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1、第十二章第十二章 造血造血干细胞及免疫细干细胞及免疫细胞的生成胞的生成7/25/20247/25/2024第一节第一节 造血干细胞的特性和分化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、造血干细胞的起源和表面标记造血干细胞的起源造血干细胞的起源：（哺乳动物）最早卵黄囊（哺乳动物）最早卵黄囊胎肝胎肝（胚胎发育中（胚胎发育中期及出生后）期及出生后） 骨髓骨髓早期的造血干细胞：多能造血干细胞早期的造血干细胞：多能造血干细胞（具自我更（具自我更新和分化两种潜能）新和分化两种潜能） （最初分化为）（最初分化为）共同淋共同淋巴样祖细胞和共同髓样祖细胞等。巴样祖细胞和共同髓样祖细胞等。7/25/
2、20247/25/2024ES及其分化7/25/20247/25/2024 造血干细胞的造血干细胞的分化途径分化途径 Differentiation of hematopoietic stem cells造血干造血干细胞细胞 淋巴系淋巴系干细胞干细胞再生再生B 淋巴淋巴细胞细胞 T 淋巴淋巴细胞细胞NK细胞细胞 单核单核 细胞细胞嗜中性嗜中性粒细胞粒细胞嗜酸性嗜酸性粒细胞粒细胞嗜碱性嗜碱性粒细胞粒细胞肥大肥大细胞细胞 血小板血小板 红细胞红细胞 巨核细胞巨核细胞 髓红系髓红系干细胞干细胞 髓系髓系干细胞干细胞粒粒-单核系单核系干细胞干细胞红母细胞红母细胞造造 血血 干干 细细 胞胞 的的 分分
3、 化化 途途 径径树突状树突状细胞细胞？ 树突状树突状细胞细胞？7/25/20247/25/2024 外周血中各种白细胞的比例外周血中各种白细胞的比例免疫免疫 细胞细胞 占白细胞总数百分比占白细胞总数百分比（% %）中性粒40-75嗜碱性粒细胞0.1-1嗜酸性粒细胞1-7单核细胞2-11淋巴细胞20-35树突细胞0.1-17/25/20247/25/2024BLOOD ELEMENTSNeutrophil PMNBasophilEosinophilPlateletsRBCsLymphocytesGranulocytesMonocytesErythrocytesLEUKOCYTES WBCs7/
4、25/20247/25/2024造血干细胞的表面标记造血干细胞的表面标记 人造血干细胞的主要表面标记为人造血干细胞的主要表面标记为CD34和和c-kit(CD117)，无谱系特异性标记（无谱系特异性标记（Lin-）：）：1.CD34 是造血干细胞的一种重要标记分子，是造血干细胞的一种重要标记分子，为高度糖基化跨膜蛋白，包括造血干细胞，为高度糖基化跨膜蛋白，包括造血干细胞，有有1%4%骨髓细胞表达骨髓细胞表达CD34。应用应用CD34可从造血组织中分离造血干细胞，成熟血可从造血组织中分离造血干细胞，成熟血细胞不表达此分子。细胞不表达此分子。7/25/20247/25/20242.CD117即即c
5、-kit 是干细胞因子（是干细胞因子（stem cell factor）的受体，为原癌基因的受体，为原癌基因c-kit的的产物产物kit，属于含有酪氨酸结构的生长因子属于含有酪氨酸结构的生长因子受体受体 。CD117+约占骨髓细胞的约占骨髓细胞的1%4%，50%70%CD117表达表达CD34，故，故CD117也也是多能造血干细胞的重要标记。是多能造血干细胞的重要标记。7/25/20247/25/20243.Lin-细胞细胞 应用针对应用针对T细胞、细胞、B细胞、细胞、NK细胞、细胞、单核细胞、巨噬细胞、巨核细胞、髓系、红系单核细胞、巨噬细胞、巨核细胞、髓系、红系等多种谱系相应单克隆抗体的混合
6、抗体（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、血型糖蛋白质血型糖蛋白质A等抗体）结合免疫磁等抗体）结合免疫磁珠分离法，除去造血组织中各谱系细胞，所留珠分离法，除去造血组织中各谱系细胞，所留下即为下即为Lin-细胞（早期造血干细胞）。细胞（早期造血干细胞）。7/25/20247/25/2024二、造血干细胞的分化二、造血干细胞的分化多能造血干细胞的分化 : 骨髓、胸腺造血微环境提供造血干细胞发育分化的必要条件。通过动物体内或人工体外半固体微环境条件模拟，可进行造血干细胞分化的研究。 7/25/20247/25/2024干
7、干细细胞胞分分化化7/25/20247/25/2024干细胞体外分化干细胞体外分化7/25/20247/25/2024多能造血干细胞的分化多能造血干细胞的分化 : 骨髓、胸腺维持造血干细胞自我更新和分骨髓、胸腺维持造血干细胞自我更新和分化的机制：化的机制： I 分泌细胞因子或其他介质，促进不同谱分泌细胞因子或其他介质，促进不同谱系不同发育阶段细胞生长分化。系不同发育阶段细胞生长分化。如胸腺基质细如胸腺基质细胞分泌的细胞因子胞分泌的细胞因子IL-7及肽类分子胸腺激素、胸腺素、促及肽类分子胸腺激素、胸腺素、促胸腺生成素是胸腺中胸腺生成素是胸腺中T细胞成熟的重要条件。细胞成熟的重要条件。 II 造血
8、微环境基质细胞通过粘附分子及分造血微环境基质细胞通过粘附分子及分泌的细胞外基质与干细胞及其分化的血细泌的细胞外基质与干细胞及其分化的血细胞相互作用，提供必要刺激信号。胞相互作用，提供必要刺激信号。 7/25/20247/25/2024定向干细胞及其分化定向干细胞及其分化 : 1.髓样干细胞及其分髓样干细胞及其分化：化：I 红系：红细胞生成素红系：红细胞生成素EPO是最重要的生长因是最重要的生长因子。子。髓样干细胞髓样干细胞（EPO、SCF存在下）存在下）红细胞集落形成红细胞集落形成 单位（单位（CFU-E）。）。II巨核巨核系：血小板生成素系：血小板生成素TPO是巨核细胞是巨核细胞/血小板血小
9、板谱系分化中关键因子。谱系分化中关键因子。髓样干细胞髓样干细胞（TPO、IL-6、IL-11）巨核细胞集落形成巨核细胞集落形成 单位（单位（CFU-MeG） 7/25/20247/25/2024定向干细胞及其分化 : 1.髓样干细胞及其分化： 粒单系：GM-CSF、SCF、IL-3起作用。 髓样干细胞具有产生粒细胞系、红细胞系、巨核细胞系和单核-巨噬细胞系潜能的集落形成单位（CFU-GEMM）（在G-CSF/M-CSF/GM-CSF、SCF、IL-3存在下）中性粒细胞或单核/巨噬细胞。7/25/20247/25/2024定向干细胞及其分化 : 1.髓样干细胞及其分化：嗜酸性粒细胞： GM-CS
10、F、IL-5、IL-3起作用。 髓样干细胞CFU-GEMM（在GM-CSF、IL-5、IL-3存在下）嗜酸粒细胞集落形成 单位（CFU-Eos） 嗜酸性粒细胞7/25/20247/25/2024定向干细胞及其分化 : 1.髓样干细胞及其分化：嗜碱性粒细胞： IL-5、TGF-起作用。 髓样干细胞CFU-GEMM（在IL-5、TGF-存在下）嗜碱性粒细胞集落形成 单位（CFU-Baso）IL-3、IL-4 嗜碱性粒细胞7/25/20247/25/2024定向干细胞及其分化 : 2.淋巴样干细胞及其分化：I T细胞谱系：在胸腺中发育获得功能TCR表达、自身MHC限制、自身耐受gdgdTCRPro-
11、TThy-1双阴细胞双阴细胞CD4- -8- -/gd/gdTCRCD3进入外周进入外周Pro-Ta aTCR b b 链链基因重排基因重排TCR a a 链链基因重排基因重排Pre-TCRababTCR双阴细胞双阴细胞CD4- -8- -双阳细胞双阳细胞CD4+ +8+ +双阳细胞双阳细胞CD4+ +8+ +CD8+ +单单阳细胞阳细胞不发生不发生 b b 链链基因重排的基因重排的细胞凋亡细胞凋亡阳性和阴性阳性和阴性选择失败选择失败的的细胞凋亡细胞凋亡信号通道信号通道Pre-TCRT T 细细 胞胞 发发 育育CD4+ +单单阳细胞阳细胞进入外周进入外周进入外周进入外周7/25/20247/
12、25/2024CD3CD4+CD8TCRCD3CD4CD8+TCRCD3LOWCD4CD8+TCRabLOWCD3+CD4+CD8+TCRab+CD3+CD4+CD8TCRab+CD3+CD4CD8+TCRab+CD3+CD4+TCRab+CD3+CD8+TCRab+CD3+CD4+CD8+TCRgd+CD3+CD4+CD8TCRgd+CD3+CD4CD8+TCRgd+CD3+CD4CD8TCRgd+CD3+CD4CD8TCRgd+CD3+TCRgd+CD3CD4/LOWCD8TCRCD3CD4/LOWCD8TCR被膜 被膜下区 皮质骨髓 髓质 胸腺小叶7/25/20247/25/2024（1
13、） T细胞受体基因重排 （a）TCR和和链基因重排链基因重排：T细胞约占T细胞9599%，T细胞约占15%。胸腺细胞在双阴性双阴性（DN）阶段阶段的一个时期，即CD44low CD25+阶段，链基因开始重排，表达链蛋白，并与前T细胞替代链PT（Pre T Cel1）组装成PT：二肽链，表达于CD44-CD25-阶段的细胞表面，此时细胞增殖活跃，IL-7R的表达对这个时期的分化发育至关重要；分化至CD4+CD8+PT:CD3low的双阳性（双阳性（ DP）阶段阶段，细胞停止增殖，链基因开始重排，并表达有功能性的TCR。7/25/20247/25/2024（2）CD3及CD4/CD8的表达：阳性与
14、阴性选择 阳性选择阳性选择 在胸腺皮质中，同胸腺上皮细胞表达的自身肽：MHC类或类分子复合物以适当亲和力进行特异结合的DP细胞，可继续分化为单阳单阳性性（SPSP）细胞细胞，其中与类分子结合的DP细胞CD8表达水平升高，CD4表达水平下降直至丢失 ; 而与类分子结合的DP细胞，CD4表达水平升高，CD8表达水平下降最后丢失；不能与自身肽：MHCMHC分子分子复合物发生有效结合或发生亲和力过高结合的DP细胞，在胸腺皮质中发生凋亡，占DP细胞的95%以上。约5的DP细胞经选择而存活，此过程称为胸腺的阳性选择胸腺的阳性选择（postive selection）。7/25/20247/25/2024
15、经阳性选择的DP细胞存活，并分化为SP细胞，使T细胞获得了在识别过程中自身MHC限制能力。 识别MHCI类分子的胸腺细胞发育为CD8+细胞，而识别MHC类分子的胸腺细胞发育为CD4+细胞。7/25/20247/25/2024阴性选择阴性选择（negative se1ection），系DP及SP细胞在皮质区、皮髓质交界处及髓质区，与胸腺DC、巨噬细胞表达的自身肽：MHC I类或类分子发生高亲和力结合的而被消除，或成为无能状态，以保证入外周淋巴器官的T细胞库中不含有针对自身成分的T细胞，也是T细胞自身免疫耐受的主要机制。7/25/20247/25/2024胸腺 CD4+ 与MHC 适当 不与MHC
16、-自身肽 CD4+ TCR重排 CD8+ 结合的T细胞 结合的T细胞 Th细胞细胞 T T 阳性选择阳性选择 阴性选择阴性选择 T CD8+ 双阳性 Tc细胞细胞 T细胞 T细胞不与 T细胞与MHC和自身 单阳性 （ DP） MHC 结合 抗原肽高亲和力结合 T细胞 （SP） 凋亡淋巴干细胞T细胞在胸腺内的阳性和阴性选择外周(DP)(SP)(DN)7/25/20247/25/2024定向干细胞及其分化 : 2.淋巴样干细胞及其分化： B细胞谱系：抗原非依赖阶段：在胚肝或骨髓抗原非依赖阶段：在胚肝或骨髓淋巴干细胞淋巴干细胞原原B细胞细胞前前B细胞细胞未成熟细胞未成熟细胞成熟成熟B细胞细胞Ig 基
17、基 因因 重重 排排胞浆胞浆+sIgM+抗原依赖阶段：外周淋巴器官抗原依赖阶段：外周淋巴器官成熟成熟B细胞细胞sIgM+sIgD+sIgM+sIgD+活化活化B细胞细胞sIgM+sIgD+抗原抗原记忆记忆B细胞细胞sIgG+sIgA+浆细胞浆细胞胞浆胞浆Ig 7/25/20247/25/20247/25/20247/25/2024抗原非依赖期 (骨髓内分化)祖B细胞(pro B cell)阶段前B细胞(pre B cell)阶段未成熟B细胞(immature B cell)成熟B细胞(mature B cell) 抗原依赖期 (骨髓外分化)（1）B细胞分化成熟过程7/25/20247/25/2
18、024（2）、B细胞在骨髓内的分化 B细胞来源于骨髓淋巴干细胞。早期B细胞的增殖分化与骨髓造血微环境(hemopoietic inductive microenviroment，HIM)密切相关。骨髓基质中的细胞因子和黏附分子是B细胞发育的必要条件。 7/25/20247/25/2024Ig重链、重链、轻轻链基因重排链基因重排原B细胞中首先开始Ig重链基因重排，并表达Ig/Ig，如果重排有效，则产生链 ，因此时轻链尚未重排， 链则与一条替代轻链（Vpre-B/5 ）结合，形成膜表面受体（ 前B细胞受体）。 前B细胞向细胞内发出信号，使B细胞进一步分化。如果轻链重排有效，则轻链与链结合，形成Ig
19、M表达在细胞表面。膜表面IgM是不成熟B细胞的标志。Ig基因重排7/25/20247/25/2024在骨髓中B细胞发育成熟过程中，V（D）、J基因重排是随机发生的，故有可能产生与自身抗原应答的B细胞克隆，或产生具有不合适抗原受体的B细胞克隆。但在周围淋巴器官中Ig基因可发生二次重排，二次重排会修正能与自身抗原应答的基因，以消除自身应答性B细胞（ B细胞阴性选择）。藉Ig基因二次重排，对B细胞的抗原受体作修正时称为抗原受体编辑。通过阴性选择后的不成熟B细胞，膜上表达Ig D，变成成熟B细胞离开骨髓进入外周淋巴组织，在脾脏中继续经历阴性选择。阴性选择7/25/20247/25/2024 骨髓 不与
20、自身抗原 高亲和力结合 BCR重排 的B细胞 B 阴性选择阴性选择 B 与自身抗原 高亲和力结合 的B细胞 凋亡淋淋巴巴干干细细胞胞外外 周周骨髓内B细胞的阴性选择7/25/20247/25/2024定向干细胞及其分化 : 2.淋巴样干细胞及其分化： Nk细胞：第九章第三节已涉及（略）。 7/25/20247/25/2024第二节第二节 淋巴细胞抗原识别受淋巴细胞抗原识别受体的编码基因及多样性产生体的编码基因及多样性产生7/25/20247/25/2024（一）胚系基因结构V区基因和C区基因 和轻链含有V、J、C三种片段，重链家族由V、D、J和C四种不同的基因片段所组成。一、 BCR与TCR基
21、因结构及其重排V/D/JC7/25/20247/25/2024（一）胚系基因结构胚系基因的结构 BCR或Ig的两条轻链(、)和一条重链分别由不同的多基因家族(multigene families)编码，人轻链基因位于第22号染色体，链位于第2号，重链(H)位于第4号。一、 BCR与TCR基因结构及其重排DH JH CVH 编码完整编码完整/链链VL JH CsIgM/sIgD编码完整轻链编码完整轻链7/25/20247/25/2024（二）淋巴细胞发育过程中抗原受体的重排 在B细胞发育分化过程中，Ig可变区将发生顺序性重排。首先是重链V区重排，然后是轻链V区重排。只有经过重排的B细胞才成为成熟
22、型B细胞，即免疫潜能B细胞 (immunocompetent B)。每个成熟的B细胞只含有一种功能性VH和VL(或)，其细胞膜表面表达膜结合型Ig，并只能与一种抗原表位相互作用。一、 BCR与TCR基因结构及其重排7/25/20247/25/2024（1）重组活化基因）重组活化基因1/2（recombination activation gene 1 and 2, RAG1/2）L V1 V2 V3 V4 V5 Vn J1 J2 J3 J4 J5 J6C区区RAG1/2RAG1/2C区区连接酶连接酶L V1 V2J4 J5 J6L V1 V2 J4 J5 J67/25/20247/25/202
23、4（2）B、末端脱氧核苷酸转移酶（末端脱氧核苷酸转移酶（terminal deoxynucleotidyl transferase,TdT）TdTDt/A/C/GTPDt/A/C/GTPAGCTAGCTAG连接酶连接酶AGCTAG CTAG随机核苷酸加减随机核苷酸加减7/25/20247/25/2024（3） Oct-2及及NF-B等等VH DH JH 启动子启动子增强子增强子调控序列调控序列内含子内含子C区区 Oct-2（在（在B细胞特异表达）细胞特异表达）NF-B参与轻链的转录参与轻链的转录7/25/20247/25/2024（4） 类别转换类别转换7/25/20247/25/20247/
24、25/20247/25/2024IL-4诱导Ig重链基因重排的类型转换机制第一次重组重排切除的环状产物中包括C，使C转换为C、（IgG1）第二次重组，切除C，使C转换为C（Ig3E）7/25/20247/25/2024l组合造成的多样性l连接造成的多样性 CDR3区位于V、J和V、D、J片段连接处，两片段之间的连接可以丢失或加入数个核苷酸，从而显著增加了CDR3的多样性，增加了抗原识别受体多样性的数目l体细胞高频突变造成的多样性二、 抗原识别受体多样性产生的机制7/25/20247/25/2024多样性机制重链轻链估计片段数目种系中基因片段V30010003002D1300J443可能组合数目
25、VJ和VDJ组合连接多样性3001341.610430041.2103236连接的灵活度十十十P区核苷酸加入十十十N区核苷酸加入十一一体细胞突变十十十轻、重链组合1.6104(1.2103十6)19l07人Ig可变区片段的估计数目为：100个VH、30个DH和6个功能性JH，100个V、5个J，100个V，6个J。因此，人抗体多样性的数目与小鼠相似。(十)：表示与抗体多样性有关，但数目不详；(一)与抗体多样性无关7/25/20247/25/2024小鼠种系Ig基因的结构7/25/20247/25/2024重链基因重排及RNA加工7/25/20247/25/2024图2-3轻链基因重排及RNA加工7/25/20247/25/2024缺失对接时P-核苷酸及N-核苷酸的加入7/25/20247/25/20247/25/20247/25/2024
