一文带您读懂造血干细胞,揭秘其在医学中的重要性!

文摘   2024-11-26 14:18   日本  

前言

在人体的复杂而精妙的生理系统中,造血干细胞扮演着至关重要的角色。它们是所有血细胞的原始起源,负责维持血液系统的健康和功能。本文将带您深入了解造血干细胞的世界,探索它们的定义、功能以及在医学领域的应用。

人体的血液系统由许多具有特殊功能的细胞组成,例如红细胞(用于将氧气输送到组织)、白细胞(用于对病原体和外来物质的免疫防御)、血小板(用于血液凝固)、巨噬细胞和淋巴细胞(也用于免疫防御)。

然而,上述的许多血细胞都需要不断更新。每天,体内会合成数十亿个新血细胞,这些新血细胞从何而来呢?其实,每一个新生血细胞都源于一种被称为造血干细胞的特定祖细胞。这便是造血干细胞。

各种类型血细胞


01
造血干细胞的定义
造血干细胞(Hematopoietic Stem Cells, HSCs)是一类具有自我更新和多向分化潜能的干细胞,它们能够分化成各种成熟的血细胞,包括红细胞、白细胞和血小板。
这些细胞在骨髓中生成,并通过血液循环分布到全身,执行其特定的生理功能。并且在维持人体正常生理功能和应对疾病方面发挥着至关重要的作用。
02
造血干细胞的起源和分布
造血干细胞最早出现在胚胎发育的早期阶段,大约在受精后第2周,它们起源于卵黄囊的血岛。随着胚胎的发展,这些干细胞逐渐迁移到肝脏、脾脏,并最终迁入骨髓。
出生后,骨髓成为造血干细胞的主要来源,约占骨髓有核细胞总数的0.5%。此外,造血干细胞也可以存在于脐带血和外周血中。

△造血干细胞的来源

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造血干细胞的7大特性
1.自我更新能力

造血干细胞就像一个不知疲倦的小机器,它可以不断地复制自己。这就好比是有一个永远不会停工的复印机,一直印出和自己一模一样的纸张(这里纸张就好比是造血干细胞本身)。

这样的能力超级重要,因为只有这样,造血干细胞的数量才能保持稳定,不会越用越少,能够在体内长期维持其数量和功能

鉴于这种独特的再生能力,造血干细胞为治疗衰老、心脏病、糖尿病等疾病提供了广阔的潜力。

△造血干细胞分化图谱

2.多向分化潜能

造血干细胞就像是一个多面手,可以根据身体的需要,变成不同的“工人”。这些“工人”包括:

  • 红细胞负责运送氧气和二氧化碳。

  • 白细胞负责抵抗感染,保护身体免受病菌侵害。

  • 血小板负责止血,防止伤口出血。

此外,在特定条件下,它们还可以分化为非造血组织的细胞,如脂肪细胞、心肌细胞等。

3.归巢特性

造血干细胞还有一个很有趣的特性,那就是归巢。这就好像是造血干细胞有一种特殊的“回家本能”。
想象一下,我们的身体里有许多专门为造血干细胞准备的“小房子”,这些“小房子”就是造血干细胞应该待的地方,比如说骨髓里就有这样的地方。当造血干细胞在身体里“游荡”或者是被输入到身体里(就像一些治疗手段中会做的那样),它们就会凭借着自己的归巢特性,找到那些属于自己的“小房子”。

造血干细胞通过一些特殊的信号和途径,识别到自己应该去的地方,然后就安定下来,开始在那里进行自我更新和分化等重要的工作,从而维持我们身体的正常造血功能等重要的生理活动

4.静息状态

造血干细胞有一个特别的特性,那就是静息状态。这就好比造血干细胞有时候在“睡觉”。

  • 一方面,这可以让造血干细胞保存自己的能量。就像我们如果一直跑来跑去会很累,造血干细胞不随便活动就不会消耗太多能量,这样它们就能随时做好准备应对身体的需求。

  • 另一方面,静息状态可以保护造血干细胞。就像把珍贵的东西放在一个安全的盒子里,静息状态让造血干细胞不容易受到外界的伤害,从而可以在身体需要的时候,健康地发挥自己的作用,像是分化成各种血细胞或者进行自我更新。

5.高度增殖潜能和高度敏感性

尽管造血干细胞在静息状态下不活跃,但在需要时,它们可以通过大量分裂来迅速增殖,以应对损伤或疾病。

你可以把造血干细胞想象成一个小小的魔法种子。这个种子有着无限的生长能力。当身体需要的时候,它就像被施了魔法一样,开始快速地分裂繁殖。比如说,身体如果因为受伤或者生病,突然需要大量的血细胞,造血干细胞就会开启它的高度增殖模式

6.不对称分裂

造血干细胞通过不对称分裂产生一个继续维持干细胞特性的子细胞和一个分化为祖细胞的子细胞,从而在维持干细胞池的同时产生新的血细胞。

你可以把造血干细胞想象成一个有特殊能力的细胞“魔法师”。当它进行不对称分裂时,就像是在变一个神奇的魔法。它会分裂成两个细胞,但这两个细胞是不一样的。

  • 一个细胞会继续保持造血干细胞的特性,就像魔法师的魔法传承者,留着以备以后还能产生更多的细胞。

  • 另一个细胞就会开始朝着特定的血细胞方向发展,比如变成红细胞或者白细胞,就像是小魔法师创造出的一个有着特殊功能的小助手。

7.表面标志物

造血干细胞表面表达多种标志物,如CD34、CD38、CD90、CD117等,这些标志物有助于识别和分离造血干细胞。

04

造血干细胞的功能

1.重建血液系统,维持血液系统平衡

通过移植健康的造血干细胞,可以重建患者的血液系统,恢复正常的造血功能。

如果你的血液系统出了问题,比如患上了白血病,你的骨髓无法正常生成健康的血细胞。这时,医生可以通过移植健康的造血干细胞,让这些干细胞在你的骨髓中“安家落户”,重新生成健康的红细胞、白细胞和血小板,恢复你的血液系统。

2.促进组织修复和再生

造血干细胞可以分泌多种生长因子和细胞因子,促进受损组织的修复和再生。

在某些情况下,如放射治疗后的骨髓损伤,造血干细胞可以分泌生长因子,促进骨髓和其他组织的修复和再生,帮助患者恢复健康。

3.自我更新和分化能力

造血干细胞具有自我更新的能力,这意味着它们可以不断分裂产生新的干细胞,同时也能分化成各种成熟的血细胞,如红细胞、白细胞和血小板。

这种多向分化能力使得造血干细胞能够根据身体的需求生成不同类型的血细胞。
05
造血干细胞在医疗上的应用

造血干细胞在医学领域中扮演着至关重要的角色,其独特的自我更新和多向分化能力使其在治疗多种疾病中展现出巨大的潜力。以下是造血干细胞在医疗上的主要应用:

1.治疗血液系统疾病

造血干细胞移植是治疗各种血液系统疾病,如白血病、淋巴瘤、再生障碍性贫血、地中海贫血等的主要手段。通过移植,可以替换患者受损的造血系统,恢复正常的血细胞生产。

2.治疗免疫系统疾病

包括严重性联合免疫缺陷疾病、自体免疫疾病如多发性硬化症等,造血干细胞移植有助于重建患者的免疫系统。

3.治疗遗传性血液病

如Fanconi贫血、β-地中海贫血及镰状细胞病等遗传性血液病可以通过造血干细胞的基因疗法得到治疗。

4.实体肿瘤的治疗

视神经母细胞瘤等实体肿瘤也可以通过造血干细胞移植进行治疗。

5.促进伤口愈合和组织修复

造血干细胞能够释放再生细胞因子,有助于受损器官的修复,为心脏疾病、中风、骨髓损伤等疾病提供了新的治疗可能性。

6.新生儿造血干细胞的应用

新生儿造血干细胞可以应用在80多种疾病治疗中,包括血液系统恶性肿瘤、血红蛋白病、骨髓造血功能衰竭、先天性代谢性疾病、先天性免疫缺陷性疾病、自身免疫性疾病等。

7.基因/细胞治疗

造血干细胞在基因/细胞治疗中被认为是最理想、最具发展前景的细胞。通过基因编辑并正常表达,可以从根本上治愈遗传性血液疾病。

8.体外扩增及应用

随着体外扩增技术的成熟,造血干细胞的体外扩增为临床应用提供了更多可能性,尤其是在脐血干细胞移植中,扩增技术可以弥补干细胞数量不足的缺陷。
06
造血干细胞的缺点
尽管造血干细胞在治疗多种疾病方面展现出巨大的潜力,但其临床应用仍然存在一些缺点和挑战。

1.肿瘤风险

相比于间充质干细胞的不成瘤特性,造血干细胞具有较强的增殖能力,如果控制不当,可能会导致异常增生,形成肿瘤。

2.伦理问题

使用胚胎来源的造血干细胞涉及伦理争议,有些人对此持保留态度。

3.免疫反应

造血干细胞移植可能引发受体的免疫系统对移植细胞的排斥反应,需要进行免疫抑制治疗。

4.感染风险

移植后患者免疫功能受到抑制,容易发生感染,感染是影响移植个体长期存活的主要因素之一。
07
造血干细胞移植适宜人群

①年龄:异体移植50岁以下。

②对放化疗敏感。

③心、肝、肺、肾等主要器官功能正常的患者。

免责声明:本文仅作健康科普,不能替代医院的检查和治疗。如有相关疾病,请及时去正规医疗机构就诊,谨遵医嘱。如有侵权,请联系删除。

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