功能低下的骨髓血窦减少，另外，血窦具有调节营养能量等物质的交换以及调节组织内酸碱度、氧气、以及二氧化碳的压力的功能。
图7. 骨髓的血管系统示意图
2、骨髓神经
来自脊神经，主要存在有髓鞘和无髓鞘的神经纤维两种。有髓鞘神经末梢主要分布于骨髓动脉，终止于动脉内平滑肌细胞或动脉周外膜细胞层间，神经调节能影响血管扩张和收缩，影响血流速度，调节血细胞的释放等。无髓鞘神经纤维存在于造血细胞部位，提示游离神经末梢合成的神经体液因子影响造血（图6）。交感神经
细胞与髓窦内结构元素之间密切的沟通只发生在不足5％的终止于造血实质或窦壁上的神经末梢。这种解剖结构单位被称为神经网状复合体（neuroreticular complex），主要由缝隙连接连接在一起的自主神经和骨髓基质细胞构成。有证据显示神经纤维可通过调节细胞因子的释放而影响造血干细胞增殖、分化、甚至血液循环中的造血干细胞数量的昼夜波动。另外，骨质也有大量神经分布，对成骨细胞和破骨细胞的发育起着非常重要的作用，并最终影响造血干细胞在微环境中的干性的维持。
3、细胞组成
除了血管系统和神经纤维，基质细胞和造血细胞也是造血微环境中的重要组成部分，包括内皮细胞、网状细胞、间充质干细胞、成纤维样细胞、成骨细胞、破骨细胞、脂肪细胞、巨核细胞、巨噬细胞、淋巴细胞、浆细胞以及其他类型细胞（图6）。这些细胞能分泌许多细胞因子及细胞外基质，如GM-CSF、CXCL12、TGF-β、SCF、TPO、细胞粘附分子（CAM）等，并影响造血细胞的生成和发育。 1）成骨细胞
早期的研究表明处于静息状态的血干细胞位于成骨细胞形成的骨内膜表面，成骨细胞主要通过释放影响造血干细胞的细胞因子而参与造血微环境的调节（图6）。成骨细胞能在长期培养中延长早期造血细胞的存活，分泌造血生长因子，如TGF-β, CXCL12、GM-CSF等。在小鼠体内剔除成骨细胞后，骨髓内造血和干细胞的数量均严重减少，这些研究提示成骨细胞对造血干细胞的维持具有重要作用，但最近的一些证据也表明成骨细胞对造血干细胞的作用还有些争议，有待进一步阐明。 2）内皮细胞
内皮细胞宽大而扁平，完全覆盖骨髓窦的内表面，内皮细胞形成了骨髓窦内外的主要屏障，控制化学物质和颗粒进出造血场所，细胞间重叠或交错相连可允许窦腔容量扩张（图6）。内皮细胞通过细胞-细胞相互接触和分泌相关因子影响造血干
细胞和骨前体细胞分化。有证据表明大部分的造血干细胞主要位于骨髓小动脉或血窦周边，并与内皮细胞直接接触，内皮细胞可分泌许多因子，如分泌Notch配体、 TGF-β而维持干祖细胞增殖和分化，分泌E-选择素调节造血细胞的粘附功能。 3）网状细胞
血窦的腔外或外膜表面存在许多网状细胞，网状细胞胞体与骨髓窦相联，形成外膜被盖的一部分。网状细胞合成网状纤维，后者与其胞质突起一同延伸如造血池，并交织成网状，造血细胞栖身其中。有一类网状细胞表达高水平的CXCL12，被称为富含CXCL12网状细胞（CAR），它们是骨髓产生CXCL12的主要细胞（图6）。绝大多数CAR细胞与骨髓窦内皮细胞紧密相连，但有些也与骨内膜相连。造血干细胞的正常发育、不同分化时期的B-淋巴细胞以及与CAR细胞紧密相连的浆细胞样树突状细胞均需要CAR细胞产生的CXCL12。近年来，越来越多的证据显示CAR细胞除了分泌CXCL12调控造血干细胞的自我更新和分化之外，同时也可以表达其他的生长因子如SCF、TPO等以促进造血干细胞的发育和分化。 4）间充质干细胞
间充质干细胞（mesenchymal stem cell, MSC）是骨髓内另外一种重要的成体干细胞，这类细胞同样具有自我更新和分化的能力。已有的证据表明间充质干细胞能分化成多种细胞，如骨、软骨、脂肪以及肌肉等多种细胞，间充质干细胞还能对免疫系统产生重要的调控作用，目前间充质干细胞已被用于临床治疗，对一些肿瘤疾病和免疫性疾病的治疗具有一定的效果。近几年的研究提示间充质干细胞也是骨髓微环境细胞的重要成分，发挥着独特的调控功能。间充质干细胞表达Nestin、LepR、或Prx1等标记，并与造血干细胞直接接触或分泌一些调节因子（图6）。如Ding等人的研究分别提示LepR＋或Prx1+血管周围基质细胞分泌大量CXCL12或SCF而调节HSCs的功能；Nestin+的间充质干细胞可分泌CXCL12、ANG1等因子调控造血干细胞干性的维持以及造血干细胞生物钟的稳定；Greenbaum等人还进一步证实了Prx1+细胞其实包含了大部分PDGFR+/Sca-1+或Nestin+的间充质干细胞。
除了基质细胞（非造血细胞）参与造血微环境的调控之外，一些造血细胞，如巨核细胞通过直接接触或分泌相关因子维持造血干细胞干性。综上所述，微环境的各种组成细胞可以通过相互接触、分泌相关调控因子、通过中间细胞的间接作用、以及表达促进归巢相关分子等途径来共同维持造血发生微环境。
4、细胞外基质
细胞外基质由骨髓间质细胞以及造血细胞索分泌到细胞外一些成分组成，主要成分以蛋白和多糖为主，主要包括三大类大分子物质：糖蛋白、蛋白多糖、胶原。糖蛋白主要有纤维连接蛋白、层粘连蛋白和血细胞粘连蛋白。蛋白多糖有硫酸软骨素、硫酸肝素和透明质酸等。胶原主要是I、III、IV、VI型胶原，还包括血小板反应素、整合素等其他基质蛋白。这些物质与造血细胞的粘附有关，是调控造血干祖细胞和骨髓基质细胞间的重要桥梁，以及细胞间信息传递的分子基础，并对造血干/祖细胞的增殖、分化和发育起正、负调控作用。
第三节、 造血发生、调控和应用
一、 细胞类型 1、造血干细胞
造血干细胞(hematopoietic stem cell， HSC)是骨髓内能进行自我更新并分化成所有造血细胞的一群原始造血细胞，占有核细胞的0.1％-0.5％，大部分处于静息期（G0期，图8）。自我更新和分化（self-renewal and differentiation）是造血干细胞的两大特性，又称干性或多能性（stemness）。自我更新指的是造血干细胞可以进行自我复制并保持其原有的特性；而分化指的是造血干细胞能够分化为髓系和淋巴系祖细胞，祖细胞再定向分化发育为相应的各系原始、幼稚以及成熟细胞。造血干细胞通常以不对称性的有丝分裂产生两个子细胞，其中一个立即分化为早期祖细胞及其
子代细胞，但另一个子细胞则保持原有全部特性不变。这样，造血干细胞在骨髓中达到自我更新而又维持造血干细胞数量的稳定。
造血干细胞的形态特征类似于小淋巴细胞，从形态上区分难以辨认，通常需要根据表面特征来识别，目前较为常用的是根据其表达的某些表面分子来鉴别造血干细胞。比较公认的标志是造血干细胞表达CD34、CD90、但低表达或不表达CD38，同时缺乏谱系特异系列抗原表面标记（Lin-），所以我们可以根据人造血干细胞的免疫表型（Lin-CD34+CD38-CD90+）来分选相应的造血干细胞，这也是目前最公认的造血干细胞的表面标志。其中最重要的是CD34抗原，CD34抗原在干细胞为强阳性，到晚期祖细胞分化为各系原、幼细胞时，CD34抗原消失。另外，造血干细胞的其他命运还包括凋亡、归巢以及迁徙（或动员）到外周血。凋亡（apoptosis）是指造血干细胞由于内在或外在的因素所导致的功能受损而程序性死亡的过程。归巢（homing）是指造血干细胞从外周血定位到骨髓Niche的过程，有助于造血干细胞干性维持和血液系统的稳态；迁徙（migration），有时又称动员（mobilization），指的是造血干细胞从骨髓Niche迁徙到外周血的过程，有助于维持急性状态下机体造血细胞的补充。临床上骨髓移植的应用也是利用了造血干细胞自我更新、分化、归巢和迁徙的特性而实现的。最近的研究还提示造血干细胞主要以糖酵解作为能量的主要来源，而非氧化磷酸化，表明了造血干细胞具有非常独特代谢特征和调控机制。 随着流式细胞技术（fluorescence-activated cell sorting，FACS）的快速发展，使通过造血干细胞的表面标志来鉴定、分离和纯化造血干细胞，并用于临床骨髓移植或科学研究成为可能。如目前临床上主要利用CD34抗原可以进一步富集和纯化动员后外周血或脐带血中的造血干细胞用于患者，这也是最常见的造血干细胞移植方式；在科学研究领域，将分离后的造血干细胞进行体外培养扩增后，再用于造血干细胞移植，可能是一种治疗血液性疾病的极具潜力的手段；利用体内外研究手段来探讨造血干细胞干性维持的调控机制，将有利于通过调控造血干细胞的自我更新的能力，达到体外扩增和治疗的目的。研究造血干细胞的体外方法包括：1) 流式细胞分析干细胞的频率、周期、凋亡等；2) 体外培养：如卵石区形成细胞分析（cobblestone area forming assay, CFAC）和长期培养起始细胞培养分析（long-term
02_血液系统_第二讲_造血与调控_讲义
