造血干细胞及免疫细胞的生成

1、造血干细胞及免疫细胞的生成造血干细胞及免疫细胞的生成第1页2022/9/4 9:25第一节 造血干细胞特征和分化一、造血干细胞起源和表面标识造血干细胞起源：（哺乳动物）最早卵黄囊胎肝（胚胎发育中期及出生后） 骨髓早期造血干细胞：多能造血干细胞（具自我更新和分化两种潜能） （最初分化为）共同淋巴样祖细胞和共同髓样祖细胞等。造血干细胞及免疫细胞的生成第2页2022/9/4 9:25ES及其分化造血干细胞及免疫细胞的生成第3页2022/9/4 9:25 造血干细胞分化路径 Differentiation of hematopoietic stem cells造血干细胞 淋巴系干细胞再生B 淋巴细胞

2、T 淋巴细胞NK细胞 单核 细胞嗜中性粒细胞嗜酸性粒细胞嗜碱性粒细胞肥大细胞 血小板 红细胞 巨核细胞 髓红系干细胞 髓系干细胞粒-单核系干细胞红母细胞造 血 干 细 胞 分 化 途 径树突状细胞？ 树突状细胞？造血干细胞及免疫细胞的生成第4页2022/9/4 9:25 外周血中各种白细胞百分比免疫 细胞 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0.1-1造血干细胞及免疫细胞的生成第5页2022/9/4 9:25BLOOD ELEMENTSNeutrophil PMNBasophilEosinophilPlate

3、letsRBCsLymphocytesGranulocytesMonocytesErythrocytesLEUKOCYTES WBCs造血干细胞及免疫细胞的生成第6页2022/9/4 9:25造血干细胞表面标识 人造血干细胞主要表面标识为CD34和c-kit(CD117)，无谱系特异性标识（Lin-）：1.CD34 是造血干细胞一个主要标识分子，为高度糖基化跨膜蛋白，包含造血干细胞，有1%4%骨髓细胞表示CD34。应用CD34可从造血组织中分离造血干细胞，成熟血细胞不表示此分子。造血干细胞及免疫细胞的生成第7页2022/9/4 9:252.CD117即c-kit 是干细胞因子（stem cel

4、l factor）受体，为原癌基因c-kit产物kit，属于含有酪氨酸结构生长因子受体 。CD117+约占骨髓细胞1%4%，50%70%CD117表示CD34，故CD117也是多能造血干细胞主要标识。造血干细胞及免疫细胞的生成第8页2022/9/4 9:253.Lin-细胞 应用针对T细胞、B细胞、NK细胞、单核细胞、巨噬细胞、巨核细胞、髓系、红系等各种谱系对应单克隆抗体混合抗体（CD2、CD3、CD14、CD16、CD19、CD24、CD56、 CD66b、血型糖蛋白质A等抗体）结合免疫磁珠分离法，除去造血组织中各谱系细胞，所留下即为Lin-细胞（早期造血干细胞）。造血干细胞及免疫细胞的生成

5、第9页2022/9/4 9:25二、造血干细胞分化多能造血干细胞分化 : 骨髓、胸腺造血微环境提供造血干细胞发育分化必要条件。经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研究。 造血干细胞及免疫细胞的生成第10页2022/9/4 9:25干细胞分化造血干细胞及免疫细胞的生成第11页2022/9/4 9:25干细胞体外分化造血干细胞及免疫细胞的生成第12页2022/9/4 9:25多能造血干细胞分化 : 骨髓、胸腺维持造血干细胞自我更新和分化机制： I 分泌细胞因子或其它介质，促进不一样谱系不一样发育阶段细胞生长分化。如胸腺基质细胞分泌细胞因子IL-7及肽类分子胸腺激素、胸腺

6、素、促胸腺生成素是胸腺中T细胞成熟主要条件。 II 造血微环境基质细胞经过粘附分子及分泌细胞外基质与干细胞及其分化血细胞相互作用，提供必要刺激信号。 造血干细胞及免疫细胞的生成第13页2022/9/4 9:25定向干细胞及其分化 : 1.髓样干细胞及其分化：I 红系：红细胞生成素EPO是最主要生长因子。髓样干细胞（EPO、SCF存在下）红细胞集落形成 单位（CFU-E）。II巨核系：血小板生成素TPO是巨核细胞/血小板谱系分化中关键因子。髓样干细胞（TPO、IL-6、IL-11）巨核细胞集落形成 单位（CFU-MeG） 造血干细胞及免疫细胞的生成第14页2022/9/4 9:25定向干细胞及其

7、分化 : 1.髓样干细胞及其分化： 粒单系：GM-CSF、SCF、IL-3起作用。 髓样干细胞含有产生粒细胞系、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。造血干细胞及免疫细胞的生成第15页2022/9/4 9:25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-CSF、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） 嗜酸性粒细胞造血干细胞及免疫细胞的生成第

8、16页2022/9/4 9:25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 嗜碱性粒细胞造血干细胞及免疫细胞的生成第17页2022/9/4 9:25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：在胸腺中发育取得功效TCR表示、本身MHC限制、本身耐受gdTCRPro-TThy-1双阴细胞CD4-8-/gdTCRCD3进入外周Pro-TaTCR b 链基因重排TCR a 链基因重排Pre-TCRabTCR双阴

9、细胞CD4-8-双阳细胞CD4+8+双阳细胞CD4+8+CD8+单阳细胞不发生 b 链基因重排细胞凋亡阳性和阴性选择失败细胞凋亡信号通道Pre-TCRT 细 胞 发 育CD4+单阳细胞进入外周进入外周造血干细胞及免疫细胞的生成第18页2022/9/4 9:25CD3CD4+ CD8 TCR CD3CD4CD8+ TCR CD3LOWCD4CD8+ TCRabLOW CD3+ CD4+ CD8+ TCRab+ CD3+ CD4+ CD8 TCRab+ CD3+ CD4 CD8+ TCRab+ CD3+ CD4+ TCRab+ CD3+ CD8+ TCRab+ CD3+ CD4+ CD8+ TCR

10、gd+ CD3+ CD4+ CD8 TCRgd+ CD3+ CD4 CD8+ TCRgd+ CD3+ CD4 CD8 TCRgd+ CD3+ CD4 CD8 TCRgd+ CD3+ TCRgd+ CD3CD4/LOW CD8 TCRCD3CD4/LOW CD8 TCR被膜 被膜下区 皮质骨髓 髓质 胸腺小叶造血干细胞及免疫细胞的生成第19页2022/9/4 9:25（1） T细胞受体基因重排 （a）TCR和链基因重排：T细胞约占T细胞9599%，T细胞约占15%。胸腺细胞在双阴性（DN）阶段一个时期，即CD44low CD25+阶段，链基因开始重排，表示链蛋白，并与前T细胞替换链PT（Pre

11、T Cel1）组装成PT：二肽链，表示于CD44-CD25-阶段细胞表面，此时细胞增殖活跃，IL-7R表示对这个时期分化发育至关主要；分化至CD4+CD8+PT:CD3low双阳性（ DP）阶段，细胞停顿增殖，链基因开始重排，并表示有功效性TCR。造血干细胞及免疫细胞的生成第20页2022/9/4 9:25（2）CD3及CD4/CD8表示：阳性与阴性选择 阳性选择 在胸腺皮质中，同胸腺上皮细胞表示本身肽：MHC类或类分子复合物以适当亲和力进行特异结合DP细胞，可继续分化为单阳性（SP）细胞，其中与类分子结合DP细胞CD8表示水平升高，CD4表示水平下降直至丢失 ; 而与类分子结合DP细胞，CD

12、4表示水平升高，CD8表示水平下降最终丢失；不能与本身肽：MHC分子复合物发生有效结合或发生亲和力过高结合DP细胞，在胸腺皮质中发生凋亡，占DP细胞95%以上。约5DP细胞经选择而存活，此过程称为胸腺阳性选择（postive selection）。造血干细胞及免疫细胞的生成第21页2022/9/4 9:25 经阳性选择DP细胞存活，并分化为SP细胞，使T细胞取得了在识别过程中本身MHC限制能力。 识别MHCI类分子胸腺细胞发育为CD8+细胞，而识别MHC类分子胸腺细胞发育为CD4+细胞。造血干细胞及免疫细胞的生成第22页2022/9/4 9:25阴性选择（negative se1ection）

13、，系DP及SP细胞在皮质区、皮髓质交界处及髓质区，与胸腺DC、巨噬细胞表示本身肽：MHC I类或类分子发生高亲和力结合而被消除，或成为无能状态，以确保入外周淋巴器官T细胞库中不含有针对本身成份T细胞，也是T细胞本身免疫耐受主要机制。造血干细胞及免疫细胞的生成第23页2022/9/4 9:25胸腺 CD4+ 与MHC 适当 不与MHC-本身肽 CD4+ TCR重排 CD8+ 结合T细胞 结合T细胞 Th细胞 T T 阳性选择 阴性选择 T CD8+ 双阳性 Tc细胞 T细胞 T细胞不与 T细胞与MHC和本身 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

14、细胞在胸腺内阳性和阴性选择外 周(DP)(SP)(DN)造血干细胞及免疫细胞的生成第24页2022/9/4 9:25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：在胚肝或骨髓淋巴干细胞原B细胞前B细胞未成熟细胞成熟B细胞Ig 基 因 重 排胞浆+sIgM+抗原依赖阶段：外周淋巴器官成熟B细胞sIgM+sIgD+sIgM+sIgD+活化B细胞sIgM+sIgD+抗原记忆B细胞sIgG+sIgA+浆细胞胞浆Ig 造血干细胞及免疫细胞的生成第25页2022/9/4 9:25造血干细胞及免疫细胞的生成第26页2022/9/4 9:25抗原非依赖期 (骨髓内分化)祖B细

15、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细胞分化成熟过程造血干细胞及免疫细胞的生成第27页2022/9/4 9:25（2）、B细胞在骨髓内分化 B细胞起源于骨髓淋巴干细胞。早期B细胞增殖分化与骨髓造血微环境(hemopoietic inductive microenviroment，HIM)亲密相关。骨髓基质中细胞因子和黏附分子是B细胞发育必要条件。 造血干细胞及免疫细胞的生成第28页2022/9/4 9:25Ig重链、轻链基因重排原B细胞中首先开

16、始Ig重链基因重排，并表示Ig/Ig，假如重排有效，则产生链 ，所以时轻链还未重排， 链则与一条替换轻链（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细胞深入分化。假如轻链重排有效，则轻链与链结合，形成IgM表示在细胞表面。膜表面IgM是不成熟B细胞标志。Ig基因重排造血干细胞及免疫细胞的生成第29页2022/9/4 9:25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，故有可能产生与本身抗原应答B细胞克隆，或产生含有不适当抗原受体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本身抗原应答基因，以消除本身

17、应答性B细胞（ B细胞阴性选择）。藉Ig基因二次重排，对B细胞抗原受体作修正时称为抗原受体编辑。经过阴性选择后不成熟B细胞，膜上表示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。阴性选择造血干细胞及免疫细胞的生成第30页2022/9/4 9:25 骨髓 不与本身抗原 高亲和力结合 BCR重排 B细胞 B 阴性选择 B 与本身抗原 高亲和力结合 B细胞 凋亡淋巴干细胞外 周骨髓内B细胞阴性选择造血干细胞及免疫细胞的生成第31页2022/9/4 9:25定向干细胞及其分化 : 2.淋巴样干细胞及其分化： Nk细胞：第九章第三节已包括（略）。 造血干细胞及免疫细胞的生成

18、第32页2022/9/4 9:25第二节 淋巴细胞抗原识别受体编码基因及多样性产生造血干细胞及免疫细胞的生成第33页2022/9/4 9:25（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四种不一样基因片段所组成。一、 BCR与TCR基因结构及其重排V/D/JC造血干细胞及免疫细胞的生成第34页2022/9/4 9:25（一）胚系基因结构胚系基因结构 BCR或Ig两条轻链(、)和一条重链分别由不一样多基因家族(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

19、其重排DH JH CVH 编码完整/链VL JH CsIgM/sIgD编码完整轻链造血干细胞及免疫细胞的生成第35页2022/9/4 9:25（二）淋巴细胞发育过程中抗原受体重排 在B细胞发育分化过程中，Ig可变区将发生次序性重排。首先是重链V区重排，然后是轻链V区重排。只有经过重排B细胞才成为成熟型B细胞，即免疫潜能B细胞 (immunocompetent B)。每个成熟B细胞只含有一个功效性VH和VL(或)，其细胞膜表面表示膜结合型Ig，并只能与一个抗原表位相互作用。一、 BCR与TCR基因结构及其重排造血干细胞及免疫细胞的生成第36页2022/9/4 9:25（1）重组活化基因1/2（r

20、ecombination activation gene 1 and 2, RAG1/2）L V1 V2 V3 V4 V5 Vn J1 J2 J3 J4 J5 J6C区RAG1/2RAG1/2C区连接酶L V1 V2J4 J5 J6L V1 V2J4 J5 J6造血干细胞及免疫细胞的生成第37页2022/9/4 9:25（2）B、末端脱氧核苷酸转移酶（terminal deoxynucleotidyl transferase,TdT）TdTDt/A/C/GTPDt/A/C/GTPAGCTAGCTAG连接酶AGCTAGCTAG随机核苷酸加减造血干细胞及免疫细胞的生成第38页2022/9/4 9:25（3） Oct-2及NF-B等VH DH JH 开启子增强子调控序列内含子C区 Oct-2（在B细胞特异表示）NF-B参加轻链转录造血干细胞及免疫细胞的生成第39页2022/9/4 9:25（4） 类别转换造血干细胞及免疫细胞的生成第40页2022/9/4 9:25造血干细胞及免疫细胞的生成第41页2022/9/4 9:25 IL-4诱导Ig重链基因重排类