一、多能干細(xì)胞
多能干細(xì)胞是由Till和McCulloch等在60年代初,應(yīng)用脾集落形成細(xì)胞定量法,首先在小鼠體內(nèi)證明的。他們給經(jīng)射線照射的小鼠輸入同系鼠骨髓細(xì)胞,在10~14天后在脾內(nèi)形成可見的結(jié)節(jié),它是由單一骨髓細(xì)胞發(fā)育分化而成的細(xì)胞集落,稱之為脾集落形成單位(colony forming unit-spleen,CFU-S)。集落數(shù)與輸入的細(xì)胞數(shù)成正比,它可分化發(fā)育為紅細(xì)胞、粒細(xì)胞及巨核細(xì)胞。CFU-S長(zhǎng)期以來用體內(nèi)集落法進(jìn)行檢測(cè)。
在70年代后Johnson和Metcalf等應(yīng)用鼠胎肝細(xì)胞體外培養(yǎng)法,證明具有CFU-S性質(zhì)的干細(xì)胞可在體外培養(yǎng)成功,這是在研究干細(xì)胞方法學(xué)上的重大改進(jìn)。
其后,Haral等用小鼠骨髓細(xì)胞在甲基纖維素中加入紅細(xì)胞生成素(erythropoietin,EPO)及脾細(xì)胞培養(yǎng)上清,進(jìn)行體外培養(yǎng),可形成含有紅細(xì)胞、巨核細(xì)胞以及巨噬細(xì)胞的集落,稱為混合集落形成單位(CFU-Mix)。其后,小林登等在80年代用人骨髓細(xì)胞亦報(bào)告CFU-Mix培養(yǎng)成功。即由多能干細(xì)胞可進(jìn)一步分化為定向髓系多能干細(xì)胞及淋巴系干細(xì)胞。淋巴系干細(xì)胞是T和B細(xì)胞的共同祖先細(xì)胞,但目前尚不能用脾集落實(shí)驗(yàn)證明其存在。
二、單能干細(xì)胞
單能干細(xì)胞是一類具有向特定細(xì)胞系分化能力的干細(xì)胞,也稱為祖細(xì)胞(progenitor)。如進(jìn)行體內(nèi)移植不能形成脾集落,但在一定造血因子的存在下,可在體外培養(yǎng)并形成細(xì)胞集落,稱為代表外培養(yǎng)集落,稱為體外培養(yǎng)集落形成單位(colony forming unit-culture,CFU-C),因此它與多能干細(xì)胞不同,它可包括分化為紅細(xì)胞的紅系干細(xì)胞,可分化為粒細(xì)胞和單核細(xì)胞的粒、單核細(xì)胞干細(xì)胞系及可分化為血小板的巨核干細(xì)胞系。
1.紅系干細(xì)胞應(yīng)用骨髓細(xì)胞加甲基纖維素在大量EPO存在下,進(jìn)行體外培養(yǎng)可產(chǎn)生大型紅細(xì)胞集落,可含有1000個(gè)以上的細(xì)胞,形成如爆發(fā)火花樣的集落,稱此干細(xì)胞為爆式紅細(xì)胞集落形成細(xì)胞(burst unit-erythoid ,BFU-E)。如用小劑量EPO則產(chǎn)生小型集落,由8~50個(gè)細(xì)胞組成,稱此干細(xì)胞為紅細(xì)胞系集落形成細(xì)胞(colony forming unit-E,CFU-E)BFU-E是更早期的紅系干細(xì)胞,而CFU-E則為較晚期的紅系干細(xì)胞。
2.粒細(xì)胞-單核細(xì)胞系干細(xì)胞 此系細(xì)胞在功能上與BFU-E或CFU-E屬同級(jí)干細(xì)胞。應(yīng)用軟瓊脂法將骨髓細(xì)胞進(jìn)行體外培養(yǎng),在集落刺激因子(CFS)存在下,可產(chǎn)生粒細(xì)胞和單核細(xì)胞集落,稱此集落形成細(xì)胞為體外培養(yǎng)集落形成細(xì)胞(colony formingunti-culture,CFU-C)。將CFU-C進(jìn)行體內(nèi)移植不能產(chǎn)生脾集落,所以CFU-D不具有CFU-S的特性,僅具有前驅(qū)細(xì)胞和前驅(qū)單核細(xì)胞的特征。
3.巨核干細(xì)胞系亦稱巨核細(xì)胞集落形成細(xì)胞(colony forming unti-megakaryocyte,CFU-M),Metcalf及其分泌的細(xì)胞因子和細(xì)胞外基質(zhì)(extra-cellular matrix,ECM)組成,因此對(duì)造血干細(xì)胞發(fā)育分化過程的體外研究,有很大局限性,它不一定能真實(shí)反映體內(nèi)情況,分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果時(shí),必須注意這種局限性。目前仍有很多關(guān)于造血干細(xì)胞發(fā)育分化的問題有待闡明。
表7-2 血細(xì)胞的分化與成熟
多能干細(xì)胞 | 多能定向干細(xì)胞 | 單能定向干細(xì)胞 | 成熟子代細(xì)胞 |
髓系干細(xì)胞 | 紅系干細(xì)胞
粒、單核系干細(xì)胞 巨核干細(xì)胞 |
紅細(xì)胞
粒細(xì)胞/單核細(xì)胞 血小板 | |
淋巴系干細(xì)胞 | 前驅(qū)B細(xì)胞
前驅(qū)T細(xì)胞 |
B細(xì)胞
T細(xì)胞 |
圖7-1 造血干細(xì)胞分化與造血因子