF）,促进单核系祖细胞增殖和分化，激活巨噬细胞吞噬和分泌功效。,5.多系集落刺激因子（multi-CSF）,促进多系集落生长。,6.血小板生成素（thrombopoietin,TPO）,促进巨核细胞集落形成。,造血干细胞的发育调控,第38页,（二）白细胞介素,（,interleukin,IL),白细胞介素主要是白细胞产生信号分子，不但在免疫系统中传递信息，同时也参加造血系统造血调控。,造血干细胞的发育调控,第39页,（三）其它细胞因子,1.干细胞因子（stem cell factor,SCF）,又称肥大细胞生长因子,促进肥大细胞生长；协同促进造血干祖细胞增殖、分化。,2FLT-3配基(FLT-3 ligand,FL),诱导处于静止期造血干祖细胞进人细胞周期，促进其扩增。,造血干细胞的发育调控,第40页,1,原癌基因,如：,c-myc,基因、,ras,相关基因、,c-abl,基因、,bcl-2,基因、,c-kit,基因等。,（四）造血基因调控,原癌基因编码产物可为：细胞因子、细胞因子受体、细胞内蛋白激酶、细胞内信号传递分子及转录因子等。,造血干细胞的发育调控,第41页,2.,抑癌基因,如：,p53,基因、,WT1,基因、,NF1,基因、,DCC,、,Rb,基因等。抑癌基因编码产物通常为细胞增殖负调整因子，抑制细胞增殖、诱导终末分化、维持基因稳定、诱导细胞凋亡等。,3.,转录因子参加信号转导调控,造血干细胞的发育调控,第42页,对造血中基础基因调控机制,仍存在若干悬念有待研究：,（,1,）怎样在细胞周期,G1,与,G0,之间往返转换，并保持绝大多数细胞处于,G0,静止状态,?,（,2,）干细胞不对称有丝分裂在基因水平上是怎样实现,?,（,3,）干,/,祖细胞基因怎样调控各类受体表示，以接收造血微环境中各种正负信号影响,?,（,4,）干细胞在基因水平怎样调控向淋巴系或髓系分化,?,祖细胞基因怎样决定分化方向,?,怎样保持各系之间正常恒定百分比,?,造血干细胞的发育调控,第43页,第三节 造血干祖细胞体外培养技术,体内造血干祖细胞在一个极复杂造血微环境中增殖、分化生成血液细胞。,体外造血祖细胞培养就是在体外模拟体内生理环境，将从机体中分离出造血祖细胞进行培养，使之生存、增殖分化。,造血干细胞的发育调控,第44页,造血祖细胞培养主要应用：,1,）检测造血祖细胞在骨髓、外周血和脐血中数量,2,）研究体外造血祖细胞类型、特征及生理意义,3,）利用人工培养条件易于严格控制特点，研究造,血调整；,4,）用于造血系统疾病发生机制，诊疗、预后判断、,疗效观察及治疗药品选择等方面研究。,造血干细胞的发育调控,第45页,一、造血干祖细胞体外培养基础条件,（一）细胞培养室条件,（二）培养支持物,（三）营养液,（四）细胞因子,（五）血清,造血干细胞的发育调控,第46页,二、造血干祖细胞体外培养,（一）造血祖细胞集落培养：,（,1,）分离培养细胞，制成单个核细胞悬液。,（,2,）配制培养体系：按百分比将培养液、细胞、血清、细胞因子加入到培养体系，混匀。,（,3,）将配制培养体系在,37,水浴,中保温,10min,。,（,4,）将琼脂等支持物煮沸融化（甲基纤维素不需加热）。,造血干细胞的发育调控,第47页,（,5,）待支持物降至,40,左右，加入培养体系并混匀。,（,6,）将混匀后培养体系加入培养皿或培养板孔内，普通平行做,3份。,（,7,）于,5%CO,2,、饱和湿度及,37,温箱内孵育。,BFU-E需14天,，,CFU-E需7天。,（,8,）观察结果。,造血干细胞的发育调控,第48页,（一）红系祖细胞诱导分化液体培养：,Medium,FBS,EPO,Stem cell factor,IL3,造血干细胞的发育调控,第49页,FVA CELLS:an,in vitro,system to study erythroblast differentiation,0h,12h,24h,44h,FVA cells:Briefly,10 days after infection with 10,4,spleen focus-forming units of the anemia-inducing strain of Friend leukemia virus(FVA),female CDF-1 mice were killed,and proerythroblasts(spleen origin)were purified and cultured.,Koury MJ,et al.J Cell Physiol 1984,121:526532.,Lee G,et al.Blood,101,1790-1797.,High amount of enucleating erythroblast cells produced.After 44 hours of culture,one can purify young reticulocytes and extruded nuclei.,One starts with highly synchronized erythroblasts,proerythroblasts,basophilic erythroblast,polychromatic erythroblast,Orthochromatic erythroblast and reticulocyte,Biggest advantages of this system:,造血干细胞的发育调控,第50页,