造血干细胞的分化

 

第二节　造血干细胞的分化

一、多能干细胞

多能干细胞是由Till和McCulloch等在60年代初，应用脾集落形成细胞定量法，首先在小鼠体内证明的。他们给经射线照射的小鼠输入同系鼠骨髓细胞，在10～14天后在脾内形成可见的结节，它是由单一骨髓细胞发育分化而成的细胞集落，称之为脾集落形成单位（colony forming unit-spleen,CFU-S）。集落数与输入的细胞数成正比，它可分化发育为红细胞、粒细胞及巨核细胞。CFU-S长期以来用体内集落法进行检测。

在70年代后Johnson和Metcalf等应用鼠胎肝细胞体外培养法，证明具有CFU-S性质的干细胞可在体外培养成功，这是在研究干细胞方法学上的重大改进。

　　其后，Haral等用小鼠骨髓细胞在甲基纤维素中加入红细胞生成素（erythropoietin,EPO）及脾 细胞培养 上清，进行体外培养，可形成含有红细胞、巨核细胞以及巨噬细胞的集落，称为混合集落形成单位（CFU-Mix）。其后，小林登等在80年代用人骨髓细胞亦报告CFU-Mix培养成功。即由多能干细胞可进一步分化为定向髓系多能干细胞及淋巴系干细胞。淋巴系干细胞是T和B细胞的共同祖先细胞，但目前尚不能用脾集落实验证明其存在。

二、单能干细胞

单能干细胞是一类具有向特定细胞系分化能力的干细胞，也称为祖细胞（progenitor）。如进行体内移植不能形成脾集落，但在一定造血因子的存在下，可在体外培养并形成细胞集落，称为代表外培养集落，称为体外培养集落形成单位（colony forming unit-culture,CFU-C），因此它与多能干细胞不同，它可包括分化为红细胞的红系干细胞，可分化为粒细胞和单核细胞的粒、单核细胞干细胞系及可分化为血小板的巨核干细胞系。

1．红系干细胞应用骨髓细胞加甲基纤维素在大量EPO存在下，进行体外培养可产生大型红细胞集落，可含有1000个以上的细胞，形成如爆发火花样的集落，称此干细胞为爆式红细胞集落形成细胞（burst unit-erythoid ,BFU-E）。如用小剂量EPO则产生小型集落，由8～50个细胞组成，称此干细胞为红细胞系集落形成细胞（colony forming unit-E,CFU-E）BFU-E是更早期的红系干细胞，而CFU-E则为较晚期的红系干细胞。

2．粒细胞-单核细胞系干细胞 此系细胞在功能上与BFU-E或CFU-E属同级干细胞。应用软琼脂法将骨髓细胞进行体外培养，在集落刺激因子（CFS）存在下，可产生粒细胞和单核细胞集落，称此集落形成细胞为体外培养集落形成细胞（colony formingunti-culture,CFU-C）。将CFU-C进行体内移植不能产生脾集落，所以CFU-D不具有CFU-S的特性，仅具有前驱细胞和前驱单核细胞的特征。

3．巨核干细胞系亦称巨核细胞集落形成细胞（colony forming unti-megakaryocyte,CFU-M），Metcalf及其分泌的细胞因子和细胞外基质（extra-cellular matrix,ECM）组成，因此对造血干细胞发育分化过程的体外研究，有很大局限性，它不一定能真实反映体内情况，分析实验结果时，必须注意这种局限性。目前仍有很多关于造血干细胞发育分化的问题有待阐明。

表7-2 血细胞的分化与成熟

多能干细胞 多能定向干细胞 单能定向干细胞 成熟子代细胞 髓系干细胞 红系干细胞

粒、单核系干细胞

巨核干细胞 红细胞

粒细胞/单核细胞

血小板 淋巴系干细胞 前驱B细胞

前驱T细胞 B细胞

T细胞

图7－1　造血干细胞分化与造血因子