造血干細胞的分化

  一、多能干細胞

　　多能干細胞是由Till和McCulloch等在60年代初，應用脾集落形成細胞定量法，首先在小鼠體內證明的。他們給經射線照射的小鼠輸入同系鼠骨髓細胞，在10～14天后在脾內形成可見的結節，它是由單一骨髓細胞發育分化而成的細胞集落，稱之為脾集落形成單位（colony forming unit-spleen,CFU-S)。集落數與輸入的細胞數成正比，它可分化發育為紅細胞、粒細胞及巨核細胞。CFU-S長期以來用體內集落法進行檢測。

　　在70年代后Johnson和Metcalf等應用鼠胎肝細胞體外培養法，證明具有CFU-S性質的干細胞可在體外培養成功，這是在研究干細胞方法學上的重大改進。

　　其后，Haral等用小鼠骨髓細胞在甲基纖維素中加入紅細胞生成素（erythropoietin,EPO)及脾細胞培養上清，進行體外培養，可形成含有紅細胞、巨核細胞以及巨噬細胞的集落，稱為混合集落形成單位（CFU-Mix)。其后，小林登等在80年代用人骨髓細胞亦報告CFU-Mix培養成功。即由多能干細胞可進一步分化為定向髓系多能干細胞及淋巴系干細胞。淋巴系干細胞是T和B細胞的共同祖先細胞，但目前尚不能用脾集落實驗證明其存在。

　　二、單能干細胞

　　單能干細胞是一類具有向特定細胞系分化能力的干細胞，也稱為祖細胞（progenitor)。如進行體內移植不能形成脾集落，但在一定造血因子的存在下，可在體外培養并形成細胞集落，稱為代表外培養集落，稱為體外培養集落形成單位（colony forming unit-culture,CFU-C)，因此它與多能干細胞不同，它可包括分化為紅細胞的紅系干細胞，可分化為粒細胞和單核細胞的粒、單核細胞干細胞系及可分化為血小板的巨核干細胞系。

　　1．紅系干細胞應用骨髓細胞加甲基纖維素在大量EPO存在下，進行體外培養可產生大型紅細胞集落，可含有1000個以上的細胞，形成如爆發火花樣的集落，稱此干細胞為爆式紅細胞集落形成細胞（burst unit-erythoid ,BFU-E)。如用小劑量EPO則產生小型集落，由8～50個細胞組成，稱此干細胞為紅細胞系集落形成細胞（colony forming unit-E,CFU-E)BFU-E是更早期的紅系干細胞，而CFU-E則為較晚期的紅系干細胞。

　　2．粒細胞-單核細胞系干細胞 此系細胞在功能上與BFU-E或CFU-E屬同級干細胞。應用軟瓊脂法將骨髓細胞進行體外培養，在集落刺激因子（CFS)存在下，可產生粒細胞和單核細胞集落，稱此集落形成細胞為體外培養集落形成細胞（colony formingunti-culture,CFU-C)。將CFU-C進行體內移植不能產生脾集落，所以CFU-D不具有CFU-S的特性，僅具有前驅細胞和前驅單核細胞的特征。

　　3．巨核干細胞系亦稱巨核細胞集落形成細胞（colony forming unti-megakaryocyte,CFU-M)，Metcalf及其分泌的細胞因子和細胞外基質（extra-cellular matrix,ECM)組成，因此對造血干細胞發育分化過程的體外研究，有很大局限性，它不一定能真實反映體內情況，分析實驗結果時，必須注意這種局限性。目前仍有很多關于造血干細胞發育分化的問題有待闡明。

  表7-2 血細胞的分化與成熟

多能干細胞 多能定向干細胞 單能定向干細胞 成熟子代細胞
髓系干細胞 紅系干細胞
粒、單核系干細胞

巨核干細胞

紅細胞
粒細胞/單核細胞

血小板

淋巴系干細胞 前驅B細胞
前驅T細胞

B細胞
T細胞