造血干细胞与淋巴细胞示范课件.ppt
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- 造血 干细胞 淋巴细胞 示范 课件
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1、造血干细胞与淋巴细胞(优选)造血干细胞与淋巴细胞干细胞的分类干细胞的分类按分化潜能按分化潜能 全能干细胞全能干细胞 多能干细胞多能干细胞 定向祖细胞定向祖细胞按来源按来源 胚胎干细胞胚胎干细胞 成体干细胞成体干细胞 全能干细胞全能干细胞(Totipotent)受精卵就是最高层次的胚胎干细胞,是全能干细胞。受精后受精卵就是最高层次的胚胎干细胞,是全能干细胞。受精后的最初几个小時內,受精卵会分裂为一些完全相同的全能细的最初几个小時內,受精卵会分裂为一些完全相同的全能细胞,每一个均有可能发育成胎儿。胞,每一个均有可能发育成胎儿。多能干细胞多能干细胞(pluripotent)一种或几种组织的起源细胞,
2、它能分化出多种类型的细胞,一种或几种组织的起源细胞,它能分化出多种类型的细胞,但它不可能分化出足以构成完整个体的所有细胞。譬如造血但它不可能分化出足以构成完整个体的所有细胞。譬如造血干细胞,它能分化成红细胞、白细胞和血小板等干细胞,它能分化成红细胞、白细胞和血小板等 十多种血十多种血细胞。细胞。定向祖细胞定向祖细胞(multipotent)源于多能干细胞,具有向特定细胞系分化的能力,但其分化源于多能干细胞,具有向特定细胞系分化的能力,但其分化和自我更新能力受限,只能分化成一种或几种专门的细胞,和自我更新能力受限,只能分化成一种或几种专门的细胞,譬如淋系祖细胞。譬如淋系祖细胞。前体细胞前体细胞(
3、precursor)指发育过程中较另一细胞更早期的细胞,有时泛指干细胞和指发育过程中较另一细胞更早期的细胞,有时泛指干细胞和祖细胞。祖细胞。胚胎干细胞胚胎干细胞ES细胞是一种高度未分化细胞。它具有发育的细胞是一种高度未分化细胞。它具有发育的全能性,能分化出成体动物的所有组织和器官,全能性,能分化出成体动物的所有组织和器官,包括生殖细胞。研究和利用包括生殖细胞。研究和利用ES细胞是当前生物细胞是当前生物工程领域的核心问题之一。在未来几年,工程领域的核心问题之一。在未来几年,ES细细胞移植和其它先进生物技术的联合应用很可能胞移植和其它先进生物技术的联合应用很可能在移植医学领域引发革命性进步。目前是
4、从废在移植医学领域引发革命性进步。目前是从废弃的胚胎组织中做细胞培养来得到弃的胚胎组织中做细胞培养来得到ES细胞,但细胞,但除有伦理争论,包括已死的胚胎的归属权问题,除有伦理争论,包括已死的胚胎的归属权问题,更有疾病传染等不可控因素。更有疾病传染等不可控因素。成体干细胞成体干细胞成年动物的许多组织和器官,比如表皮和造成年动物的许多组织和器官,比如表皮和造血系统,具有修复和再生的能力。成体干细血系统,具有修复和再生的能力。成体干细胞在其中起着关键的作用。在特定条件下,胞在其中起着关键的作用。在特定条件下,成体干细胞或者产生新的干细胞,或者按一成体干细胞或者产生新的干细胞,或者按一定的程序分化,形
5、成新的功能细胞,从而使定的程序分化,形成新的功能细胞,从而使组织和器官保持生长和衰退的动态平衡。组织和器官保持生长和衰退的动态平衡。造血干细胞造血干细胞 造血干细胞(造血干细胞(hemapoietic stem cell,HSC)是各种血细胞与免疫细胞的起源细胞,可以是各种血细胞与免疫细胞的起源细胞,可以增殖分化成为各种淋巴细胞、浆细胞、红细增殖分化成为各种淋巴细胞、浆细胞、红细胞、血小板、单核细胞及各种粒细胞等。胞、血小板、单核细胞及各种粒细胞等。HSC存在部位胎肝、骨髓、外周血、脐带血、存在部位胎肝、骨髓、外周血、脐带血、胎盘血。胎盘血。HSC可以不断自我更新,其数量是稳定的;可以不断自我
6、更新,其数量是稳定的;多向分化增殖能力;多向分化增殖能力;多数多数HSC处于静止状态;处于静止状态;具有异质性,可以分为多能干细胞和定向祖细胞两个具有异质性,可以分为多能干细胞和定向祖细胞两个水平,后者源于前者;水平,后者源于前者;形态上类似于小淋巴细胞;形态上类似于小淋巴细胞;具有一定的表面标志。具有一定的表面标志。造血干细胞的生物学特性造血干细胞的生物学特性HSC的动态平衡可能与的动态平衡可能与HSC不对称分裂或细胞因子不对称分裂或细胞因子调节有关。正常造血干细胞每分裂一次,它的一个调节有关。正常造血干细胞每分裂一次,它的一个子代细胞分化为祖细胞子代细胞分化为祖细胞(progenitors
7、),另一个细胞,另一个细胞保持不分化,永不消灭,及所谓的非对称性分裂。保持不分化,永不消灭,及所谓的非对称性分裂。此外,由于所处环境的不同,干细胞可进行有限的此外,由于所处环境的不同,干细胞可进行有限的对称性分裂,即每分裂一次可产生两个干细胞对称性分裂,即每分裂一次可产生两个干细胞/祖细祖细胞。非对称分裂是以前大家公认的干细胞分裂模式,胞。非对称分裂是以前大家公认的干细胞分裂模式,它能较合理地解释稳态造血。但是考虑到在胚胎期它能较合理地解释稳态造血。但是考虑到在胚胎期及骨髓移植后的确有造血干细胞的扩增,对称性分及骨髓移植后的确有造血干细胞的扩增,对称性分裂也可能存在。华中科技大学黄士昂教授于裂
8、也可能存在。华中科技大学黄士昂教授于1995年至年至1998年在加州大学圣地亚哥分校肿瘤中心年在加州大学圣地亚哥分校肿瘤中心任副研究员时首次发现任副研究员时首次发现HSC的非对称分裂。的非对称分裂。造血干细胞的起源造血干细胞的起源造血干细胞在人胚胎造血干细胞在人胚胎2周时可出现于卵黄囊,周时可出现于卵黄囊,第第4周开始转移至胚肝,妊娠周开始转移至胚肝,妊娠5个月后,骨髓个月后,骨髓开始造血;出生后骨髓成为造血干细胞的主开始造血;出生后骨髓成为造血干细胞的主要来源,在髓外造血组织中所占比例甚少,要来源,在髓外造血组织中所占比例甚少,如在小鼠骨髓中如在小鼠骨髓中105有核细胞中的有有核细胞中的有1
9、0个,在个,在脾中脾中105有核细胞中只有有核细胞中只有1个,在外周血中个,在外周血中105有核细胞中仅有有核细胞中仅有0.2个。个。出生前的造血部位出生前的造血部位 卵黄囊卵黄囊 骨髓骨髓 肝脏肝脏 脾脾 淋巴结淋巴结 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 月月骨髓造血微环境骨髓造血微环境由微血管,神经、基质细胞由微血管,神经、基质细胞(Stromal Cells)及细胞外基质共及细胞外基质共同构成的,对血细胞的增殖、分化、成熟有显著调节作用,同构成的,对血细胞的增殖、分化、成熟有显著调节作用,是血细胞增殖分化的是血细胞增殖分化的“土壤土壤”,也是调控造血的中心环节。,也是调控造血的中心
10、环节。基质细胞指骨髓中的网状细胞、内皮细胞、纤维母细胞、吞基质细胞指骨髓中的网状细胞、内皮细胞、纤维母细胞、吞噬细胞和脂肪细胞。噬细胞和脂肪细胞。细胞外基质主要由纤维组织构成支架,其中有多种由基质细细胞外基质主要由纤维组织构成支架,其中有多种由基质细胞分泌和血液运输来的对血细胞生成有调控作用的物质,如胞分泌和血液运输来的对血细胞生成有调控作用的物质,如细胞因子、细胞因子、Fe、硫酸软骨素、纤维连接蛋白、粘附分子。、硫酸软骨素、纤维连接蛋白、粘附分子。人人 CD34+CD33CD38CD45RAckitHLADRLinLinCD3、CD4、CD14、CD16、CD19、CD41、CD56等;等;
11、HSC的表面标志的表面标志小鼠小鼠HSC的表面标志的表面标志造血干细胞移植是指将别人或自己的HSC移植到经超剂量放、化疗的患者体内,替代原有的病理性或缺陷的HSC,以重建造血和免疫功能。CD16又叫FcR,还见于巨噬细胞和粒细胞,介MHC分子包括MHC和MHC类分子。CD152属于抑制性受体。肿瘤细胞可以通过促进Treg细胞的增加,抑制T细胞和NK细胞的抗肿瘤效应。T细胞的膜表面标志主要有各种表面受体、表面抗原和黏附分子,是T细胞识别抗原、与其他免疫细胞相互作用以及接受信号刺激并产生应答的物质基础,也是鉴别和分离T细胞的重要依据。多能干细胞少数CD8 CD4、CD8_CD45RO表达在活化和记
12、忆T细胞表面3、NK细胞(natural kill cells,NK)NKT细胞具有独特的限制性表达TCR库,其TCR具有恒定表达的链和偏向表达的链。干细胞通过不对称性的有丝分裂,在不断产生祖细胞的同时,使自己不增殖也不分化。NKRP1分子胞浆区含有免疫受体酪氨酸活化基序(immunoreceptor tyrosinebased activation motif,ITAM),可介导活化信号的传递。诱导迟发型性超敏反应 HSC存在部位胎肝、骨髓、外周血、脐带血、胎盘血。T细胞 T细胞成年动物的许多组织和器官,比如表皮和造血系统,具有修复和再生的能力。HIV受体CD152与CD28高度同源,其配体
13、都是B71和B72,但亲和力显著高于CD28。HSC的分化的分化HSC分化过程分化过程全能干细胞全能干细胞 多能干细胞多能干细胞 祖细胞祖细胞 终末细胞终末细胞 BFUE CFUE 红细胞红细胞 髓系髓系 CFUGM 单核单核/巨噬、中性粒巨噬、中性粒 CFUGEMM CFUEos 噬酸粒噬酸粒 CFUBaso 噬碱粒噬碱粒 HSC CFUMeg 巨核巨核/血小板血小板 CFUTL TL 淋巴系淋巴系 CFUBL BL CFUNK NK造血细胞生长因子和白介素的调控造血细胞生长因子和白介素的调控_ SC E Meg N Eo BA M BL TLIL1 +(+)(+)(+)(+)(+)+IL2
14、 +IL3 +IL4 (+)(+)(+)(+)+IL5 +IL6 全髓增殖因子IL11 全髓增殖因子GMCSF +GCSF (+)(+)(+)+MCSF +EPO +TPO 巨核系_HSC移植移植(SCT)造血干细胞移植是指将别人或自己的造血干细胞移植是指将别人或自己的HSC移移植到经超剂量放、化疗的患者体内,替代原植到经超剂量放、化疗的患者体内,替代原有的病理性或缺陷的有的病理性或缺陷的HSC,以重建造血和免,以重建造血和免疫功能。疫功能。SCT的种类的种类异基因骨髓移植异基因骨髓移植(AlloBMT)自体骨髓移植自体骨髓移植(ABMT)外周造血干细胞移植外周造血干细胞移植(PBSCT)脐血
15、干细胞移植脐血干细胞移植(CBSCT)SCT适应症适应症恶性血液病急性白血病、慢性白血病、骨髓增生异常综合征、恶性血液病急性白血病、慢性白血病、骨髓增生异常综合征、多发性骨髓瘤、恶性淋巴瘤等。多发性骨髓瘤、恶性淋巴瘤等。恶性非血液病乳腺癌、肺癌、卵巢癌、神经母细胞瘤、其他恶性非血液病乳腺癌、肺癌、卵巢癌、神经母细胞瘤、其他实体瘤等。实体瘤等。非恶性疾病非恶性疾病再生障碍性贫血、珠蛋白合成障碍性贫血、夜间阵发性血红再生障碍性贫血、珠蛋白合成障碍性贫血、夜间阵发性血红蛋白尿、骨髓纤维化、骨髓增殖性疾病、自身免疫性疾病、蛋白尿、骨髓纤维化、骨髓增殖性疾病、自身免疫性疾病、放射病等。放射病等。先天性免
16、疫缺陷病、先天性造血异常症、先天性骨骼异常、先天性免疫缺陷病、先天性造血异常症、先天性骨骼异常、粘多糖储积症、粘蛋白脂质代谢病、微粒体病等。粘多糖储积症、粘蛋白脂质代谢病、微粒体病等。外周造血干细胞移植的优点外周造血干细胞移植的优点采集时不使用麻醉剂及骨穿;采集时不使用麻醉剂及骨穿;造血及免疫重建快造血及免疫重建快;可提供较骨髓更多的干细胞;可提供较骨髓更多的干细胞;可以富集可以富集CD34+细胞提高干细胞提高干/祖细胞的浓度;祖细胞的浓度;能去除引起能去除引起GVHD的的T淋巴细胞;淋巴细胞;能去除肿瘤细胞。能去除肿瘤细胞。SCT的先期条件的先期条件年龄年龄45岁以下,根据患者具体情况,要衡
17、利弊选择病人,包岁以下,根据患者具体情况,要衡利弊选择病人,包括禁忌症,移植效果和经济费用等情况;自体移植年龄可超括禁忌症,移植效果和经济费用等情况;自体移植年龄可超过过60岁。岁。白血病病情处于白血病病情处于CR期(无临床症状,体征、血液学检查正期(无临床症状,体征、血液学检查正常),无中枢神经系统白血病迹象。常),无中枢神经系统白血病迹象。与供髓者与供髓者ABO血型相合或供者为血型相合或供者为O型、型、HLA相配、混合淋巴相配、混合淋巴细胞培养刺激指数小于细胞培养刺激指数小于3,交叉淋巴细胞毒试验阴性。,交叉淋巴细胞毒试验阴性。无影响移植的疾病(主要是心、肝、肺、肾)。无影响移植的疾病(主
18、要是心、肝、肺、肾)。移植前输血少,或输血较多,但时间已超过移植前输血少,或输血较多,但时间已超过3个月者。个月者。造血干细胞与基因治疗造血干细胞与基因治疗为了带有目的基因的细胞在病人体内长期或为了带有目的基因的细胞在病人体内长期或永久地表达,必须选一种能在体内自我更新永久地表达,必须选一种能在体内自我更新和自我维持的永不消亡的细胞作为宿主细胞。和自我维持的永不消亡的细胞作为宿主细胞。造血干细胞具有可以执行和自我更新能力,造血干细胞具有可以执行和自我更新能力,在体内常态造血过程中永不耗竭;同时它又在体内常态造血过程中永不耗竭;同时它又可在分化过程中保持基因组可在分化过程中保持基因组DNA的相对
19、稳定。的相对稳定。因此,造血干细胞一直是基因治疗理想的靶因此,造血干细胞一直是基因治疗理想的靶细胞之一。细胞之一。造血干细胞用于基因治疗的难点造血干细胞用于基因治疗的难点干细胞数量不足。干细胞通过不对称性的有丝分裂,干细胞数量不足。干细胞通过不对称性的有丝分裂,在不断产生祖细胞的同时,使自己不增殖也不分化。在不断产生祖细胞的同时,使自己不增殖也不分化。有国外学者报告认为正常造血干细胞是不能扩增的。有国外学者报告认为正常造血干细胞是不能扩增的。许多人热衷于体外扩增干细胞,但至今未见有成功许多人热衷于体外扩增干细胞,但至今未见有成功的报告。这是因为目前还缺乏一种模拟体内造血微的报告。这是因为目前还
20、缺乏一种模拟体内造血微环境的培养体系,希望正常干细胞在培养中既大量环境的培养体系,希望正常干细胞在培养中既大量增殖,又不分化,这实际上意味着细胞的恶性生长。增殖,又不分化,这实际上意味着细胞的恶性生长。此外,迄今为止,造血干细胞还没有一个体外培养此外,迄今为止,造血干细胞还没有一个体外培养集落检测的方法。集落检测的方法。基因转染率太低。基因治疗常用的逆转录病基因转染率太低。基因治疗常用的逆转录病毒颗粒要进入靶细胞,首先必须是病毒颗粒毒颗粒要进入靶细胞,首先必须是病毒颗粒的外壳糖蛋白的外壳糖蛋白gpTO和靶细胞表面受体专一性和靶细胞表面受体专一性的结合。与小鼠不同,人的造血干细胞表面的结合。与小
21、鼠不同,人的造血干细胞表面逆转录病毒受体逆转录病毒受体(PIT2受体受体)数量极少,限制数量极少,限制了转染效率。此外,逆转录病毒只能感染分了转染效率。此外,逆转录病毒只能感染分裂细胞,对处于静止状态的裂细胞,对处于静止状态的HSC效率很低。效率很低。目前,慢病毒载体因其可以转导静止细胞的目前,慢病毒载体因其可以转导静止细胞的特性而在基因治疗中越来越受重视。特性而在基因治疗中越来越受重视。淋巴细胞淋巴细胞淋巴细胞淋巴细胞1012/个体,占外周血白细胞总个体,占外周血白细胞总数的数的2045,具有很强的异质性。,具有很强的异质性。根据免疫功能的不同,分为根据免疫功能的不同,分为 1、T细胞细胞(
22、T Lymphocyte,TL)2、B细胞细胞(B Lymphocyte,BL)3、NK细胞细胞(natural kill cells,NK)T淋巴细胞淋巴细胞介导细胞免疫应答,并在介导细胞免疫应答,并在TDAg诱导的体液诱导的体液免疫应答中发挥重要的作用。免疫应答中发挥重要的作用。TL的分化发育的分化发育 前前TL 胸腺皮质胸腺皮质 髓质髓质 T淋巴淋巴细胞细胞在黏膜免疫、抗胞内感NKRP1是人类NK细胞表面的KAR,属于C型凝集素家族成员,为型跨膜糖蛋白。体内分布 主要在黏膜和上皮组织中 主要在外周血GMCSF +1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 月IL3 +HSC存在部位胎肝、骨
23、髓、外周血、脐带血、胎盘血。细胞外基质主要由纤维组织构成支架,其中有多种由基质细胞分泌和血液运输来的对血细胞生成有调控作用的物质,如细胞因子、Fe、硫酸软骨素、纤维连接蛋白、粘附分子。是一群不需要抗原致敏,不需要抗体参与,就能杀伤靶细胞的淋巴细胞亚群,主要存在于外周血和脾脏中,在人外周血中占淋巴细胞的57%。CD19/CD21/CD81协同受体复合 体MCSF +mIgM 一种或几种组织的起源细胞,它能分化出多种类型的细胞,但它不可能分化出足以构成完整个体的所有细胞。是TL表面CD28分子的配体,具有协同刺激因子的作用。IL2 绝大多数胸腺细胞不能识别胸腺上皮细胞表面的自身MHC分子经阳性选择
24、而在皮质内凋亡;丝裂原受体体内分布 主要在黏膜和上皮组织中 主要在外周血HSC可以不断自我更新,其数量是稳定的;CD21能与结合在BCR的抗原表面的C3b结合,以增强BCR与抗原的结合,同时将结合的信号传导给CD19,为B细胞的活化提供辅助刺激信号。此外,逆转录病毒只能感染分裂细胞,对处于静止状态的HSC效率很低。T细胞的分化和发育细胞的分化和发育绝大多数胸腺细胞不能识别胸腺上皮细胞表面绝大多数胸腺细胞不能识别胸腺上皮细胞表面的自身的自身MHC分子经阳性选择而在皮质内凋亡;分子经阳性选择而在皮质内凋亡;通过阳性选择的胸腺细胞通过阳性选择的胸腺细胞(能识别自身能识别自身MHC分分子,即获得了自身
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