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造血系统的核心是骨髓里的造血干细胞，它们及其稀少，却能维持全身血液运转，它们有两个不可替代的能力： 自我更新，不断复制自己，保证干细胞的储备不会枯竭；另一个就是多向分化，能够生成我们身体里所有类型的血细胞。
正常状态下，绝大多数造血干细胞并不会一直活跃分裂，而是处于安静的静止状态（细胞周期的G0期）。这种休眠状态至关重要，它能最大程度减少复制时的基因错误，让造血干细胞长期保持稳定，为我们的身体持续保驾护航。只有当身体急需时，这些休眠的干细胞才会瞬间激活，快速进入分裂周期，大批量生产出身体所需的各类血细胞满足身体所需。
从造血干细胞到成熟的血细胞有着一条清晰却灵活的分化路径，造血干细胞首先会分化成多能祖细胞，之后再朝着两个主要方向发育： 一个是共同髓系祖细胞，主要负责生成红细胞、粒细胞、单核细胞和血小板，承担运输氧气，抵抗感染，凝血止血的重要作用； 另一个则是共同淋巴系祖细胞，会发育成T细胞和自然杀伤细胞，构筑身体的免疫细胞。
这一系列造血是受骨髓微环境调控。
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