造血干细胞(HSCs)是主要定居于骨髓的多能干细胞,具备长期自我更新能力,并可分化为所有类型的成熟血细胞。其分化路径首先形成两大祖细胞:共同淋巴祖细胞(CLPs)和共同髓系祖细胞(CMPs)。CLPs进一步发育为T细胞、B细胞和自然杀伤(NK)细胞;而CMPs则分化为单核/巨噬细胞、中性粒细胞、嗜酸性粒细胞、嗜碱性粒细胞、红细胞、巨核细胞(生成血小板)以及部分树突状细胞,共同构成机体的免疫与血液系统。

一、造血干细胞的来源与功能
造血干细胞(HSCs)主要有三大来源:骨髓、外周血和脐带血。传统上,骨髓(如股骨、胸骨、肋骨)是HSC的主要来源并广泛用于移植;脐带血中HSC浓度约为骨髓的10倍,具有增殖能力强、免疫相容性好、排斥风险低等优势;外周血经动员后也可采集足够数量的HSC用于移植。在白血病、淋巴瘤、多发性骨髓瘤等疾病治疗中,输注的HSC可归巢至骨髓,重建造血与免疫系统,即使少量移植也能每日生成数十亿新血细胞,有效恢复患者血液功能。
二、造血干祖细胞分选常用标志物
人与小鼠造血干祖细胞(HSPC)的分选标志物存在显著种属差异。人造血干细胞主要依赖CD34⁺CD38⁻表型,原始长期造血干细胞(LT-HSC)通常为CD34⁺CD38⁻CD90⁺CD45RA⁻,并可结合ALDH高活性进一步富集;CD34在骨髓、脐带血和外周血中表达频率分别为1–5%、1%和0.1%。小鼠HSPC则以Lin⁻c-Kit⁺Sca-1⁺(KSL)为核心策略,其LT-HSC多为CD34⁻Flk2⁻(CD135⁻),且Sca-1在C57BL/6等品系有效,而在BALB/c中表达较低;替代方案采用SLAM标志物(Lin⁻CD48⁻CD150⁺)可跨品系适用。此外,小鼠HSC还可通过CD201⁺CD34⁻CD135⁻或低摄取Hoechst/Rh123(侧群特性)进一步富集。这些差异反映了物种演化对表面抗原表达的影响,对实验设计和跨物种研究具有重要意义。
三、技术核心:FACS与表面标记的组合策略
本研究利用流式细胞分选技术,结合多种特异性表面抗体,对造血干细胞(HSCs)和多能祖细胞(MPPs)进行层级化识别与分离。关键标志物包括:CD34(干祖细胞通用标记)、CD38(HSCs呈阴性或低表达)、CD45RA(阴性以富集未分化HSCs),以及CD90(Thy1)和CD49f(整合素α6),用于进一步提升长期造血干细胞(LT-HSCs)的纯度。最终目标群体被精确定义为 lin⁻CD34⁺CD38⁻/lowCD45RA⁻CD90⁺CD49f⁺,实现高纯度LT-HSCs的分离。
四、实验流程详解:从样本到纯化细胞
以下为论文中描述的全套操作流程,适用于从外周血动员后白细胞采集产物(mob LPs)中分离造血干细胞(HSCs)和多能祖细胞(MPPs):
1.单个核细胞(PBMC)的分离
- 采用密度为1.077 g/mL的Pancoll进行密度梯度离心。
- 将稀释后的白细胞样本轻柔叠加于Pancoll上层,400×g离心30分钟(室温,无刹车)。
- 收集界面处PBMCs,用PBS洗涤两次(200×g,10分钟,20°C),以去除残留血小板。
2.CD34⁺细胞的磁珠分选(MACS)
- 使用CD34 MicroBeads UltraPure试剂标记PBMCs,4°C孵育30分钟。
- 经70 μm滤网过滤后,通过LS柱在QuadroMACS分离器上正向分选,收集CD34⁺细胞。
3.抗体染色:分步进行
①生物素标记谱系抗体染色(用于去除非目标成熟细胞)
抗体组合包括CD2、CD3、CD14、CD16、CD19、CD56、CD235a;每5×10⁶细胞加入指定量抗体,4°C避光孵育15分钟;PBS洗涤后重悬于细胞染色缓冲液(K079)。
②荧光标记抗体染色
抗体组合(每5×10⁶细胞):eF510(2 μL)、CD45RA-BV450(5 μL)、CD90-PerCP-Cy5.5(5 μL)、CD49f-PE-Cy5.5(2.5 μL)、CD34-APC(2.5 μL)、CD38-red 780(5 μL);冰上避光孵育30分钟,PBS洗涤后重悬于MACS缓冲液。
4.设置对照样本
FMO(荧光减一)对照用于设门参考;单标对照(补偿微球或阳性细胞)用于流式光谱补偿校正。
5.FACS分选设置与执行
- 使用70 μm喷嘴,优化滴延迟与断点。
- 以未染色细胞调整PMT电压。
- 设门策略依次为:排除碎片(FSC-A vs SSC-A)→ 排除双联体(FSC-A vs FSC-H)→ 活细胞(eF506⁻)→ 谱系阴性(lin⁻)→ CD34⁺CD38⁻/low → CD45RA⁻ → 按CD90和CD49f表达细分。
- 最终分选出四个群体:LT-HSCs(lin⁻CD34⁺CD38⁻CD45RA⁻CD90⁺CD49f⁺)及三类MPP亚群。
6.分选后验证
- 采用“纯度模式”重新分析分选产物,要求纯度 >95%。
- 分选细胞立即用于下游功能实验,以维持其生物学活性。
五、总结
本研究揭示HSC“纯化≠绝对纯净”,其异质性及NSG小鼠模型局限亟需单细胞多组学(如CITE-seq)深入解析。菲恩生物提供专业流式配色设计与高质检测试剂,优化多色方案,降低干扰,提升检测精准度,助力免疫细胞精细分选,赋能免疫学、肿瘤免疫及自身免疫疾病研究。欢迎合作,共促创新!
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| K124 | FineTest® Violet510 (死活染料) |
| FV450-30153 | FineTest® Violet 450 Anti-Human CD45RA Antibody(HI100) |
| PCP55-30069 | PerCP-Cy5.5 Anti-Human CD90 Antibody(5E10) |
| APC-30071 | APC Anti-Human CD34(581) |
| FR780-30238 | FineTest® Red 780 Anti-Human CD38 Antibody(AT13/5) |