《造血干細(xì)胞》課件

1、造血干細(xì)胞課件造血干細(xì)胞的定義： 造血干細(xì)胞（Hematopoietic Stem Cell,HSC)是一小群具有高度的自我復(fù)制和多向分化潛能的最原始的造血細(xì)胞。 通俗地講，造血干細(xì)胞是指尚未發(fā)育成熟的細(xì)胞，是所有造血細(xì)胞和免疫細(xì)胞的起源。因此是多功能干細(xì)胞，醫(yī)學(xué)上稱(chēng)其為“萬(wàn)用細(xì)胞”，也是人體的始祖細(xì)胞。 干細(xì)胞是具有自我復(fù)制和多向分化潛能的原始細(xì)胞，是機(jī)體的起源細(xì)胞，是形成人體各種組織器官的祖宗細(xì)胞。 特征造血干細(xì)胞有兩個(gè)重要特征： 其一，高度的自我更新或自我復(fù)制能力； 其二，可分化成所有類(lèi)型的血細(xì)胞。分裂方式 正常情況下，造血干細(xì)胞經(jīng)過(guò)不對(duì)稱(chēng)性有絲分裂成兩個(gè)子代細(xì)胞。其中一個(gè)仍維持造血干細(xì)

2、胞的全部特征，即自我更新(self-renewal)。自我更新使得干細(xì)胞池的大小(干細(xì)胞數(shù)量)和質(zhì)量維持不變，因而又稱(chēng)為自我維持(self-maintenance)。另一個(gè)子細(xì)胞可能由于基因表達(dá)模式發(fā)生改變而使得細(xì)胞特征出現(xiàn)變化，從而逐步走上分化的道路。 現(xiàn)已知道，造血干細(xì)胞不是純一的細(xì)胞群體，而是由不同年齡等級(jí)的干細(xì)胞組成。這些不同年齡等級(jí)的干細(xì)胞的表面抗原、免疫表型和粘附分子的表達(dá)不一，生物學(xué)特性也有一定的差異。造血原理 人類(lèi)造血干細(xì)胞首先出現(xiàn)于胚齡第23周的卵黃囊，在胚胎早期（第23月）遷至肝、脾，第5個(gè)月又從肝、脾遷至骨髓。在胚胎末期一直到出生后，骨髓成為造血干細(xì)胞的主要來(lái)源。具有多潛

3、能性，即具有自身復(fù)制和分化兩種功能。在胚胎和迅速再生的骨髓中，造血干細(xì)胞多處于增殖周期之中；而在正常骨髓中，則多數(shù)處于靜止期（G0期），當(dāng)機(jī)體需要時(shí)，其中一部分分化成熟，另一部分進(jìn)行分化增殖，以維持造血干細(xì)胞的數(shù)量相對(duì)穩(wěn)定。 人體血液中有多種血細(xì)胞，紅細(xì)胞、白細(xì)胞、血小板等，它們都是有壽命的，多則 120 天，少則 36 小時(shí)，不斷新陳代謝。它們均來(lái)自于一種始祖細(xì)胞，我們稱(chēng)它為造血干細(xì)胞。造血干細(xì)胞具有高度的自我更新、自我復(fù)制的能力，可分化生成各種血細(xì)胞。造血干細(xì)胞有很強(qiáng)的再生能力，失血或捐獻(xiàn)造血干細(xì)胞后，可刺激骨髓加速造血， 1-2 周內(nèi)，血液中各種成分可恢復(fù)到原來(lái)水平。 適齡、健康的志愿者

4、捐獻(xiàn)造血干細(xì)胞后，由于血細(xì)胞數(shù)量減少，會(huì)促使骨髓把儲(chǔ)備的白細(xì)胞釋放，并刺激骨髓造血功能，促使血細(xì)胞的生成，不會(huì)影響身體健康。 造血干細(xì)胞進(jìn)一步分化發(fā)育成不同血細(xì)胞系的定向干細(xì)胞。定向干細(xì)胞多數(shù)處于增殖周期之中，并進(jìn)一步分化為各系統(tǒng)的血細(xì)胞系，如紅細(xì)胞系、粒細(xì)胞系、單核-吞噬細(xì)胞系、巨核細(xì)胞系以及淋巴細(xì)胞系。造血干細(xì)胞的多向分化潛能 由造血干細(xì)胞分化出來(lái)的淋巴細(xì)胞有兩個(gè)發(fā)育途徑，一個(gè)受胸腺的作用，在胸腺素的催化下分化成熟為胸腺依賴性淋巴細(xì)胞，即T細(xì)胞；另一個(gè)不受胸腺，而受腔上囊（鳥(niǎo)類(lèi)）或類(lèi)囊器官（哺乳動(dòng)物）的影響，分化成熟為囊依賴性淋巴細(xì)胞或骨髓依賴性淋巴細(xì)胞，即B細(xì)胞。并分別由T、B細(xì)胞引起細(xì)

5、胞免疫及體液免疫。如機(jī)體內(nèi)造血干細(xì)胞缺陷，則可引起嚴(yán)重的免疫缺陷病。 造血干細(xì)胞來(lái)源一般造血干細(xì)胞來(lái)源于： 外周造血干細(xì)胞。 骨髓造血干細(xì)胞。 臍帶血造血干細(xì)胞。 胎盤(pán)來(lái)源造血干細(xì)胞不同來(lái)源造血干細(xì)胞的比較： 造血干細(xì)胞的表面標(biāo)志造血干細(xì)胞的分離純化造血干細(xì)胞的檢測(cè)方法造血干細(xì)胞的可塑性 造血干細(xì)胞的臨床應(yīng)用造血干細(xì)胞的表面標(biāo)志 造血干細(xì)胞在細(xì)胞大小上類(lèi)似于小淋巴細(xì)胞，細(xì)胞密度一般小于1.066g/ml。因此，至今仍不能單純從形態(tài)學(xué)上來(lái)識(shí)別造血干細(xì)胞。而要對(duì)造血干細(xì)胞進(jìn)行研究，首先必須能把它從造血組織中分離出來(lái)。最常用的方法就是利用造血干細(xì)胞表面的標(biāo)志蛋白對(duì)其進(jìn)行分離。 人的造血干細(xì)胞表面標(biāo)志

6、包括CD34+、CD38、Lin、Thy-1+、Sca-1+、HLA-DR+、LFA-1+、CD45RA、CD71等。人類(lèi)造血干細(xì)胞還對(duì)5-氟脲嘧啶和4-氫過(guò)氧環(huán)磷酰胺有抗性。 在干細(xì)胞不同的分化階段，有不同的表面標(biāo)志表達(dá)，故不同的表面標(biāo)志已成為區(qū)分造血干細(xì)胞分化階段的重要標(biāo)志。 祖細(xì)胞的表面標(biāo)志為CD34+ Lin+ ，譜系特異性抗原包括粒系CD11、13、15、16；單核系CD14；B淋巴系CD19、20、21、22；T/NK系CD2、11、25、7、56；紅系CD47、59、71；巨核系CD31、41、42、61、63、107等。 CD34是人們普遍認(rèn)同的造血干祖細(xì)胞的代表性表面標(biāo)志，隨

7、細(xì)胞分化成熟逐漸減少甚至消失。CD34抗原分子量為105120KD，為高度糖基化的I型跨膜糖蛋白。CD34+造血細(xì)胞是一組異質(zhì)性細(xì)胞群體，可進(jìn)一步分化為CD34+ CD38+和CD34+ CD38-兩個(gè)亞群。CD34+細(xì)胞群中90為祖細(xì)胞，極少為造血干細(xì)胞。 雖然CD34+細(xì)胞不全是造血干細(xì)胞，但是造血干細(xì)胞應(yīng)全部表達(dá)CD34分子，所以通過(guò)篩選CD34+細(xì)胞至少可以使造血干細(xì)胞得到富集。隨著造血干細(xì)胞的分化成熟，CD34表達(dá)水平逐漸下降，成熟血細(xì)胞（Lin+）不表達(dá)CD34。 而最近的一些研究顯示，CD34+Lin-造血細(xì)胞又起源于CD34-Lin-。CD34表面標(biāo)志從無(wú)到有，又從有到無(wú)，充分

8、顯示了造血干/祖細(xì)胞產(chǎn)生、發(fā)育、分化和成熟的全過(guò)程。造血干細(xì)胞的分離純化 近年來(lái)，造血干細(xì)胞表面標(biāo)志研究的發(fā)展豐富了干細(xì)胞分離純化的手段。根據(jù)造血干細(xì)胞的表面標(biāo)志，可通過(guò)免疫細(xì)胞化學(xué)、流式細(xì)胞儀、分子雜交和PCR等多種細(xì)胞生物學(xué)和分子生物學(xué)手段來(lái)檢測(cè)造血干細(xì)胞。正如上述所提及的，現(xiàn)大多仍然基于對(duì)CD34+細(xì)胞的富集來(lái)篩選造血干細(xì)胞。 通常先利用密度梯度離心等方法去除待分離物中的紅細(xì)胞和成熟粒細(xì)胞等成分，獲得單個(gè)核細(xì)胞，從而使CD34+細(xì)胞初步富集；然后利用CD34分子特異的抗體標(biāo)記單個(gè)核細(xì)胞，通過(guò)熒光激活細(xì)胞分選(fluorescence activated cell sorting, FAC

9、S)、流式細(xì)胞儀分離、免疫吸附系統(tǒng)（包括淘洗技術(shù)、免疫吸附柱層析、免疫磁珠等）等方法將被標(biāo)記的CD34+細(xì)胞與未被標(biāo)記的CD34細(xì)胞分離開(kāi)來(lái)，即獲得純化的CD34+細(xì)胞。 其中，F(xiàn)ACS系統(tǒng)造血干細(xì)胞（CD34+）分選純度達(dá)到95%，但是，成本較高，儀器也較貴，而免疫磁珠分離系統(tǒng)分離量大，分離純度和細(xì)胞質(zhì)量也能夠滿足臨床要求，已經(jīng)被臨床工作者接受。造血干細(xì)胞的可塑性 一種成體干細(xì)胞可以生成另一個(gè)組織的特化細(xì)胞的能力，即成體干細(xì)胞具有一定跨系、甚至跨胚層分化的特性，稱(chēng)其為干細(xì)胞的可塑性，又被稱(chēng)為成體干細(xì)胞的橫向分化。橫向分化的發(fā)現(xiàn)在干細(xì)胞研究中具有革命性意義。它打破了用于臨床治療的干細(xì)胞只能來(lái)源

10、于胚胎或受精卵的限制，為干細(xì)胞治療疾病提供了新途徑。 造血干細(xì)胞的可塑性是指除可以分化為各系血細(xì)胞外，還可以分化為多種非造血組織的細(xì)胞，如神經(jīng)細(xì)胞、骨骼肌細(xì)胞、心肌細(xì)胞、肝臟細(xì)胞、血管內(nèi)皮細(xì)胞以及多種組織的上皮細(xì)胞等。目前對(duì)造血干細(xì)胞多向分化的機(jī)制仍不清楚，對(duì)這一機(jī)制的探討以及對(duì)造血干細(xì)胞定向分化的調(diào)控將大大擴(kuò)展其在臨床上的應(yīng)用。因?yàn)檫@不僅可以繞過(guò)用人的胚胎干細(xì)胞作為移植治療的細(xì)胞來(lái)源，而且可以減輕異基因移植帶來(lái)的免疫排斥問(wèn)題。造血干細(xì)胞移植 造血干細(xì)胞是血液成分之一，是生成各種血細(xì)胞的最起始細(xì)胞，存在于骨髓、胚胎肝、外周血及臍帶血中。它既具有高度自我更新能力，又具有進(jìn)一步分化各系統(tǒng)祖細(xì)胞的能

11、力。近代輸血就利用這兩種能力，對(duì)受血者用放射或大劑量化學(xué)藥物使其免疫系統(tǒng)受抑再輸入獻(xiàn)血者的造血干細(xì)胞，讓它在受血者骨髓內(nèi)定居下來(lái)，分化增殖，這即是造血干細(xì)胞移植。 自體造血干細(xì)胞的移植 造血干細(xì)胞移植包括: 骨髓移植（骨髓移植（BMT）胎肝造血細(xì)胞移植胎肝造血細(xì)胞移植外周血干細(xì)胞（外周血干細(xì)胞（PBSC）移植移植臍帶血造血細(xì)胞移植臍帶血造血細(xì)胞移植造血干細(xì)胞移植 BMT是臨床最常用的造血干細(xì)胞移植。臨床分為同基因BMT（SBMT）、異基因BMT（ALLO-BMT）及自身BMT（ABMT）三種類(lèi)型。前兩種主要用于腫瘤性血液病，遺傳性血液病及某些代謝性疾病，而自身BMT多用于白血病和實(shí)體瘤患者。臍

12、血可用于同基因或異基因移植，也可用于自身造血重建，凡符合BMT適應(yīng)癥的病均可用臍帶血移植代替。人胎肝造血細(xì)胞臨床應(yīng)用方式有兩種，一種為胎肝細(xì)胞輸注（FLCI），另一種是胎肝移植（FLT）。 綜合文獻(xiàn)報(bào)道，用胎肝細(xì)胞輸注的疾病有再障，白血病、陣發(fā)性睡眠性血紅蛋白尿癥、范可尼貧血、急性粒細(xì)胞缺乏癥、重癥肝炎或失代償期的肝硬化、化療中的實(shí)體瘤，腎性貧血等。 胎肝移植治療的疾病有重癥聯(lián)合免疫缺陷病、白血病、再障、地中海貧血、晚期淋巴瘤、急性放射病等。胎肝細(xì)胞用于臨床由于取材方便，輸注安全，不發(fā)生嚴(yán)重的移植物抗宿主病，故顯示一定的前景。 外周血肝細(xì)胞移植的臨床應(yīng)用報(bào)道有治療急性白血病、慢性粒細(xì)胞性白血病

13、及惡性腫瘤。與骨髓、胚胎肝的造血干細(xì)胞移植相比，外周血肝細(xì)胞移植的優(yōu)點(diǎn)是造血及免疫功能重建早；放射線的敏感性低，受體內(nèi)植入率高；自身外周血?dú)埓婺[瘤細(xì)胞比骨髓少；采集方便、不需骨髓穿刺，易被接受。 由于移植免疫學(xué)的進(jìn)展，人類(lèi)造血干細(xì)胞移植已進(jìn)入一個(gè)新的發(fā)展階段，它已成為細(xì)胞工程學(xué)中的一個(gè)重要組成部分。 繼1988年第一例應(yīng)用人類(lèi)臍帶血移植治療貧血癥成功后，臍帶血因其免疫抗原性較弱的特點(diǎn)，被認(rèn)為是極具潛力的自骨髓來(lái)源和外周血來(lái)源后，第三種造血干細(xì)胞移植的來(lái)源。值得一提的是，輸入的造血干細(xì)胞的數(shù)量多少，是影響造血干細(xì)胞移植成功率的因素之一。臨床應(yīng)用表明輸入的量越大，成功移植率越高?！凹~約血液中心”（

14、NYBC）的國(guó)家臍帶血庫(kù)報(bào)道的異基因臍帶血造血干細(xì)胞移植的參考標(biāo)準(zhǔn)為10107/kg。同時(shí)，臍血移植中有核細(xì)胞數(shù)量不是一個(gè)影響療效的獨(dú)立因素，HLA完全相合可以補(bǔ)償細(xì)胞數(shù)量低的影響。 自體移植目前尚無(wú)參考標(biāo)準(zhǔn)，但自體移植標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)低于異體移植標(biāo)準(zhǔn)。因此，自體庫(kù)最低入庫(kù)標(biāo)準(zhǔn)的干細(xì)胞數(shù)理論上可以治療30公斤左右的病人（相當(dāng)于10周歲兒童的體重）。 臍帶血造血干細(xì)胞庫(kù)自體庫(kù)細(xì)胞數(shù)的平均值為6.0108時(shí)，理論上可以滿足80公斤左右的患者移植應(yīng)用。 有了造血干細(xì)胞移植的支持，臨床醫(yī)生就可以使用超大劑量的放療、化療，最大限度地清除患者體內(nèi)的癌細(xì)胞，然后植入造血干細(xì)胞重建被破壞的造血和免疫系統(tǒng)。隨著臨床和基礎(chǔ)

15、研究的發(fā)展，為其他器官的移植奠定基礎(chǔ)，又是造血干細(xì)胞移植作為支持治療的另一個(gè)方面。異基因造血干細(xì)胞移植后，可在受者體內(nèi)誘導(dǎo)形成供者-受者嵌合體，使受者產(chǎn)生對(duì)供者特異的、終生的耐受。這樣，在進(jìn)行組織或器官移植，就可以降低免疫排斥發(fā)生的強(qiáng)度，從而提高移植物的存活率。 此外，通過(guò)對(duì)自體造血干細(xì)胞進(jìn)行遺傳修飾后，使其缺陷基因的功能得到補(bǔ)充，也可以用于再生障礙性貧血、地中海貧血等骨髓造血功能衰竭和某些先天遺傳性疾病或代謝系統(tǒng)疾病的移植治療，而且繞過(guò)了免疫排斥的問(wèn)題。通過(guò)基因修飾，還可以賦予干細(xì)胞及其子代細(xì)胞新的特性，如轉(zhuǎn)入多藥耐藥基因MDR可使其抵抗化療帶來(lái)的清髓效應(yīng)；導(dǎo)入某種基因使其可抵抗HIV的感染

16、等。 隨著造血干細(xì)胞及其細(xì)胞工程的飛速發(fā)展，造血干細(xì)胞已不再是傳統(tǒng)意義上的CD34+ CD38-細(xì)胞或更早發(fā)育的細(xì)胞，胚胎干細(xì)胞或體內(nèi)其他組織來(lái)源的干細(xì)胞，如肌肉干細(xì)胞、神經(jīng)干細(xì)胞等也可能作為造血細(xì)胞工程的種子細(xì)胞。造血干細(xì)胞和非造血干細(xì)胞聯(lián)合移植將有可能用于器官再生。 造血干細(xì)胞移植是現(xiàn)代生命科學(xué)的重大突破。造血干細(xì)胞移植可治療惡性血液病，部分惡性腫瘤，部分遺傳性疾病等 75 種致死性疾病。包括急性白血病、慢性白血病、骨髓增生異常綜合征、造血干細(xì)胞疾病、骨髓增殖性疾病、淋巴增殖性疾病、巨噬細(xì)胞疾病、遺傳性代謝性疾病、組織細(xì)胞疾病、遺傳性紅細(xì)胞疾病、遺傳性免疫系統(tǒng)疾病、遺傳性血小板疾病、漿細(xì)胞

17、疾病、地中海貧血、非血液系統(tǒng)惡性腫瘤、急性放射病等。造血干細(xì)胞與基因治療 自人類(lèi)首例基因治療臨床實(shí)驗(yàn)實(shí)施以來(lái)，基因治療的基礎(chǔ)與臨床應(yīng)用研究在世界各地蓬勃發(fā)展起來(lái)。基因治療是將外源基因轉(zhuǎn)入靶細(xì)胞，通過(guò)在患者體內(nèi)表達(dá)，糾正或治療疾病的過(guò)程，在單基因遺傳病、惡性腫瘤、嚴(yán)重免疫缺陷及感染性疾病的治療中具有廣闊的前景。 造血干細(xì)胞由于取材容易、易于體外培養(yǎng)、易于植回患者體內(nèi)并存活以及自我更新能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，是基因治療理想的靶細(xì)胞之一。將外源基因轉(zhuǎn)入從患者體內(nèi)采集的造血干細(xì)胞，回輸給患者后，通過(guò)在體內(nèi)表達(dá)而治療疾病。然而造血干細(xì)胞是靜止的，而且很少分裂，因此探尋能夠攜帶治療性基因并且具有良好轉(zhuǎn)染效果的載體是需要研究