第二节　输血的血液学基础

11.为什么造血因子对造血过程有着不可取代的作用

答：造血因子是在造血干细胞（hematopoietic stem cell，HSC）和造血祖细胞（hematopoietic progenitor cell，HPC）生存、更新、增殖、分化、成熟及程序化死亡等不同过程中发挥正、负调控作用的活性蛋白或糖蛋白，能通过与靶细胞特异受体结合介导细胞内事件发生，进而引起细胞或者组织发生改变。造血因子为细胞因子家族中的一员，是多种生物细胞之间信息交流的基础。造血因子根据其功能可分为造血生长因子和抑制因子，第一个被鉴定确证的造血因子为促红细胞生成素（erythropoietin，EPO）。目前已被克隆重组的造血因子有粒细胞集落刺激因子（granulocyte colony-stimulating factor，G-CSF）、巨噬细胞集落刺激因子（macrophage colony-stimulating factor，M-CSF）、粒细胞巨噬细胞刺激因子（granulocytemacrophage colony-stimulating factor，GM-CSF）、EPO、促血小板生成素（thrombopoietin，TPO）、干细胞生长因子（stem cell factor，SCF）、白细胞介素（interleukin，IL）1～18、肿瘤坏死因子（tumor necrosis factor，TNF）等70多种。造血过程是一个非常复杂精细的动态过程，其中涉及造血干/祖细胞、造血微环境、造血因子等多种因素之间的相互作用与制约，而血细胞的存活、增殖、分化等生理生化过程也离不开各种造血因子的调控作用。

12.为什么造血干细胞具有自我更新或自我维持的特性

答：造血干细胞（hemopoietic stem cell，HST）是一类具有高度自我更新、多向分化、重建长期造血功能以及损伤后再生能力的造血前体细胞，能分化为各种髓系和淋巴系细胞。另外它还具有广泛迁移以及特异性归巢的特性，以保证其能优先定位于造血微环境中；HSC在体内以非增殖状态的方式存在。最新造血理论认为，在正常情况下，HSC只进行不对称性的有丝分裂，即其分裂产生两个子细胞；只有一个子细胞分化为早期的造血祖细胞（hematopoietic progenitor cell，HPC），而另外一个子细胞则保持着HSC的一切特性，这就保证了正常人体内HSC数量的稳定，却又能够不断产生HPC以保证机体血细胞的更新和弥补。

13.为什么造血干细胞能够在体内长期的重建造血，而造血祖细胞却不具备这种性质

答：HSC最重要的一个功能就是具有重建造血功能。该重建过程分为长期（或晚期）和短期（或早期）两个阶段，而这两阶段分别由HSC和HPC两类细胞完成。这两类细胞最主要的区别就在于HSC具有高度自我更新或自我维持能力，而HPC则在早期部分地、晚期全部丧失自我更新或自我维持能力。由于HSC呈不对称性的有丝分裂，其两个子细胞中一个子细胞会保持HSC的全部特性进行下一步不对称有丝分裂或者进入G0期，而另一个则会分化为HPC；一旦分化变成早期的HPC，HPC就会立即进行对称性的有丝分裂，其自我更新或者自我维持的能力将会越来越弱直至完全消失，而增殖能力会越来越强，产生足够机体所需的血细胞；故HSC能够在体内长期的重建造血，但HPC却不具备这种功能，HSC和HPC的不同特性保证了机体在HSC数量恒定的情况下对血细胞的需求。

14.为什么CD34分子可作为造血干细胞活化状态的标志物

答：CD34分子是一种选择性地表达于人类及其他哺乳类动物HSC/HPC表面的高度糖基化的Ⅰ型跨膜糖蛋白，分子质量为105～120ku，它在细胞表面的表达量随着细胞的逐渐分化和成熟而逐渐降低直至消失。CD34分子能够阻遏HSC向髓系细胞的分化，使之停留于造血过程早期阶段，这种能力是HSC在机体造血系统中发挥作用所必不可少的。CD34−细胞是一种处于静息状态下的细胞，但其经过特定的活化后，可转变为CD34+细胞，即转变为一种活化状态的造血干细胞，而CD34+又可以逆转化为CD34−。当机体处于活跃发育阶段时，大部分造血干细胞为CD34+；当机体进入稳定成熟阶段时，大部分造血干细胞呈CD34−。故HSC表面CD34分子的表达情况可以用来作为HSC活化状态的标志分子。

15.为什么CD34单克隆抗体对研究造血机制具有重要意义

答：CD34分子是一类高度糖基化的Ⅰ型跨膜糖蛋白，CD34+造血细胞是包含HSC/HPC的特殊细胞群。CD34单克隆抗体是深入研究CD34分子、探索造血调控机制、分离纯化HSC/HPC以及临床应用必不可少的分子探针。CD34单克隆抗体可用于HSC/HPC的富集以得到造血调控、HSC移植以及肿瘤生物治疗所需的高纯度HSC/HPC；同时CD34单克隆抗体的出现为异基因CD34+HSC移植也带来新的研究思路；另外CD34单克隆抗体还有助于白血病诊断及分型、HSC动员移植及造血恢复的评估。总之，CD34单克隆抗体使得HSC/HPC形态、功能以及应用的研究进入了更深层次，为探索造血调控机制起到了巨大的推动作用。

16.为什么造血干/祖细胞的凋亡能调控造血细胞水平

答：细胞凋亡即细胞自然消亡的现象，在胚胎发育、肿瘤形成中有着重要的作用。而造血细胞的凋亡是机体对造血系统进行调控的一种特殊机制。在HSC分化为成熟血细胞的过程中，HPC会进入一个依赖特定造血因子的生长阶段，该阶段中造血因子必须以一定浓度持续存在，否则HPC将会进入程序性死亡过程。在高浓度的造血因子环境中，绝大部分的HPC均能得以生存并发展为成熟血细胞；而当造血因子浓度正常或低于正常时，HPC则会进入凋亡阶段，故HPC所处的微环境中造血因子浓度成为机体通过凋亡调控血细胞水平的一个媒介。该调控机制已在红系造血细胞中得以证实，当存在高浓度EPO时，多数的红系HPC凋亡机制受到抑制；当EPO浓度处于正常或低于正常时，HPC则会进入凋亡程序，以此调控机体内的血细胞水平。

17.为什么造血干细胞不能无限地自我更新

答：造血干细胞的自我更新能力与其染色体端粒的长度有关。端粒是由若干kb长度的DNA序列（TTAGGG）串联形成的重复序列，其广泛存在于真核生物线性染色体的末端，其能通过防止染色体末端降解或融合以保证染色体末端DNA序列得到完整的复制。在细胞进行分裂过程中，由于染色体3′端被RNA引物所覆盖，不能有效地被复制，故染色体的末端部分即端粒会在不断分裂的过程中逐渐丢失，当端粒缩短到一定长度时，细胞将失去其增殖潜能而走向衰亡。端粒酶是由RNA和蛋白质组成，具有调控端粒长度的功能，其能利用暴露的一段RNA对端粒进行长度添加，以保证细胞的增殖能力，但活力有限并不能长久地对端粒进行长度补充。美国的Moniko等对造血细胞中端粒长度与端粒酶调节作用进行较为深入的研究，发现原始的造血细胞以及T、B细胞虽含有端粒酶，但并不能阻止端粒的缩短。近年的研究表明，不同发育阶段的HSC和不同分化阶段的造血细胞器端粒的平均长度是不同的，表明端粒酶虽在某种程度上能延缓HSC自身端粒缩短的速度，但并不能阻止其缩短和丢失的趋势，故认为HSC的自我更新能力不是无限的。

18.为什么造血生长因子和造血抑制因子有相反的造血作用

答：造血因子为一类能对HSC/HPC存活、自我更新、增殖、分化、成熟及程序性死亡等生理生化过程中发挥正、负调控作用的蛋白或糖蛋白，是细胞因子家族的成员。当机体的血细胞处于正常的范围时，造血抑制因子就会抑制HSC/HPC的活化使其处于G0期，避免产生过多的血细胞及HSC的消耗；而当机体出现血细胞数量下降时，就会刺激造血生长因子，使其激活HSC/HPC，进而产生新的血细胞维持机体血细胞数目的稳定。故机体内所含有血细胞数目的稳定或者动态平衡是造血生长因子和造血抑制因子共同作用的结果，这两种作用截然相反的造血因子相互抑制，既维持了机体血细胞数目的稳定，又避免了不必要的损耗。

19.为什么血液的颜色存在个体差异

答：一般情况下，正常人的血液都是红色的，但某些疾病的发生将会改变血液的颜色。健康人的血液由于血细胞含有大量的血红蛋白，而血红蛋白能有氧结合从而使得血液呈现出鲜红色；而当人体贫血时，血液中的血红蛋白含量就会低于正常值，使得血液呈现淡红色；而煤气中毒的患者，血液中的血红蛋白则会与一氧化氮结合生成碳氧血红蛋白，使得血红蛋白失去携带氧的能力而呈现樱桃红色；当患者患有重度肺气肿等疾病时，由于缺氧使血液中的氧合血红蛋白含量降低导致血液呈现暗紫色；当机体亚硝酸盐中毒时，亚硝酸盐会夺取血液中的氧气，使得低铁血红蛋白变成高铁血红蛋白导致血液呈现棕色或者紫黑色；另外当血液内的脂肪含量太高时，血液呈现乳白色。因此血液的颜色并不是一成不变的为红色，随着血液中某些成分含量的改变而改变颜色，这些常提示机体疾病的发生。

20.为什么血液对于机体非常重要

答：血液是人体各种功能得以运转的基础，血液循环系统主要具有三种功能：①为机体各个部位运来代谢原料并运走代谢产物的物质运输功能；②将机体产生的激素和其他体液因子运送至相应靶细胞的功能；③维持机体内部环境相对稳定和防御功能。血液是由血浆和血细胞两大部分组成，其中血浆除了含有大量水分外，还有无机盐、纤维蛋白原、白蛋白、球蛋白、酶、激素、各类营养物质等；血细胞则又可分为红细胞、白细胞和血小板三类，红细胞主要功能是运输氧；白细胞则是免疫系统的一部分，负责破坏及移除年老或异常细胞及细胞残骸，对机体起着保护作用；血小板则具有止血的作用。当血液成分或者循环出现问题时，机体的局部组织将不能正常运作，从而导致疾病的发生。故血液对于机体是十分重要的。

21.为什么红细胞具有变形性

答：红细胞在外力作用下的变形能力被称为红细胞变形性。红细胞具有变形性主要是由三个因素决定的，即红细胞膜的黏弹性、红细胞的几何形状和红细胞内液的黏度：①红细胞膜的黏弹性：红细胞膜骨架蛋白成分及脂质双分子的流动性，一些研究表明膜表面的黏性系数等力学参数均与膜骨架蛋白有很大关联，而脂质的流动性则与膜的履带运动等活动有关；②红细胞的几何形状：细胞表面积与体积的比值，红细胞膜面积相对于体积是相对过剩的，使红细胞能变成各种形状而不致破裂；③红细胞内液的黏度：称为红细胞内黏度，是决定红细胞变形性的重要因素，当内黏度增高时，红细胞变形性降低。血红蛋白的质、量和膜的离子通透性改变等因素均可引起红细胞内黏度的变化，从而改变红细胞变形性。红细胞的这种变形性使得其在微循环中能通过直径比它还小的毛细血管，是红细胞在机体内运输氧和各种代谢原料及产物的必要条件。故红细胞具有变形性能力与其独特功能密不可分。

22.为什么红细胞是研究细胞老化机制的良好模型

答：血液循环中的红细胞基本均为成熟的红细胞，成熟的红细胞是无核的且不具有自我修复的能力，故其细胞老化过程所产生的各种效应易于被观测，且红细胞易于分离纯化。老化红细胞的消亡主要有自身破溶和被吞噬细胞吞噬两种途径，而这两种途径都是由细胞膜结构发生改变所引发的。当红细胞老化后，其密度、形态、变形性、稳定性等都会发生一系列的改变。1946年，Shemin发现随着红细胞的不断老化，细胞密度不断增高；正常情况下红细胞为双凹盘形，而老化红细胞呈现棘状、口形及球形，对血库不同储存时间的红细胞进行电镜观察，发现随着储存时间的增加，红细胞逐渐变为球状，且体积变小；与正常红细胞相比较，老化红细胞的稳定性降低，变形性降低、膜渗透性升高；另外随着红细胞老化，细胞表面会不断产生囊泡，膜脂膜蛋白丢失，膜的脆性增加，故囊泡化亦是红细胞老化的一个重要特征。故从检测细胞膜的结构变化入手，来深入探讨细胞老化的机制这一角度上讲，红细胞是研究细胞老化机制的良好模型。

23.为什么中性粒细胞能够及时迁移至坏死组织或细菌入侵部位

答：中性粒细胞到达坏死组织或细菌入侵部位是通过趋化运动完成的。趋化运动是1884年由Pfeffer首先提出的，是中性粒细胞顺着趋化因子浓度移动的过程。当趋化因子被中性粒细胞表面的特异受体识别并结合后，将会引起中性粒细胞内部一系列的生理生化改变，而这些改变最终将引起中性粒细胞的细胞膜骨架结构发生改变形成伪足，为向坏死组织及细菌入侵部位迁移提供条件。趋化运动的分子基础是细胞骨架蛋白在一系列调节蛋白作用下发生装配与去装配相互交替的变化，而这些变化都与胞内Ca2+浓度有着极大的关联。当胞内Ca2+浓度低时，肌动蛋白则会被装配，细胞质呈现凝胶态；而当Ca2+浓度高时则肌动蛋白会去装配，细胞质呈现流动态；细胞质状态的改变导致了伪足的出现，使得中性粒细胞能够迁移至坏死组织或细菌侵入部位。

24.为什么中性粒细胞既可以保护机体亦会损伤机体

答：当机体受到外来病原体、抗原等入侵时，中性粒细胞快速迁移至受感染部位，释放出活性氧物质和各种蛋白水解酶，杀伤外来入侵的细菌等病原体。但当机体出现类风湿关节炎、心肌缺血再灌注损伤等疾病时，中性粒细胞分泌的活性氧（reactive oxygen species，ROS）和各种蛋白水解酶则会对机体组织产生损伤作用。中性粒细胞引发的组织损伤可分为氧化性损伤和非氧化性损伤两大类。氧化性组织损伤是指中性粒细胞通过呼吸爆发产生大量ROS对组织造成损伤；而非氧化性组织损伤则是指由于中性粒细胞释放的各种蛋白水解酶对组织中蛋白质进行降解产生的组织损失。故中性粒细胞对机体不仅具有保护作用，也会对机体产生损伤。

25.为什么B细胞能够针对不同血型抗原表达出特异性抗体

答：人类B细胞起源于骨髓多能干细胞，并在骨髓内经原B细胞、前B细胞和未成熟B细胞共四个阶段分化为成熟B细胞，成熟B细胞将会随血液循环系统定居于外周免疫器官的非胸腺依赖区；当其被抗原刺激后，转变为活化B细胞，并分化为浆细胞，浆细胞产生针对抗原的特异性抗体。B细胞表面存在的膜表面免疫球蛋白（surface membrane immunoglobulin，SmIg）是B细胞特异性识别抗原的受体，也是B细胞的重要标志。当SmIg识别抗原后，其抗原相关的信号就会借助传导结构传入胞内，在活化阶段的B细胞其生发中心微环境内，抗体重链和轻链的可变区基因发生高频率突变，并结合SmIg所识别的抗原信息对突变进行选择，最终产生针对不同抗原的特异性抗体。

26.为什么人体内血小板在数量、大小及密度上存在差异

答：正常人体内血小板在数量、大小及密度上存在差异的现象被称为血小板的异质性，这种现象最早是由Donne于1842年发现的。过去一直认为出现这一现象的原因主要有两个方面：①血小板随着衰老而变小；②形成血小板的前体细胞-巨核细胞的不同倍体所导致。但近期研究表明，在稳定的造血状态下，血小板的衰老对于血小板体积大小的影响并不明显，而粒细胞巨噬细胞刺激因子、巨核细胞刺激因子和相对迟作用因子对血小板的大小则能起到调节作用。血小板的数量、大小和密度不同将导致血小板的功能状态不同，体外研究表明，血小板的聚集程度随血小板浓度增高而增加，且体积大的血小板较体积小的聚集程度高和速度快，且密度高的血小板功能较密度低的强。1974年，O’ Brien发现在稳定的造血状态中，血小板数量与血小板大小间存在负相关；即20世纪80年代，Frojmovie Jakubowski等提出的“血小板质”的理论，该理论指出血小板数和平均血小板体积的积是在一恒定值内。故当机体免疫功能发生改变时，血小板的数量、大小、密度的也会发生一定变化。

27.为什么血小板具有与众不同的膜系统

答：血小板具有与其他细胞不同的特殊的膜系统，该膜系统包括开放管道系统（open canalicular system，OSC）、致密管道系统（dense tubular system，DTS）以及膜复合物三部分。OSC是血小板表面质膜凹陷形成的曲折管道系统，主要存在于静止、活化或凝集的血小板中，OSC的存在扩增了血小板与外界接触的表面积，为血小板内外物质的进出提供了多个通道。DTS则不与外界相连，且较OCS细，在胞质内随机分布，是血小板环氧化酶和储存钙的部位，能将胞质中的钙摄取到DTS内以维持胞质内较低的钙浓度，当血小板被激活后则将钙释放至胞质内从而启动各种细胞活动。膜复合物是OSC和DTS相互关联的部位。另外，OSC相当于肌细胞的横管系统，DTS则相当于肌细胞的肌质网，使得血小板可以在不依赖外源性钙离子的情况下，调节血小板本身的运动。故血小板具有与众不同的膜系统与其本身的功能是密不可分的。

28.为什么血小板具有止血功能

答：血小板的主要生理作用是其对于机体具有止血功能，防止机体受损后血液的流失。而止血功能的实现与其所具备的特定性质是密不可分的，包括血小板的黏附、聚集、释放反应以及促凝功能。血小板与非血小板细胞表面的黏附被称为血小板的黏附作用，是血管受损后机体正常止血反应的第一步。血小板相互之间的彼此黏附现象则称之为血小板聚集，机体通过血小板之间形成聚集体使流血停止是止血过程不可缺少的环节，血小板的聚集可由各种化学诱导剂或者流动状态的剪切效力作用两种机制诱发，同时血小板的聚集功能也是病理性血栓形成的重要因素。血小板的释放反应则是指血小板在受到刺激后，会将储存于致密体、α颗粒或者溶酶体中的生物化学物质排出细胞外的现象，这些物质的排出将会进一步引起血小板的活化及聚集。故血小板独特的性质是其具有止血功能的基础。

29.为什么血小板的聚集作用是把“双刃剑”

答：血小板的聚集是指血小板与血小板之间彼此黏着的现象，是机体止血过程中十分重要的环节。在正常的止血机制中，当机体受到损伤时，损伤部位的激活因素将刺激血小板出现聚集反应，凝集成为血小板凝块，起到初级止血的作用；然后血小板会参与凝血反应，生成凝血酶使得邻近血浆中的纤维蛋白原转变为纤维蛋白，而纤维蛋白相互交织形成网状使得血细胞与血小板凝块结成血凝块，形成血栓。与此同时，血小板表面的突起会伸入纤维蛋白网内，随着血小板的收缩使血凝块收缩，血栓变得更加坚实，从而达到止血的作用。然而病理状态下或者某些刺激调控因子作用下，如冠心病，将会使得血小板黏度黏附、聚集和流动性增强，促使血小板不断活化，形成血小板血栓，导致心肌梗死等疾病。故血小板的聚集作用是一把“双刃剑”。

30.为什么血小板表面的血型抗原具有重要的临床意义

答：血小板表面存在着两类血型抗原，即血小板相关抗原和血小板特异性抗原。血小板特异的同种抗原系统于1988年由血小板血清学的国际血液学标准化会议提出了统一命名，通称人类血小板特异性抗原（human platelet antigen，HPA）；而血小板相关性抗原由吸附或者内源性合成而来，如ABO抗原和HLA抗原。血小板携带的HLA抗原为HLA-A，HLA-B，HLA-C抗原。新生儿同种免疫性血小板减少症就是由于母亲的同种抗体与新生儿体内的血小板表面抗原发生免疫反应导致的疾病；另外多次输血后机体将产生血小板的同种抗体，也会与输注的血小板发生免疫反应引起血小板减少症。另外当机体内存在HLA、HPA-1a和HPA-3a抗体时可引发输注血小板无效的症状。因此血小板表面抗原或者血清中相关抗体的检测不仅对输血具有安全有效性，也对新生儿同种免疫性血小板减少症的筛查具有非常重要的意义。

（雷　航　蔡晓红）