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哺乳动物胚胎造血分为两个阶段,即原始造血和定向造血。原始造血起源于E7-7.5(embryonic day 7-7.5,E7-E7.5)的卵黄囊(yolk sac YS),以产生原始的有核红细胞为主要特征;定向造血阶段则主要开始于E10.5的主动脉-中肾-生殖嵴(aorta-gonads-mesonephros,AGM)区,主要以产生造血干细胞(hematopoietic stem cells, HSC)为主要特征,HSC具有自我更新能力,并可长期重建致死剂量照射小鼠的造血系统。目前,多数研究认为原始造血起源于胚外的YS,而定向造血则起源于胚内AGM区。2005年,Orkin小组证实E10.5-E11.0小鼠胎盘也存在成体型HSC,E12.5时,其数量有显著扩增。而早在1997年,Yoder小组的一系列研究则表明:E9.0的卵黄囊和主动脉旁脏壁层(para-aortic splanchnopleura,P-Sp,)能够重建经白消安(busulfan)处理的新生小鼠的造血系统,且具有自我更新能力,二次移植后能重建成体受体,这类特殊的HSC被称为新生型HSC。1994年,Dzierzak等将E11(>42体节)的小鼠胚胎循环血移植入经9.5Gy照射的成年小鼠,并未发现供体血细胞的嵌合。与之相反,Medvinsky等在之后的研究却发现E11.5的小鼠胚胎循环血中存在HSC。同期,Orkin等也发现E11.5(41-45体节)循环血能够重建成体造血,但是嵌合比例很低(0.6%),直到E12.5才出现较高比例的嵌合。但是,Dzierzak等移植E11.5(45-48S)的胚胎循环血,移植剂量高达5个胚胎量(embryonic equivalent,ee),但最终均未见重建。最近的研究显示:即使是在同一稳定的实验条件下,相同小鼠品系,小鼠胚胎分期精确到体节,CFU-Cs的活性检测都存在较大差异。基于上述研究及本实验室的前期经验,我们认为:就HSC的检测系统而言,若干因素(如辐照总剂量和剂量率,受体鼠的大小和状态,细胞的分离消化时间等)的不同都可能影响最终的重建效率和嵌合比例。综上所述,关于小鼠胚胎循环血的造血潜能,尤其是是否存在HSC的问题仍存在很大争议,且缺乏系统性研究。,本研究以小鼠胚胎循环血为重点研究对象,选择HSC发育的关键时间点(E10.5和E11.5),从造血标志表达、CFU-C的形成、淋系分化、CFU-S8、HSC移植等多个方面对小鼠胚胎循环血的造血活性规律进行了较全面和系统的研究。我们分离小鼠胚胎循环血,免疫荧光分析发现小鼠E11.5胚胎循环血中只有少量细胞表达CD45。相反,Ter119在多数细胞表达,且通过DAPI染色确认其具有细胞核,为原始红细胞。流式分析进一步发现:小鼠胚胎循环血中CD45表达比例为0.9%,Ter119表达比例达到98.9%。小鼠胚胎循环血中Tie2和CD31表达均较低,分别为0.7%和1.1%,而c-Kit的表达为0.8%,上述结果提示小鼠胚胎循环血中可能含有造血前体细胞。将获得的E10.5和E11.5小鼠胚胎循环血计数有核细胞,按照一定的胚胎量接种造血CFU-C,结果显示:小鼠胚胎循环血的CFU-mix集落形态特殊,以红系为主,且结合致密。而造血集落数目有如下三个特点,第一,集落类型主要以CFU-mix为主,CFU-E和CFU-GM相对较少。第二,E11.5小鼠胚胎循环血中所含的造血集落无论是总数还是各种类型,其数量均比E10.5多五倍以上。第三,相同数量的循环血细胞,二者产生的CFU-E和CFU-mix的频率相似,而CFU-GM却差别显著。与既往不同,我们发现E10.5小鼠的AGM区和循环血细胞均不能产生CFU-S8,而E11.5的AGM区和循环血细胞均能够形成CFU-S8,但数量少,每个胚胎分别含有0.5个和0.17个。另外,我们将E11.5循环血有核细胞接种于OP9基质细胞上,于第8-10天收集悬浮细胞,进行B细胞分化检测。我们发现,>90%的悬浮细胞表达B220,>80%的细胞表达CD19。表明小鼠胚胎循环血中含有B淋巴细胞前体或更早期的多潜能造血前体。将E10.5的循环血有核细胞接种于OP9-DL1基质细胞上,第6天时,CD44+/CD25+双阳性细胞逐渐出现,其比例为28.1%,但CD44-/CD25+单阳性细胞(DN3阶段)较少。同时,亦有CD4+/CD8-细胞出现,比例为5.1%。第14天时, CD44-/CD25+单阳性细胞比例增加至25.6%,并出现较成熟的CD4+/CD8+双阳性细胞,比例为7.5%,CD3+/TCRαβ+双阳性细胞的比例为3.6%。上述结果表明:尽管诱导效率稍低,小鼠E10.5胚胎循环血中存在具有T淋巴细胞潜能的造血前体细胞。定向造血发育最核心的事件是HSC的产生。为明确小鼠胚胎循环血HSC的活性,我们采集E10.5(36-40体节)、E11.5(41-50体节)GFP转基因小鼠胚胎的循环血细胞进行移植。移植后6-8周和6个月分别采集受体鼠的外周血进行供体嵌合检测,计算GFP+CD45+/(GFP+CD45++GFP-CD45+)的比值得到嵌合率。根据文献报道,我们视嵌合率≥10%时为重建成功。我们发现以E10.5的胚胎循环血作为供体(n=23),均未检测到供体细胞在外周血的嵌合。以E11.5的胚胎循环血作为供体(n=20),3只受体造血重建,移植后6-8周时其外周血中的嵌合率分别为31.3%、34.5%、43.7%,6个月时为28.4%、48.8%、89.3%。该数据表明:E11.5小鼠胚胎循环血具有长期、高效重建致死剂量照射小鼠造血系统的能力。为了考察小鼠胚胎循环血的各系重建能力,我们检测了重建受体的外周血、骨髓、脾脏和胸腺的各系嵌合能力,结果表明:上述组织均能检测到相当比例的供体来源的髓系和淋系细胞。为验证上述造血细胞的自我更新能力,我们应用已重建受体的骨髓细胞进行二次移植,移植2个月后,取其外周血检测,发现嵌合率均低于10%,分别为1.1%、2.8%、1.8%,而平行组的AGM区则有相当比例的嵌合。这表明,与AGM区相比,同期循环血中的HSC自我更新能力较差。综上所述:早期的小鼠胚胎循环血细胞表达造血标志,可以在体外形成CFU-C,E11.5时含有CFU-S8,且移植后能重建成体小鼠骨髓造血的各个谱系。然而,其自我更新能力较弱,表明此时在胚胎循环中迁移的HSC其功能并未完全成熟。
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