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1、第一篇造血细胞及其检验第一章现代造血理论 造血 hematopoiesis 是指血细胞的生成过程 造血干细胞在造血微环境中增殖 分化为各类血细胞 造血系统通过造血器官 造血干细胞 造血调控因子等组成的复杂网络来维持血液细胞的动态平衡 第一节造血器官和造血微环境 一 造血器官人体的造血器官是生成血液的器官起源于中胚叶 主要包括骨髓 胸腺 淋巴结 肝脏和脾等其造血过程分为胚胎期造血和出生后造血 一 胚胎期造血器官 人类的血液细胞首先在卵黄囊中形成 肝 脾 胸腺和骨髓均参与造血根据发育过程中造血中心的转移 胚胎期造血又分为三个时期 卵黄囊造血期 肝造血期 骨髓造血期 1 卵黄囊造血期 中胚叶造血期
2、始于胚胎3周左右 卵黄囊壁上的中胚层细胞开始分化聚集成团 称为血岛 bloodisland 血岛是人类最初的造血中心 血岛外周的细胞逐渐变长 分化为血管内皮细胞 血岛中央的细胞形成多能造血干细胞 继尔分化成幼稚红细胞 以后大量的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 卵黄囊逐渐退化 萎缩 被肝 脾取代其造血功能 2 肝造血期始于胚胎第6周 是卵黄囊血岛的造血干细胞移植到肝脏的结果 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2 5个月的造血中心 持续至第7个月时 逐渐被骨髓造血替代 此外脾 胸腺 淋巴结等也参与造血 胎肝造血的规律 造血细胞分布
3、在肝窦 肝细胞索之间 胎肝造血以幼稚红细胞为主 巨核细胞常与红系细胞在一起 胎肝造血细胞的密度随妊娠日期的不同而变化 证明肝造血在第15周以前为上升期 15 30周为旺盛期 24周以后为减退时期 至出生前停止 故肝造血为第二代造血 脾造血始于胚胎第3个月 主要生成红细胞 粒细胞 第5个月时产生淋巴细胞 单核细胞 而红细胞和粒细胞的产生逐渐减少 至出生时 脾已成为产生淋巴细胞的器官 胸腺在胚胎期主要产生淋巴细胞和少量红细胞 粒细胞 胚胎后期成为诱导和分化T淋巴细胞的器官 淋巴结在胚胎早期可产生红细胞 但时间很短 在胚胎4个月以后 成为终生制造淋巴细胞和浆细胞的器官 3 骨髓造血期自胚胎第14周骨
4、髓开始造血 5个月以后成为胚胎期的造血中心 骨髓中的造血干细胞来源于肝 脾的种植 可维持终生 胚胎期的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 胚胎期造血的三个时期是不能截然分开 而是此消彼长 互为交错 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 粒细胞和血小板的场所 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的器官 1 骨髓骨髓是位于骨髓腔内的海绵样胶状组织 有红骨髓和黄骨髓之分 婴幼儿的骨髓几乎都参与造血 即全为红骨髓 大约从5岁开始 长骨的髓腔内出现脂肪细胞 随年龄增长 长骨远端的红骨髓逐渐被脂肪组织代替转化为黄骨髓 到18
5、岁以后 红骨髓只限于颅骨 脊椎骨 肋骨 胸骨 骼骨以及长骨的近心端 因此 在作骨髓穿刺或活检时 成人可选择的部位是骼骨 棘突 胸骨等处 胫骨粗隆则只适用于2岁以下的幼儿 成人的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与造血 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括胸腺和骨髓 主导淋巴细胞的产生 增殖 分化和成熟 周围淋巴器官主要包括淋巴结 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的场所 1 胸腺 thymus 来自骨髓的淋巴干细胞经增殖和在胸腺素的作用下 诱导分化为免疫活性细胞 进人胸腺髓质 然后释放人血并迁移到外周淋
6、巴器官的胸腺依赖区成为胸腺依赖淋巴细胞即T细胞 青春期后 胸腺逐渐退化 被脂肪组织取代 2 淋巴结 lymphnode 淋巴结的外周部分为皮质 B细胞在淋巴结皮质区滤泡中央增殖 发育 皮质深层和滤泡间隙为副皮质区 富含由胸腺迁移而来的T细胞 又称胸腺依赖区 淋巴结中央部分为髓质 髓质区的B细胞 浆细胞及巨噬细胞集结构成髓索 3 脾脾切面大部分呈暗红色 称红髓 其中散布着许多灰白色小结节 为白髓 白髓是淋巴细胞的聚集处 在中央小动脉周围主要是T细胞 是脾的胸腺依区 白髓中的脾小结位于脾动脉周围淋巴鞘内一侧 内有生发中心 主要由B细胞构成 脾具有造血 储血及免疫等多种功能 是T B细胞分化成熟的主
7、要场所之一 3 髓外造血正常情况下 胎儿出生2个月以后 骨髓以外的组织如肝 脾淋巴结等不再制造红细胞 粒细胞和血小板 但在某些病理情况下 如骨髓纤维化 骨髓增生性疾病及某些贫血 这些组织又恢复造血功能 常可导致相应器官肿大 称为髓外造血 髓外造血是机体对血细胞的需求特别增高或对骨髓造血障碍的一种补偿 尤其常见于儿童 这种代偿作用有限且不完善 髓外造血部位除肝 脾 淋巴结外 也可以累及胸腺 肾 肾上腺 腹腔后脂肪及胃肠道 二 造血微环境 造血微环境 hematopoieticmicroenvironment 是指造血细胞生长 发育的内环境 由微血管系统 末梢神经 基质 基质细胞及基质细胞分泌的细
8、胞因子等组成 不仅是造血细胞的支架 还可通过细胞之间的相互作用和释放的细胞因子影响造血活动 一 骨髓微血管系统 骨髓微血管系统是造血微环境的重要组成部分 其功能在于向造血组织输送营养物质 排出代谢废物 从而有利于造血细胞的更新 毛细血管注人管腔膨大的静脉窦 再彼此沟通汇集成集合窦 最后进人中央静脉 静脉窦与集合窦 统称为骨髓血窦 是骨髓血管系统的核心结构 血窦 Sinusoid 是动脉毛细血管分成的不规则窦状腔隙 血窦内是成熟的血细胞 血窦之间则充以骨髓实质 造血索 主要是活跃的造血实质细胞 血窦壁是由连续的内皮细胞 颗粒状基底膜和外皮细胞所组成 其窦壁的薄厚是可变的 绝大多数的窦壁仅有一层内
9、皮细胞组成 平时无孔 当血细胞穿过内皮细胞时形成临时通道 不同造血功能的骨髓其微血管的结构不同造血功能旺盛时 骨髓血窦很丰富 窦壁孔隙增多 造血功能低下的骨髓 骨髓血窦减少 无造血功能的黄骨髓中 微血管呈毛细管状 骨髓的微血管系统通过调节物质与能量的交换 血细胞的释放 组织内的酸碱度 氧和二氧化碳分压等影响造血细胞的增殖和分化 二 骨髓神经 骨髓的神经来源于脊神经 其神经供应十分广泛 骨髓的全部动脉都伴有神经束 其分支缠绕于动脉壁呈网状 神经纤维终止于动脉壁的平滑肌纤维 骨髓小动脉上的交感神经纤维受延髓血管运动中枢的控制 但绝大多数的骨髓微血管床主要受血管活性物质的调节 骨髓神经的作用 1 通
10、过调节血管的舒缩 改变血窦的大小及血流速度的快慢等影响造血 2 神经分泌的体液因子可直接作用于造血细胞 3 基质细胞分泌的细胞因子调节造血功能 三 基质细胞及其分泌的调控因子 骨髓基质细胞包括成纤维细胞 内皮细胞 脂肪细胞和巨噬细胞等 它们通过与造血干细胞的密切接触起到支持和营养造血细胞的作用 各种基质细胞都有分泌细胞因子的功能 其分泌的生物大分子物质都与造血细胞的粘附有关 可粘附固定造血细胞 基质细胞还分泌多种细胞因子 如白细胞介素 FLT 3配基 干细胞因子 粒一巨噬细胞集落刺激因子 粒细胞集落刺激因子 巨噬细胞集落刺激因子等 这些细胞因子不仅直接作用于造血细胞 而且作用于基质细胞 改变基
11、质细胞的增殖和分泌状况 诱导其它细胞因子的生成 对造血细胞的增殖 分化和发育成熟起重要的调控作用 Goon 第二节造血细胞的生长发育和造血调控 一 造血细胞的生长发育胚胎造血组织的发育是血细胞发生 发育研究的基础 也是血液学研究必不可少前提 造血细胞的生长发育是一个连续不断的复杂过程 造血器官内的各种造血细胞在造血微环境中通过细胞与细胞之间的相互作用 在各种细胞因子的诱导下 按一定的规律发育成为各种成熟的血细胞 然后释放入血循环中 一 造血细胞生长发育的概念 造血细胞的生长发育包括增殖 分化 成熟和释放四个方面 造血细胞的增殖是指血细胞通过分裂而使其数量增加的过程 有丝分裂是造血细胞的主要增殖
12、方式 母细胞有丝分裂后形成的子细胞同时都倾向分化成熟 子细胞还可进一步增殖 每增殖一次就越倾向于进一步分化 一般来讲 一个原始细胞到成熟细胞可经过4 5次分裂 如1个原始红细胞可产生32个或64个成熟红细胞 而巨核细胞的增殖 连续双倍增殖DNA 与其他系统血细胞的增殖方式不同 每增殖一次 核增大一倍 但胞质并不分裂 属多倍体细胞 形态上也表现为从原始到成熟胞体逐渐变大 造血细胞的分化 differentiation 是指细胞发育过程中失去某些潜能又获得新的功能的过程 即由多潜能转变为单潜能的过程 分裂后的细胞在形态和功能上产生了新的特征 分化过程是不可逆的 造血细胞的成熟 maturation
13、 是细胞从造血干细胞定向分化后 从原始经幼稚到成熟的细胞发育过程 血细胞越成熟其形态越易辨认 功能也日趋完善 成熟的血细胞在骨髓内通过 髓血屏障 释放入血循环中 各种调节因素控制着血细胞的增殖 分化 成熟和释放 从而维持血细胞数量和质量的稳定 二 造血细胞生长发育的过程 根据造血细胞的功能和形态特征 造血细胞的生长发育过程可为 造血干细胞 造血祖细胞 原始及幼稚细胞三个阶段 原始及幼稚细胞阶段的细胞是在骨髓涂片中从形态学上可以辨认各系各阶段的血细胞 造血干细胞阶段 造血组细胞阶段 原始及幼稚细胞阶段 成熟细胞 二 造血干 祖细胞 干细胞 stemcell 是具有自我复制和多向分化能力的细胞 早
14、期胚胎中的原始生殖细胞即胚胎干细胞 具有广泛的发育和分化潜能 称为全能干细胞 totipotenthematopoieticstemcell THSC 胚胎干细胞可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 一 造血干细胞 造血干细胞 hematopoieticstemcell HSC 的概念于20世纪初就有人提出 但当时的含义不甚明确 研究内容模糊不清 直至发现了脾集落形成单位之后 造血干细胞在六七十年代引起了人们的关注 随着新技术的发展 造血干细胞在临床应用等方面潜在的巨大价值被逐步发现 目前已成为生命科学研究领域的热门课题 造血干细胞又称多能干细胞 由中胚层细
15、胞分化而来 是各种血细胞的始祖 具有高度自我更新 多向分化和增殖能力 并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辨认 在体内造血干细胞多数处于Go期 造血干细胞可增殖分化为髓系干细胞和淋巴干细胞 1 造血干细胞的基本特征 1 自我更新 即细胞通过有丝分裂产生的两个子代细胞与亲代细胞具有相同的特征 造血干细胞的自我更新是维持其数量平衡的基础 亦称自我维持 高度的自我更新能力是造血干细胞基本的生物学特征之一 2 多向分化 即造血干细胞具备分化为各系造血祖细胞的潜能 是造血干细胞的另一个基本的生物学特征 造血干细胞的分化受到多种正负调控因子的调节 在特定的条件下可以分化成红细胞 粒细胞
16、中性 嗜酸性 嗜碱性 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的祖细胞 分化是不可逆的 造血干细胞一旦定向分化为某种祖细胞 就不可能再变成其他的祖细胞 2 造血干细胞检测单个细胞在生物体内有能力长期重建造血是判断该细胞为造血干细胞的 金标准 由于造血干细胞的数量极少 且形态上不能区别 也没有造血干细胞的表面标志 目前还没有建立体外直接测定造血干细胞的方法 1 脾集落测试法1961年Till等首先采用体内试验小鼠脾集落形成间接证明了造血干细胞的存在 将受体小鼠以致死剂量射线照射后 破坏全部造血细胞 动物因造血功能衰竭而死亡 如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 巨核系细胞组成的结节即脾集落 经证实所有这些细胞都是由单个细胞增殖分化而来 即脾集落形成单位 CFU S 如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的祖先细胞 20世纪80年代出现了一系列体外检测造血干细胞的试验方法 但只能部分证实造血干细胞自我更新和多向分化两个特征 如混合集落 CFU Mix 培养 高增殖潜能细胞 HPP CFC 培
