第一章 造血检验的基础理论1.ppt

第二篇 造血基础理论,第一章 造血基础理论,第一节 造血器官与造血 第二节 造血微环境 第三节 造血细胞第四节 血细胞的生长发育第五节 造血调控 第六节 细胞凋亡,造血器官,造血,造血器官,造血器官生成各种血细胞的过程称为造血（hematopoiesis，hemopoiesis）。,机体有完善的组织器官能够生成并支持造血细胞分化、发育、增殖和成熟，这些组织器官称之为造血器官(hematopoietic organ)。,第一节 造血器官与造血,造血器官分为,胚胎期造血器官,出生后造血器官,髓外造血,骨髓造血,淋巴器官造血,一、胚胎期造血器官,（一）中胚层造血（卵黄囊造血）,造血时间,人胚第2周末人胚第9周时止。,造血特点,1.血岛形成 囊壁上的胚外中胚层的间质细胞在内胚层细胞的诱导下开始分化，这些具有自我更新能力的细胞，在卵黄囊壁上聚集成团，称为血岛（blood island）。血岛是人类最初的血管和造血的生发中心。,卵黄囊血岛形成示意图,2.人体唯一的血管内造血。3.产生第一代巨幼红细胞，主要有三种特殊Hb：Hb-Gower1 Hb-Gower2 Hb-Portl and 同时产生少量HbF。第六周后，中胚层造血逐渐被肝脏 造血代替。,造血特点,（一）中胚层造血（卵黄囊造血）,生理条件下，Hb有三种构象形式：脱氧Hb、氧合Hb和高铁Hb。,Hb（四聚体）,血红素,原卟啉,铁,2条链,2条非链,珠蛋白：由4条多肽链组成,生理性血红蛋白种类,胚胎期：成人：,THE NORMAL HUMAN HEMOGLOBENS,（二）肝脏造血,造血时间,人胚第6周出生时。,造血特点,1.肝造血 由卵黄囊血岛造血干细胞迁移至肝脏所致。产生第二代幼红细胞，主要合成胎儿血红蛋白（HbF）。胚胎第4个月后生成粒细胞，但不生成淋巴细胞。,（二）肝脏造血,造血特点,2.脾造血（人胚5周出生后）首先产生红细胞，以后产生粒细胞，5个月可以形成淋巴细胞和单核细胞，出生后只产生淋巴细胞。3.胸腺造血（人胚6周7周）形成淋巴细胞，也可产生少量红细胞和粒细胞。4.淋巴结造血（人胚7周出生后）终生形成淋巴细胞和浆细胞。,（三）骨髓造血,造血时间,造血特点,人胚14周出生后。,出生后唯一产生粒、红、巨核细胞的场所，也可产生淋巴细胞、浆细胞和单核细胞。除产生HbF外，还可产生HbA和HbA2。,人胚胎期造血器官及造血特点,二、出生后造血器官,骨髓造血,根据造血器官不同,出生后造血分为,淋巴器官造血,（一）骨髓造血,骨髓被封闭于坚硬的骨髓腔内中，肉眼观是一种海绵样、胶状的组织。健康成人骨髓约占体重的4.5(3.45.9)，平均重量为2800g(1600g3700g）。骨髓按其组成和功能分为红骨髓和黄骨髓。,骨髓分为,红骨髓,黄骨髓,1.,有着活跃的造血功能。不同年龄的人群红骨髓的分布不同，5岁以下的儿童全身的骨髓腔内均为红骨髓，57岁后，长骨的骨髓中开始出现脂肪细胞。18岁时，红骨髓仅存在于扁骨、短骨及长管状骨的近心端，如颅骨、胸骨、脊椎骨、肋骨、髂骨以及肱骨和股骨的近心端。红骨髓占全部骨髓的50左右。,红骨髓,1.,红骨髓主要由结缔组织、血管、神经及造血实质细胞组成，由网状纤维和网状细胞构成立体网架，各发育阶段的血细胞位于网孔中。红骨髓内有丰富的血管系统，血窦是最突出的结构。血窦内是成熟的血细胞，血窦间充满各发育阶段的造血细胞。,红骨髓,1.,骨髓中造血细胞的分布具有一定区域性。（1）红细胞造血岛位于血窦附近，随着细胞的成熟逐渐贴近血窦壁，并通过内皮细胞进入血窦；（2）粒细胞造血岛远离血窦，位于造血索中央，成熟后能够移向血窦，穿过血窦壁进入血流；（3）巨核细胞常紧贴于血窦壁上，将其伪足伸入血窦内，当血小板成熟后从巨核细胞的胞质分离出来直接释放进入血流。,红骨髓,2.,黄骨髓,骨髓中的造血细胞被脂肪细胞替代成为黄骨髓。黄骨髓在正常情况下不再参与造血，但仍保留造血的潜能。当机体需要时（如急性失血或溶血时）可重新恢复其造血功能。健康成人黄骨髓约占骨髓总量的50。,（二）淋巴器官造血,淋巴器官,中枢淋巴器官,周围淋巴器官,骨髓,胸腺,脾,淋巴结,黏膜淋巴组织（扁桃体）,淋巴细胞聚集和免 疫应答发生的场所,淋巴细胞产生、增殖分化和成熟的场所,（二）淋巴器官造血,1.胸腺,产生淋巴细胞和分泌可促进T细胞分化、发育和成熟的胸腺素。,2.脾,T、B淋巴细胞分化、成熟的主要场所之一，同时具有造血、储血、滤血和免疫反应等多种功能。,3.淋巴结,出生后，淋巴结只产生淋巴细胞和浆细胞。,（三）髓外造血,正常情况下，出生2个月后的婴儿，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、骨髓增生性疾病以及某些恶性贫血时，这些组织又可重新恢复其造血功能，称为髓外造血（extramedullary hematopoiesis）。髓外造血常见于儿童，外周血中常出现较多幼稚血细胞及细胞碎片，常可导致相应器官肿大。,肝髓外造血,第二节 造血微环境,造血细胞赖以生长发育的内环境称为造血微环境（hematopoieticmicroenvironment，HIM）。造血微环境是由骨髓基质细胞（stromal cell）、微血管、神经、细胞外基质和基质细胞分泌的细胞因子等构成，是造血干细胞赖以生存的场所，也是造血细胞增殖、分化、发育和成熟的场所。,定义,第二节 造血微环境,造血微环境分为,骨髓血管系统,骨髓神经,骨髓基质细胞、细胞外基质及细胞因子,一、骨髓血管系统,骨髓的静脉窦与集合窦统称为骨髓血窦。血窦壁的特点是：完整的血窦壁由内皮细胞、颗粒状基底膜和外皮细胞构成，但只有内皮细胞层是完整的。绝大部分血窦壁仅由一层内皮细胞构成。,骨髓血窦,一、骨髓血管系统,平时血窦的窦壁无孔，当血细胞通过时，可形成一个临时通道。造血活跃时，窦壁孔隙增多，有利于发育成熟的血细胞释放入血。内皮细胞转运细胞的孔道常达2m3m,最大直径为6m，因此，穿越的细胞必须具有变形性。,二、骨髓神经,三、骨髓基质细胞、细胞外基质 及细胞因子,1.骨髓基质细胞2.细胞外基质3.骨髓基质细胞分泌的细胞因子,1.骨髓基质细胞,营养造血细胞，并支持其增殖和分化；分泌造血调控因子。,2.细胞外基质,2.细胞外基质,作 用,的 作 用细 胞 外 基 质,构成微环境中有活力的结构支架，给造血细胞以支撑、保护和营养作用。,粘附作用：介导造血细胞与基质细胞及细胞外基质的相互识别、相互作用。,介导造血细胞和多种细胞因子之间的粘附和信息传导。,3.细胞因子,骨髓基质细胞,细胞因子,产生,造血干、祖细胞的分化、发育,基质细胞的增殖分泌状态,第三节 造血细胞,定义,干细胞是指存在于胚胎直至成体的具有增殖、自我更新能力以及多向分化潜能的原始细胞。,全能干细胞,多能干细胞,专能干细胞,分类,能形成完整个体受精卵、胚胎干细胞,能分化多种组织细胞造血干细胞、神经干细胞、间质干细胞,能分化一种类型细胞肝干细胞、肠上皮干细胞,一、造血干细胞（hematopoietic stem cell，HSC）,造血干细胞是具有高度自我更新和多向分化能力，在造血组织中含量极少，形态难以辩认的类似小淋巴细胞样的一群异质性的细胞群体。,定义,特征,高度的自我更新能力，也称自我维持。,多向分化能力，也称全能性。,不均一性，即多态性。,电镜下的造血干细胞,Till实验,第一只小鼠,全部骨髓X线照射,小鼠死亡,Till实验,第二只小鼠,部分骨髓在x线照射区外,造血衰竭 后逐渐恢复,小鼠存活,Till实验,第三只小鼠,全部骨髓x线照射,供体小鼠,抽出骨髓或血液,小鼠存活,Till实验说明：骨髓或血液中存在着造血细胞的祖先，我们把这些血细胞的祖先称为造血干细胞。,Till实验,一、造血干细胞,表 面 标 志,有CD34+、CD38-等，其中最重要的是CD34抗原。,CD34+造血细胞是公认理想的造血干/祖细胞移植物。,CD34+CD38-是造血干/祖细胞的表面标志。,二、造血祖细胞（hematopoietic progenitor cell，HPC）,定义,由造血干细胞分化而来，但部分或全部丧失自我更新能力的过渡性、增殖性细胞群。,特征,一定的增殖能力 一定的分化能力 但与造血干细胞相比分化方向比较局限,集落造血祖细胞,造血干/祖细胞的部分特征,三、造血干/祖细胞的临床应用,四、骨髓间质干细胞（mesenchymal stem cell，MSC）,MSC具有干细胞的共性，即具有多向分化潜能和自我更新能力，可在不同环境条件下被诱导分化成不同种类的细胞，如成骨细胞、脂肪细胞、心肌细胞和血管内皮细胞等。,特征,利用MSC进行组织工程学研究的优势,取材方便且对机体无害。移植时不存在组织配型及免疫排斥问题。在治疗创伤性疾病中具有应用价值。,骨髓间质干细胞,第四节 血细胞的生长发育,HPC,所有血细胞均来源于造血干细胞，造血干细胞在造血微环境及细胞因子等诱导下，增殖分化为各系祖细胞，继续向下分化成为形态可辨认的各种原始细胞，经过幼稚阶段，最终进一步发育为具有特定功能的成熟阶段细胞，释放进入外周血发挥作用。,一、血细胞发育,血细胞的发育是一个连续的过程，经历了增殖、分化、成熟和释放等过程。,1.增殖 血细胞通过分裂使其数量增加的现象。血细胞主要通过有丝分裂方式增殖。,2.分化 血细胞在发育过程中失去某些潜能，转变为具有新功能细胞的过程。,一、血细胞发育,3.成熟 细胞定向分化后通过增殖和演变，由原始细胞经幼稚细胞到成熟细胞的全过程。,一、血细胞发育,4.释放 成熟的终末细胞通过骨髓屏障进入血循环的过程。,一、血细胞发育,二、血细胞生长发育过程,造血祖细胞阶段,原始及幼稚细胞阶段,维持造血干细胞数量衡定；是分化为各系祖细胞的源泉。,细胞数量放大的主要阶段，对维持血细胞的数量起重要作用。,失去了自我更新能力和分化能力，在骨髓涂片中形态可以辨认。,三、血细胞的命名,骨髓造血细胞按所属系列分为六大系统：,2.粒细胞系,1.红细胞系,3.巨核细胞系,4.淋巴细胞系,5.单核细胞系,6.浆细胞系,各系血细胞分化发育阶段及名称,第五节 造血调控,造血细胞的增殖、分化与成熟的调控是一个多因素、多水平的复杂的调控。,基因调控,微环境中细胞因子调控,细胞因子受体调控,细胞粘附分子调控,细胞外基质调控,细胞信号传递调控,维持正常的造血平衡,一、造血的基因调控,原癌基因,c-myc,ras,c-abl,bcl-2,c-kit,正信号，促进细胞的增殖,1.,2.,一、造血的基因调控,3.,酶偶联受体 信号转导通路,二、造血的体液调控,细胞因子对造血的体液调控起着重要作用。,造血生长因子,按功能分类,细胞因子,造血抑制因子,正向调控,负向调控,（一）造血的正向调控因子,白细胞介素,促红细胞生成素,FLT3配体,集落刺激因子,干细胞因子,早期造血因子,白血病抑制因子,巨核细胞集落刺激因子,血小板生成素,其他细胞因子,GMCSF,multi-CSF,GCSF,MCSF,晚期造血因子,（二）造血的负向调控因子,造血的负向调控因子,转化生长因子,肿瘤坏死因子,干扰素、,趋化因子,其他抑制因子,第六节 细胞凋亡（apoptosis）,定义,细胞凋亡（apoptosis）：是在基因调控下细胞自主而有序的死亡，是细胞死亡的一种生理形式。,细胞坏死（necrosis）：是指细胞在生理过程中的意外死亡，常见于各种因素对细胞侵袭使细胞受到损伤，是一种被动的死亡过程。,一、细胞凋亡的特征性改变,（一）细胞凋亡的形态变化,细胞凋亡和细胞坏死的区别,（二）细胞凋亡的生物化学特征,染色质DNA降解,胞质内Ca2+浓度增高,胞质内pH降低,RNA与蛋白质大分子的合成,(三)、细胞凋亡的基因调控,细胞凋亡是在基因调控下进行的。现已证明，原癌基因和抑癌基因都可能影响细胞凋亡。,基因调控,启动和促进细胞凋亡的基因,抑制细胞凋亡的基因,WT1基因,(三)、细胞凋亡的基因调控,p53基因,促进细胞凋亡的基因,抑制细胞凋亡的基因,c-rel 基因,PRB基因,ras相关基因,C-kit,c-abl基因,c-myc基因,Bcl-2基因,(四)、细胞凋亡的生物学意义,（一）细胞凋亡普遍的生物学意义,（二）血液系统细胞凋亡的意义,胚胎发育及形态发生、正常细胞群的稳定、防御和免疫反应、细胞损伤、老化、肿瘤的发生等均与细胞凋亡有关。,活跃的细胞凋亡机制保持血细胞数量和功能的恒定；对细胞凋亡机制的研究导致深入探讨恶性血液肿瘤的发病机制及治疗的新方法。,自噬（autophagy）细胞自噬(autophagy or autophagocytosis)：又称为型细胞死亡，是细胞在自噬相关基因(autophagy related gene，Atg)的调控下利用溶酶体降解自身受损的细胞器和大分子物质的过程。,自噬的概念,比利时科学家Christian de Duve在上世纪50年代经过电镜察看到自噬体（autophagosome）构造，并且在 1963 年溶酶体国际会议上首先提出了“自噬”这种说法。因而Christian de Duve被公以为自噬研讨的鼻祖。Christian de Duve 也因发现溶酶体，于1974年取得诺贝尔奖,蛋白酶体途径：降解细胞内短寿(short-lived)、多聚泛素化(ubiquitination)的蛋白质。原核生物：通过19S的蛋白酶体能识别靶蛋白的特定氨基酸序列并将其降解。真核生物：则是通过26S的蛋白酶体降解蛋白质。内吞途径：将跨膜蛋白运送到溶酶体降解。细胞自噬途径：而长寿蛋白(long-lived protein)、蛋白聚集物及膜包被的细胞器是通过细胞自噬的方式在溶酶体降解。,1.1 细胞内成分的主要降解途径,由内质网来源的膜包绕待降解物形成自噬体，然后与溶酶体融合并降解其内容物；,1.2 自噬的分类根据细胞物质运到溶酶体内的途径不同,溶酶体的膜直接包裹长寿命蛋白等，并在溶酶体内降解；,胞质内蛋白结合到分子伴侣后被转运到溶酶体腔中，然后被溶酶体酶消化。CMA 的底物是可溶的蛋白质分子，在清除蛋白质时有选择性，而前两者无明显的选择性。,1.2 自噬的分类根据细胞物质运到溶酶体内的途径不同,1.3 自噬的代谢功能,研究发现已有35种Atg（autophagy-related genes）基因及其编码的蛋白参与自噬体的形成,2.1 自噬的基因调控,2.1 自噬的基因调控,PI3K：磷脂酰肌醇-3激酶MAPK：促分裂素原活化蛋白激酶AMPK：腺苷酸活化蛋白激酶TSC 1/2:结节性硬化复合物1/2Rheb:鸟苷三磷酸酶HIFs:缺氧活化因子紫色的线表示对自噬的正调节作用，而黄线则表示负调节作用。许多通路都集中于AMPK-mTORC1轴上。绿线指mTOR-独立的通路。,2.1 自噬的基因调控,mTORC1：哺乳动物的雷帕霉素靶蛋白复合物1Atg12/LC3：两种泛素样加工系统，包裹自噬底物形成自噬体。Atg12-Atg5-Atg16L1:与外膜结合，促进伸展Atg5:决定膜伸展方向LC3-：自噬体标志分子，判断诱导或抑制Atg9:嵌膜蛋白来回循环移动活化该激酶复合物从而产生自噬分隔膜。PE:磷脂酰乙醇胺,应激功能细胞自噬是细胞在饥饿条件下的一种存活机制。当营养缺乏时，细胞自噬增强，使非关键成分降解，释放出营养成分，以保证过程的继续防御功能在细胞受到致病微生物感染时，细胞自噬起一定的防御作用。维持细胞稳态在骨骼机和心肌，细胞自噬有特殊的“看家”(house keeping)功能，帮助细胞浆成分，包括线粒体，进行更新。延长寿命细胞自噬可降解损伤的细胞器、细胞膜和变性蛋白等胞内成分。如果细胞自噬受损衰竭，细胞损伤就会堆积、累加，产生老化。控制细胞死亡及癌症当前，决定细胞自噬导致细胞死亡，还是维持细胞存活的因子尚不完全清楚。所以，细胞自噬与细胞死亡之间的因果关系还没有最后定论,3.1自噬的生物学意义,自噬能清除不正常构型的蛋白质，并消化受损和多余的细胞器，是真核细胞中广泛存在的降解/再循环系统。在细胞新陈代谢、结构重建、生长发育中起着重要作用。在饥饿和新生儿早期，自噬作用明显加强，自噬体显著增多,3.1 自噬的代谢功能,3.1 自噬的代谢功能,自噬在成年哺乳动物饥饿时的作用。在肝脏和心脏中的自噬产生脂肪酸和氨基酸，异化分解产生能量。在肝脏中，这些能量驱动着糖原异生和生酮作用的发生。氨基酸是生酮作用和糖原异生的底物，而由脂肪酸生成的乙酰辅酶A只能用作生酮作用。当饥饿持续时，脂肪和肌肉的降解在为肝脏提供底物时起着越来越重要的作用，而肝脏则为大脑提供葡萄糖和酮体。,与正常组织相比，恶性肿瘤内通常不能形成正常的血管，导致肿瘤细胞通常生活在营养不良、生长因子缺乏、氧气不足的恶劣环境中。所以，癌症中自噬的作用具有两面性：自噬既能够抑制某些癌变的发生，也能促进某些肿瘤的生长。自噬缺乏导致自噬底物p62积聚，通过NF-B信号途径诱发肿瘤。自噬是肿瘤细胞转移过程中脱离细胞外基质后的重要成活机制，能促进肿瘤细胞的转移,3.2 自噬与肿瘤,3.2 自噬与肿瘤,总 结,自噬是细胞代谢的主要贡献者。当外部的营养物质缺乏时自噬可以提供内源性营养，而且自噬还在细胞成分更新、组织代谢、正常发育过程中起重要作用。在成体中，自噬可以促进体内的代谢平衡并阻止神经退行性疾病、肿瘤、肌病、病原微生物感染等疾病的发生。随着对自噬研究的深入进行，我们或许可以通过调控自噬，延缓衰老，控制疾病，延长寿命。,