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1、2023年3月18日12时53分,第十二章 造血干细胞及免疫细胞的生成,2023年3月18日12时53分,第一节 造血干细胞的特性和分化,一、造血干细胞的起源和表面标记造血干细胞的起源：（哺乳动物）最早卵黄囊胎肝（胚胎发育中期及出生后）骨髓早期的造血干细胞：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。,2023年3月18日12时53分,ES及其分化,2023年3月18日12时53分,造血干细胞的分化途径 Differentiation of hematopoietic stem cells,2023年3月18日12时53分,外周血中各种白细胞的比
2、例,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,0.1-1,2023年3月18日12时53分,BLOOD ELEMENTS,Neutrophil PMN,Basophil,Eosinophil,Platelets,RBCs,Lymphocytes,Granulocytes,Monocytes,Erythrocytes,LEUKOCYTES WBCs,2023年3月18日12时53分,造血干细胞的表面标记 人造血干细胞的主要表面标记为CD34和c-kit(CD117)，无谱
3、系特异性标记（Lin-）：1.CD34 是造血干细胞的一种重要标记分子，为高度糖基化跨膜蛋白，包括造血干细胞，有1%4%骨髓细胞表达CD34。应用CD34可从造血组织中分离造血干细胞，成熟血细胞不表达此分子。,2023年3月18日12时53分,2.CD117即c-kit 是干细胞因子（stem cell factor）的受体，为原癌基因c-kit的产物kit，属于含有酪氨酸结构的生长因子受体。CD117+约占骨髓细胞的1%4%，50%70%CD117表达CD34，故CD117也是多能造血干细胞的重要标记。,2023年3月18日12时53分,3.Lin-细胞 应用针对T细胞、B细胞、NK细胞、单
4、核细胞、巨噬细胞、巨核细胞、髓系、红系等多种谱系相应单克隆抗体的混合抗体（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）。,2023年3月18日12时53分,二、造血干细胞的分化,多能造血干细胞的分化:骨髓、胸腺造血微环境提供造血干细胞发育分化的必要条件。通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的研究。,2023年3月18日12时53分,干细胞分化,2023年3月18日12时53分,干细胞体外分化,2023年3月18日12时53分,
5、多能造血干细胞的分化:骨髓、胸腺维持造血干细胞自我更新和分化的机制：I 分泌细胞因子或其他介质，促进不同谱系不同发育阶段细胞生长分化。如胸腺基质细胞分泌的细胞因子IL-7及肽类分子胸腺激素、胸腺素、促胸腺生成素是胸腺中T细胞成熟的重要条件。II 造血微环境基质细胞通过粘附分子及分泌的细胞外基质与干细胞及其分化的血细胞相互作用，提供必要刺激信号。,2023年3月18日12时53分,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是最重要的生长因子。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
6、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）,2023年3月18日12时53分,定向干细胞及其分化:1.髓样干细胞及其分化：粒单系：GM-CSF、SCF、IL-3起作用。髓样干细胞具有产生粒细胞系、红细胞系、巨核细胞系和单核-巨噬细胞系潜能的集落形成单位（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。,2023年3月18日12时53分,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
7、-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,2023年3月18日12时53分,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,2023年3月18日12时53分,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：在胸腺中发育获得功能TCR表达、自身MHC限制、自身耐受,2023年3月18日12时53分,2023年3月18日12时53分,（1）T细胞受体基因重排（a）TCR和链基因重
8、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）阶段的一个时期，即CD44low CD25+阶段，链基因开始重排，表达链蛋白，并与前T细胞替代链PT（Pre T Cel1）组装成PT：二肽链，表达于CD44-CD25-阶段的细胞表面，此时细胞增殖活跃，IL-7R的表达对这个时期的分化发育至关重要；分化至CD4+CD8+PT:CD3low的双阳性（DP）阶段，细胞停止增殖，链基因开始重排，并表达有功能性的TCR。,2023年3月18日12时53分,（2）CD3及CD4/CD8的表达：阳性与阴性选择 阳性选择 在胸腺皮质中，同胸腺上皮细胞表达的自身肽：MHC类或类分子复合
9、物以适当亲和力进行特异结合的DP细胞，可继续分化为单阳性（SP）细胞，其中与类分子结合的DP细胞CD8表达水平升高，CD4表达水平下降直至丢失;而与类分子结合的DP细胞，CD4表达水平升高，CD8表达水平下降最后丢失；不能与自身肽：MHC分子复合物发生有效结合或发生亲和力过高结合的DP细胞，在胸腺皮质中发生凋亡，占DP细胞的95%以上。约5的DP细胞经选择而存活，此过程称为胸腺的阳性选择（postive selection）。,2023年3月18日12时53分,经阳性选择的DP细胞存活，并分化为SP细胞，使T细胞获得了在识别过程中自身MHC限制能力。识别MHCI类分子的胸腺细胞发育为CD8+细
10、胞，而识别MHC类分子的胸腺细胞发育为CD4+细胞。,2023年3月18日12时53分,阴性选择（negative se1ection），系DP及SP细胞在皮质区、皮髓质交界处及髓质区，与胸腺DC、巨噬细胞表达的自身肽：MHC I类或类分子发生高亲和力结合的而被消除，或成为无能状态，以保证入外周淋巴器官的T细胞库中不含有针对自身成分的T细胞，也是T细胞自身免疫耐受的主要机制。,2023年3月18日12时53分,胸腺 CD4+与MHC 适当 不与MHC-自身肽 CD4+TCR重排 CD8+结合的T细胞 结合的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
11、胞不与 T细胞与MHC和自身 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细胞在胸腺内的阳性和阴性选择,外 周,(DP),(SP),(DN),2023年3月18日12时53分,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：,2023年3月18日12时53分,2023年3月18日12时53分,抗原非依赖期(骨髓内分化)祖B细胞(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,2023年3月18日1
12、2时53分,（2）、B细胞在骨髓内的分化,B细胞来源于骨髓淋巴干细胞。早期B细胞的增殖分化与骨髓造血微环境(hemopoietic inductive microenviroment，HIM)密切相关。骨髓基质中的细胞因子和黏附分子是B细胞发育的必要条件。,2023年3月18日12时53分,Ig重链、轻链基因重排原B细胞中首先开始Ig重链基因重排，并表达Ig/Ig，如果重排有效，则产生链，因此时轻链尚未重排，链则与一条替代轻链（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细胞进一步分化。如果轻链重排有效，则轻链与链结合，形成IgM表达在细胞表面。膜表面
13、IgM是不成熟B细胞的标志。,Ig基因重排,2023年3月18日12时53分,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的，故有可能产生与自身抗原应答的B细胞克隆，或产生具有不合适抗原受体的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自身抗原应答的基因，以消除自身应答性B细胞（B细胞阴性选择）。藉Ig基因二次重排，对B细胞的抗原受体作修正时称为抗原受体编辑。通过阴性选择后的不成熟B细胞，膜上表达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,2023年3月18日12时53分,骨髓 不与自身抗原 高亲和力结合
14、BCR重排 的B细胞 B 阴性选择 B 与自身抗原 高亲和力结合 的B细胞 凋亡,淋巴干细胞,外 周,骨髓内B细胞的阴性选择,2023年3月18日12时53分,定向干细胞及其分化:2.淋巴样干细胞及其分化：Nk细胞：第九章第三节已涉及（略）。,2023年3月18日12时53分,第二节 淋巴细胞抗原识别受体的编码基因及多样性产生,2023年3月18日12时53分,（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四种不同的基因片段所组成。,一、BCR与TCR基因结构及其重排,V/D/J,C,2023年3月18日12时53分,（一）胚系基因结构胚系基因的结
15、构 BCR或Ig的两条轻链(、)和一条重链分别由不同的多基因家族(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基因结构及其重排,DH JH C,VH,编码完整/链,VL,JH C,sIgM/sIgD,编码完整轻链,2023年3月18日12时53分,（二）淋巴细胞发育过程中抗原受体的重排 在B细胞发育分化过程中，Ig可变区将发生顺序性重排。首先是重链V区重排，然后是轻链V区重排。只有经过重排的B细胞才成为成熟型B细胞，即免疫潜能B细胞(immunocompetent B)。每个成熟的B细胞只含有一种功能性VH和
16、VL(或)，其细胞膜表面表达膜结合型Ig，并只能与一种抗原表位相互作用。,一、BCR与TCR基因结构及其重排,2023年3月18日12时53分,（1）重组活化基因1/2（recombination activation gene 1 and 2,RAG1/2）,L V1 V2 V3 V4 V5 Vn J1 J2 J3 J4 J5 J6,C区,RAG1/2,RAG1/2,C区,连接酶,L V1 V2,J4 J5 J6,L V1 V2,J4 J5 J6,2023年3月18日12时53分,（2）B、末端脱氧核苷酸转移酶（terminal deoxynucleotidyl transferase,Td
17、T）,TdT,Dt/A/C/GTP,Dt/A/C/GTP,AGCTAG,CTAG,连接酶,AGCTAG,CTAG,随机核苷酸加减,2023年3月18日12时53分,（3）Oct-2及NF-B等,VH DH JH,启动子,增强子,调控序列,内含子,C区,Oct-2（在B细胞特异表达）,NF-B参与轻链的转录,2023年3月18日12时53分,（4）类别转换,2023年3月18日12时53分,2023年3月18日12时53分,IL-4诱导Ig重链基因重排的类型转换机制第一次重组重排切除的环状产物中包括C，使C转换为C、（IgG1）第二次重组，切除C，使C转换为C（Ig3E）,2023年3月18日1
18、2时53分,组合造成的多样性连接造成的多样性 CDR3区位于V、J和V、D、J片段连接处，两片段之间的连接可以丢失或加入数个核苷酸，从而显著增加了CDR3的多样性，增加了抗原识别受体多样性的数目体细胞高频突变造成的多样性,二、抗原识别受体多样性产生的机制,2023年3月18日12时53分,可能组合数目,人Ig可变区片段的估计数目为：100个VH、30个DH和6个功能性JH，100个V、5个J，100个V，6个J。因此，人抗体多样性的数目与小鼠相似。(十)：表示与抗体多样性有关，但数目不详；(一)与抗体多样性无关,2023年3月18日12时53分,小鼠种系Ig基因的结构,2023年3月18日12时53分,重链基因重排及RNA加工,2023年3月18日12时53分,图2-3 轻链基因重排及RNA加工,2023年3月18日12时53分,缺失对接时P-核苷酸及N-核苷酸的加入,2023年3月18日12时53分,谢谢,
