在人体发育的不同时期，造血干细胞在一些特定部位选择性分布并不断变化部位，使造血组织交替变迁。最早是在卵黄囊，然后在胎肝和脾脏，最后是骨髓。出生后，造血主要限于骨髓。由于不同发育阶段，不同部位的微环境条件不同，每一个阶段和部位的造血细胞群体不同。

胚胎造血按其不同发育阶段的主要造血器官大致可分为3个造血时期：中胚叶造血期、肝脏造血期和骨髄造血期。约在人胚发育第2周末，卵黄囊的血管原细胞（haemangioblast）分化成为内皮细胞和造血细胞。此时只能产生有核的红细胞，这些暂时的原始的卵黄囊有核红细胞在早期胚胎发生中起重要作用，产生的血红蛋白（Gower-1、Gower-2和Portland）可将氧气递送到快速发育的胚胎组织所需的。卵黄囊造血发生在血管内而不同于胎儿和成人造血。

中胚层起源的细胞也迁移到主动脉-性腺-中肾（aorta-gonad-mesonephros, AGM）区，产生其他造血祖细胞和分化细胞类型，以产生中间造血系统。这些祖细胞和分化细胞类型来自具有造血潜能的特殊内皮细胞群（造血内皮细胞）。此时造血细胞仅产生原始的红系和髓系细胞（primitive erythroid and myeloid cells）。4周后AGM产生成人造血干细胞（haematopoietic stem cell, HSC）。另外，早期孕体中胎盘也有造血细胞。这些地方生成的造血细胞随着胎儿发育寻找更适宜自身增殖的场所，即造血微环境。首先是在胎肝、脾、胸腺和淋巴结，以至造血干细胞经血液形成不断种植的迁移流，最后长寿命造血细胞（主要是造血干细胞）迁移并长期定居于骨髓。之后，骨髓产生几乎全部的血细胞（图5-1）。

胚胎发育第五个月起，骨髓成为造血的最主要器官，并维持终生（图5-2）。淋巴结、脾脏和胸腺也是维持终生的造血器官，但它们司职的造血和功能是不同的。淋巴结和胸腺是淋巴细胞的造血器官，脾脏是淋巴细胞和单核细胞的造血器官。

骨髓腔形成于胎儿第4个月，至第5个月骨髓造血微环境逐渐发育完善，骨髓具备生成各种血细胞的能力，每天每千克体重约产生60亿个细胞（红细胞和血小板各25亿个，粒细胞10亿个），成为造血中心。出生至三四岁时，全身的骨髓腔内骨髓全部造血，这种具有活跃造血功能的骨髓组织称为红（骨）髓（red marrow），又称造血髓（haematopoietic marrow）和造血主质。之后，骨髓造血显示与年龄有关的生理性衰退特征。从四岁开始，骨髓造血功能逐渐减弱，取而代之的是脂肪组织的增加，并出现从远端向心性扩展。这种骨髓造血的生理特性在30岁前变化明显，30～60岁则处于较为稳定的状态，60～70岁以后又出现第二次造血减退。这种原先造血活跃，随后脂肪化组织占据而失去造血的骨髓称为黄（骨）髓（yellow marrow），又称脂肪髓（fatty marrow）或脂肪组织。也有部分高龄个体，骨髓脂肪进一步变性，可发生黏液胶冻样变性，这种骨髓组织称为白（骨）髓（white marrow）。骨髓的外观性状在病理情况下可以发生显著变化，如浆细胞骨髓瘤（plasma cell myeloma, PCM）中可出现豆渣样变性骨髓，厌食症营养不良性造血障碍呈胶冻样。黄骨髓仍保留造血潜能，一旦机体需要（如失血和溶血）依然可转变成红骨髓进行造血。正常骨髓有很强的造血潜力，当造血长时间需求时，失去造血的黄骨髓可以重现造血功能。在最大应激条件下，代偿性造血可以增加原来的5～6倍。但是，骨髓造血也有明显的不均一性和个体差异性，如一部分正常人，40岁甚至更年轻者，出现髂骨骨髓的明显脂肪化，而无外周血细胞减少的表现。

正常成人红骨髓主要分布于颅骨、胸骨、肋骨、肩胛骨、脊椎骨和髂骨，但红骨髓中夹杂着散在的脂肪组织（约占50%），并随着年龄增长而红髓造血的活性逐渐下降。通常，脊椎骨和胸骨造血最旺盛，而髂骨脂肪化仅次于胸骨和脊椎骨。便于操作和获取标本，临床上以髂骨作为骨髓检查常规的首选部位，其次为胸骨。

除骨髓外，造血器官肝脏仅在胎儿发育的某一时期造血，而脾和淋巴结在出生后虽有造血，但不生成红细胞和粒细胞。可是，这些器官在特殊的病理条件下（诸如骨髓纤维化）可生成红细胞和粒细胞。这种由血液循环中的造血干细胞在外源性细胞因子和化学因子作用下，在原先造血并有造血潜能的器官（如肝脏），或造血单种细胞的器官（如脾脏和淋巴结）中重建造血，称为髓外造血（extramedullary haematopoiesis, EMH）。髓外造血的特征是病理性代偿造血的器官肿大，外周血出现幼稚粒细胞、幼稚红细胞，甚至巨核细胞。

骨髓（bone marrow）是骨髓腔或松质骨（骨小梁）间隙内所含髓质的总称，是人体出生后唯一能够生成各种血细胞的造血组织。骨髓封闭于坚硬的骨骼腔内，约占人体重的3.4%～5.9%。骨髓组织的结构示意如图5-3a所示，骨髓腔的结构为造血细胞的生长提供了最适宜的环境。骨组织（osseous tissue）是保护、支持和营养骨髓的组织。致密的骨皮质起保护作用。骨的内部为松质骨（骨松质），位于骨皮质下或骨中央，由大量与骨皮质相连的针状或枝（杆）状骨小梁形成多孔的网状结构，如同丝瓜，表面可被覆骨原细胞或成骨细胞。骨髓就蕴藏于骨小梁组成的网状结构中。骨小梁，在20岁以前丰富，成年或老年人减少。骨髓切片中所谓骨质减少是指骨小梁容积的减少，主要病理为髓腔扩张而引起的骨小梁变薄。

骨组织由大量钙化的细胞间质（骨基质）和一些细胞组成。这些细胞主要有骨细胞、骨原细胞、成骨细胞及破骨细胞四种。骨细胞最多，位于骨基质内，其余三种细胞均位于骨组织的边缘。骨原细胞（osteogenic cell）是一种未分化的多能干细胞，类似基质前期细胞，呈扁平形或梭形，位于骨外膜时称骨外膜细胞，位于骨内膜或骨小梁表面称骨内膜细胞（图5-3）。骨原细胞在骨改建中分化为成骨细胞，由扁平形变为立方状；在适当的造血因素作用下可转化为造血细胞；骨髓纤维化时还可转化为纤维（母）细胞。成骨时，成骨细胞分泌骨基质的有机成分。当成骨细胞被类骨质包埋后，便成为骨细胞。破骨细胞有溶解和吸收骨基质的作用。在这些细胞的作用下，骨组织的生长与溶解保持着动态的平衡。

骨髓组织由造血细胞、非造血细胞、神经、血管和基质组成，包括相关的骨组织。狭义的骨髓组织单指松质骨中的造血组织，由造血细胞和非造血细胞等组分组成。

造血细胞包括造血干细胞以及处于不同成熟阶段的各系列祖细胞、原始细胞、幼稚细胞及成熟细胞。它们是骨髓中的实质细胞，分布于骨小梁（bony trabeculae）间隙的血窦（又称静脉窦）与血窦之间（血管窦间的髓索）。同一系列的造血细胞在骨髓组织中生长分布有一定的规律性，显示出岛性或集积性造血的特点。造血岛可以看作造血细胞功能的剖解单位。幼稚阶段粒细胞通常呈岛性靠近骨小梁（约位于骨小梁旁50μm之内）生长，随着细胞逐步成熟而向骨小梁间区（造血主质）迁移，最后细胞发育成熟，穿过血窦入血液。异常造血时，这一剖解学定位结构可发生改变，如原始和早幼粒细胞呈小簇状定位于骨小梁间区或造血主质（见第十四章）时，病理学上称为幼稚前体细胞异常定位（abnormal localization of immature precursor, ALIP）。慢性髓细胞白血病的慢性期和加速期，贴近骨小梁的幼稚粒细胞造血带常增宽，细胞层多至5～6层。有核红细胞以独特的群簇形式排列于血窦外表面，造血岛常以1个至2个巨噬细胞为中心形成类圆形幼红细胞造血灶（见第十四章），是正常骨髓有核红细胞生成的解剖学结构，但在骨髓切片中由于方法学常观察不到护卫的巨噬细胞。一般认为，巨噬细胞与幼红细胞黏附出现在红系晚期祖细胞阶段。造血岛常位于血窦附近（骨小梁间区）生长，不同于粒系分布区域，当细胞成熟时离开造血岛，成熟至晚幼阶段时，与内皮细胞接触，脱去细胞核，穿过内皮细胞间隙而进入血窦。巨核细胞是骨髓中最大的细胞，常位于骨小梁间区靠近血窦或紧贴血窦壁外膜上生长，发育成熟后，巨核细胞胞质通过内皮细胞间隙进入血窦而脱落成为血小板。如果，巨核细胞出现多个簇状生长，常伴有多形性形态，并位于骨小梁旁区时，称为错位性或移位性结构（见第十四章）。这种异常结构有重要的诊断评估价值，如特发性骨髓纤维化、特发性血小板增多症和骨髓增生异常-骨髓增殖性肿瘤常见巨核细胞错位性增殖，而巨核细胞代偿性增生的特发性血小板减少性紫癜和脾功能亢进无这一异常所见。其他细胞中，淋巴细胞和单核细胞常散在性定位于造血索的小动脉和血窦周围。正常骨髓中可见淋巴小结，且多有清晰的界限，部分形状不规则，少数可见生发中心。淋巴小结主要见于成年和老年的骨髓中，且随着年龄而增加，需与淋巴瘤累及骨髓相鉴别。浆细胞散在分布或丛簇状分布，病理情况下，如自身免疫性疾病，浆细胞增多，且常沿小血管旁呈串珠样排列。

非造血细胞主要指骨髓的基质细胞，是由脂肪细胞、成纤维细胞样细胞、内皮细胞和成骨细胞等组成的异质性细胞群。这些细胞主要起源于基质多能干细胞。这种多能干细胞与造血干细胞在骨髓中同时工作。形成的两个系统彼此促进，密切配合。非造血细胞与诸如血管、神经和细胞外基质（extracellular matrix）共同组成造血微环境。一般说，骨髓中的造血细胞称为主质细胞，而非造血细胞等成分称为间质成分（包括间质细胞），在生理学上又称为基质成分（包括基质细胞）。许多造血系统疾病与骨髓造血功能的改变有关，与造血微环境和/或骨髓组织的结构改变有关。人们把造血干细胞比作种子，把造血微环境比作土地来形容两者之间的关系。

基质细胞产生许多细胞因子和一些涉及促进细胞与细胞间相互作用的蛋白质，并且将细胞因子和生长因子呈递给造血祖细胞。基质细胞及其细胞外基质构成纤维血管网状环境促使造血前体细胞归巢并支持其造血。造血干细胞和祖细胞含有多个黏附受体，而造血微环境（基质）含有许多黏附受体的配体，能吸引血液循环中的造血干细胞进入骨髓安家。

薄壁的静脉窦是骨髓中最突出的血管空间。由内皮细胞构成内层，受到由成纤维细胞样基质细胞构成的外层的支撑。其血液由营养动脉的分支和骨膜毛细血管网中获得。营养动脉穿透骨轴，分支进入骨髓腔，形成毛细血管-静脉窦连接结构。在骨髓交界处，骨膜毛细血管网与静脉窦通过中心管相连。较小的静脉窦流入较大的中心位置的静脉窦，后者连接在一起形成伴行静脉。伴行静脉和营养动脉在相同的血管通道中彼此相邻通过骨髓腔。

在骨髓中，多能造血干细胞（pluripotent stem cell, PSC）主要定位于由成骨细胞提供的造血干细胞龛内，龛内血流少、氧分压低，更成熟和分裂活跃的干细胞驻留在髓窦管腔侧。

造血干细胞（HSC）库，在正常状态下维持大小（干细胞数量）和质量不变，一有损耗，HSC随即经不对称有丝分裂一分为二。其中新生的一个维持HSC的全部特性，可以保持自我数量的恒定；另一个细胞形成定向祖细胞或集落形成单位（colony forming unit, CFU），经过分化、增殖、成熟，完成造血细胞数量放大和生物学特性变化的过程（见第一章图1-2）。HSC自我维持能力病变时，可以导致造血异常，如一个干细胞有丝分裂变成2个祖细胞时，干细胞数量减少直至造血衰竭或干细胞受损而减少时，可以发生造血障碍；相反，一个干细胞有丝分裂为变成2个干细胞时，干细胞自身便不断扩增，或造血生长因子持续异常刺激时，出现异常增殖，可以发生白血病（见本章第三节）。

HSC既有分化为髓系细胞又有分化为淋系细胞的潜能，被称为全能干细胞（totipotent stem cell）。HSC还具有维持不同形态和功能的各系血液细胞正常数量恒定的分化能力，即HSC的多分化能力（或多能性、多潜能）。自我更新和多分化功能是HSC最基本最重要的两个生物学特性。当机体需要时，HSC与组织干细胞之间还可能具有转换能力，即可塑性。HSC的95%停留在G ₀期，为干细胞的静止性特点，可以免除基因中毒事件并有利用于DNA超时修复，避免干细胞凋亡或恶变。

HSC是不均一的细胞群体，具有细胞的异质性（和等级性特点。HSC的5%不断地在静止和增殖状态中进行转换，细胞经若干次有丝分裂，代龄也随之变化。干细胞的代龄不同构成了干细胞群体的多态性。代龄高的干细胞其自我更新或自我维持能力随之下降，虽不影响正常造血，但在应激状态下，代龄低的干细胞具有更强的造血重建能力。在HSC移植中，来自胎肝和脐带血的HSC重建造血的潜能比老年人骨髓中或未经动员剂作用的成人外周血中的干细胞强得多。

HSC是非常原始的细胞，少有表面抗原，最重要的是CD34+和KIT+，缺乏CD38、CD33、HLA-DR和CD45RA以及系列特异抗原。人类中，两组细胞符合HSC的定义。其一，可以在同种异体移中保持长期多系重建（long term multilineage reconstitution, LTMR），称为长期HSC。在照射重建实验中，人CD34+CD38-CD90+Lin-细胞是成人和胎儿骨髓，脐带血，胎肝和动员后外周血中唯一能获得LTMR的细胞。这些细胞可以产生CD34+CD38-CD90-Lin-表型的子代，尽管能生产所有系列的血细胞，但仅有10周的短期自我维持的潜力，称为短期HSC。

大多数CD34+细胞共表达CD133标记，该抗原也可用于鉴定人类干细胞。也有一些非常罕见的CD34-CD38-Lin-的有干细胞特性的未分化细胞，表达CD133。因此CD133似乎比CD34更精确地描述最原始的人类造血细胞。而CD34，除了HSC外，造血祖细胞甚至形态学上的原始细胞也可表达，但其表达量随着细胞分化程度的增高而递减。CD34+是目前分选HSC和造血祖细胞（CD34+细胞群中90%以上是祖细胞）的主要指标。相反，分化至晚期阶段的原始细胞可以不表达CD34甚至也不表达HAL-DR，可以造成免疫表型与形态学上原始细胞评判之间的差异。

成人HSC大多居住于骨髓，一些循环于外周血液。HSC定义为单个细胞具有长期再生造血的能力，在形态学上还不能鉴定某一细胞是否为HSC，现有的理解为单个核细胞，形似小淋巴细胞，大小约7～10μm，核质比例高，胞质少、嗜碱性、可见小的突起，细胞核圆形、不如淋巴细胞有深的凹陷，染色质细致均匀（见第十一章图11-6c），胞质游离核糖体较多而多聚核糖体少，线粒体少，其他细胞器不见。通过外周血干细胞采集而富集的干细胞，经Wright-Giemsa染色后为小型和中等大小的淋巴样细胞，核膜和胞膜较为清晰，无明显核仁、染色质较细致，胞质较丰富嗜碱性。

①低自我更新力和多向性分化：造血祖细胞（hematopoietic progenitor cells, HPC）为HSC分化至形态上可以识别的原始细胞之前的一种中间阶段的造血细胞。HPC部分或全部丧失了HSC的自我更新能力，在造血生长因子的调控下，朝着有限的方向或一个方向分化和增殖（不断扩增）。早期祖细胞（primitive progenitor cell）由干细胞演变而来，在正常骨髓中数量很少，大多为G ₀期细胞，但它仍具有低的自我更新或低的自我维持的能力（具有短期的造血重建能力），造血潜能较强（有较高的增殖率和系列分化性），体外培养形成的细胞集落巨大，被称为爆式集落，故早期祖细胞也被称为多向（或多能）祖细胞（multipotential progenitor cell）。如髓系多向祖细胞（CFU-GEMM）为具有向粒、红、单核和巨核四个系列分化和增殖的早期祖细胞，所有髓系造血细胞来自一个多能的髓系祖细胞，故也称为共同祖细胞。淋系的共同祖细胞再分化为T、B和NK祖细胞。②无自我更新能力和定向性分化：晚期祖细胞由早期祖细胞多向分化而来，数量上明显增多，常高于早期祖细胞的几十倍。但晚期祖细胞全部丧失了干细胞的自我更新能力（在体内不能造血重建），只向着特定的1个系列或2个系列分化，故被称为定向祖细胞。晚期祖细胞有红系祖细胞（CFU-E）、粒单系祖细胞（CFU-GM）、粒系祖细胞（CFU-G）、巨核系祖细胞（CFUMk或CFU-Meg）和淋系祖细胞（CFU-TL和CFU-BL）等（见第一章图1-2）。这些晚期祖细胞体外培养的特点是培养需时短，形成的集落小。③免疫表型和形态学：HPC为异质性的细胞群体，还反映在细胞膜抗原的表达上。处于不同阶段（等级）中的祖细胞虽仍表达CD34，但随着细胞的分化，逐渐出现分化抗原甚至系列特异抗原（Lin）。早期祖细胞表达CD33、CD38、HLA-DR和CD45RO等分化抗原。髓系共同祖细胞表达CD34+CD38+HLA-DR+CD123+，淋系共同祖细胞表达CD34+CD38+CD10+/-。晚期祖细胞则表达系列特异抗原，如粒系的CD117、CD13、CD33，单核系的CD13、CD33，巨核细胞的CD41、CD61，T系的CD3、CD4，B系的CD79、CD22、CD19、CD20、CD10，T/NK系的CD2、CD7、CD11、CD25、CD56等。

HPC类似于HSC，为功能性术语，虽然形态学上还不能鉴定某一细胞是否为某造血祖细胞，但形态学上的早期原始细胞已包含了HPC形态学的共性特点，如BFU-E（红系早期祖细胞）培养第9天的细胞为类似原始红细胞的细胞。由它们恶性克隆形成的急性白血病，一般的形态学和细胞化学鉴定多具有急性淋巴细胞白血病（acute lymphocytic leukemias, ALL）的某些形态学特点，细胞免疫化学染色分析表型则可证明这些原始细胞具有HPC分化抗原的特性。如急性未分化细胞白血病（acute undifferentiated leukemia, AUL）有CD34阳性（为早期祖细胞或可能为造血干细胞），无特征的髓系和淋巴系的免疫表型；AML伴微分化型仅表达髓系表型而不表达淋巴系特征（为髓系晚期祖细胞）。有些祖细胞有明显的形态学特征，如BFU-E被鉴定为未成熟的原始细胞，胞质丰富，染色质细致，有核仁等。

骨髓是出生后所有淋巴祖细胞居住和发育的场所。人及哺乳动物的B细胞先在骨髓内分化成熟，故称骨髓依赖性淋巴细胞，简称“B”细胞。B细胞在骨髓中完成不依赖抗原的初次（第一阶段）发育成熟，因未接触抗原被称为初始B细胞（naïve B cell）。这一B细胞经血液再循环至外周淋巴组织的B细胞居住区（大多定居于淋巴结皮质浅层和脾脏红髓和白髓的淋巴小结），获得免疫活性后进行第二阶段的抗原依赖性发育成熟并司职体液免疫功能。

B细胞发育的早期细胞称为早前B细胞（pro-B cell），形态学上的（原始B淋巴细胞）表达CD34、CD10、CD19、TdT为其特征，在骨髓中的原位成熟呈向心性进展，不需要抗原的刺激。早前B细胞 Ig基因重排仅涉及D _H-J _H片段。因此早前B细胞不表达B细胞受体（B cell receptor, BCR）——即膜免疫球蛋白（membrance immunoglobulin, mIg或surface immunoglobulin, sIg），但表达早前B细胞受体（pro-B cell receptor, pro-BCR）的蛋白复合体。其后发育的前B细胞（pre-B cell），即形态学上的原幼淋巴细胞，以发生VHDH-JH重排为特征，结果形成完整μ重链。多数未成熟前B细胞（幼稚B细胞）分布在近骨内膜面的微循环中，随细胞的成熟，逐渐向骨髓腔内移动（图5-4）。较成熟的前B细胞位于中央，常与巨噬细胞紧密接触，最终在中央静脉窦中集积。多数前B细胞在发育中，因 Ig基因发生了不适当重组（不能正确组装或在细胞表面表达缺陷Ig）或潜在有害的细胞而经历凋亡，被紧密接触的巨噬细胞清除。这一过程类似于T细胞在胸腺中发育一样存在的筛选（阳性选择）机制， Ig基因有效重排表达完整mIg分子的B细胞才适合骨髓微环境中生存和分化，不到1/3～1/4细胞得以生存并最终进入外周淋巴组织。最后发育阶段的B细胞为小的，非循环的细胞（处于G ₀期），并失去pre-BCR，免疫表型演变为CD34-/CD10-。当轻链基因重排完成时，细胞表面显现完整的IgM分子（IgM+），进一步表达IgD分子。IgD赋于细胞免疫能力（成熟B细胞），并意味着细胞在骨髓中发育为终末期细胞，即初始B细胞（图5-5），然后无约束地离开骨髓迁入外周淋巴组织。

T细胞除了源自骨髓的干细胞经血液迁移胸腺分化外，骨髓基质细胞也支持T细胞的分化。在骨髓中可见早T祖细胞（原始T淋巴细胞）的成熟通路，还可通过基质源生的FMS样酪氨酸激酶3（FMS-like tyrosine kinase 3, FLT3）和白介素（interleukin, IL）-5（IL-5）促进NK细胞的成熟（图5-6）。

对应于骨髓发生的淋系肿瘤中，最主要的两个类型是急性原始B淋巴细胞白血病（B-cell acute lymphoblastic leukemia, B-ALL）和慢性淋巴细胞白血病（chronic lymphocytic leukemia, CLL）。少数为急性原始T淋巴细胞白血病（T-cell acute lymphoblastic leukemia, T-ALL）、多毛细胞白血病（hairy cell leukemia, HCL）和幼淋巴细胞白血病（prolymphocytic leukemia, PLL）。HCL细胞被认为起源于生发中心后B细胞；CLL细胞多认为起源于生发中心后B细胞。单克隆B细胞增多症（monoclonal B lymphocytosis, MBL）类似早期CLL，为CLL免疫表型的单克隆B细胞增多（绝对值<5×10 ⁹/L），无临床症状。ALL中多是早前B或前B细胞肿瘤。早前B组ALL是以H链的DH和JH片端早期基因重排为特征，前B细胞ALL为胞质产生VH-DH-JH Cμ完整的重链基因重排，但还没有膜相关IgM。这些大多数细胞表达CD34和CD10（基质金属蛋白酶），后者是常见的ALL抗原。