起源

1961年，人们用小鼠体内脾结节方法第一次证实了造血干细胞的存在。20世纪80年代后，多个实验室相继通过细胞表面标记分离出高度纯化的造血干细胞。

形态特征和表面标识

造血干细胞形态上类似小淋巴细胞，细胞核较大而胞浆较少，核仁明显，核染色质呈开放状态，单凭形态难以鉴别造血干细胞。 造血干细胞表达CD34+、c-kit+、Thy-1+（又称CD90）、Sca-1+和CD133+。临床上通过筛选CD34+细胞可以使造血干细胞得到富集。

自我更新和分化

造血干细胞具有自我更新和多向分化能力，是维持正常造血的重要因素。造血干细胞是造血祖细胞的来源，每日均有少量造血干细胞进入增殖周期，最终分化成终末细胞。造血干细胞在产生造血祖细胞的同时保持自身数量和特性不变，并维持机体内造血干细胞总数稳定，这种特性称为自我更新，它使干细胞池的大小和质量保持不变。自我更新主要通过单个细胞的不对称分裂（产生一个子代干细胞和一个快速分裂为祖细胞的子代细胞）和群体性不对称分裂（产生的两个子代细胞均具有成为干细胞和定向祖细胞的能力，它们分别成为干细胞和定向祖细胞）实现。自我更新特性使造血干细胞既维持了机体整个生存期的造血而又不会被耗竭。 造血干细胞通过祖细胞边增殖边造血，最终实现多系造血。造血干细胞生成共同淋系祖细胞和共同髓系祖细胞，共同淋系祖细胞最终生成淋巴细胞、树突细胞和自然杀伤细胞，而共同髓系祖细胞生成红细胞、巨核细胞、血小板、粒细胞和单核细胞，形成的终末分化细胞不能再进行分裂。多种生长因子、细胞因子和转录因子参与了造血干/祖细胞系的定向分化。

迁移、归巢和动员

发育过程中，造血干细胞在骨髓和身体各部位之间存在动态的迁移运动，这种运动依赖体内趋化因子、基质细胞衍生因子及其受体的相互作用。 造血干细胞的归巢，指造血干细胞移植后，造血干细胞经外周血血液循环进入受体后。必须在骨髓内准确地识别和定位并与造血微环境相结合，进行增殖、分化，才能发挥重建宿主造血和免疫的作用，归巢的能力反映了造血干细胞移植的植入效率。造血干细胞的动员则包括细胞与细胞间、细胞与基质间及细胞内的信号传导途径之间的相互作用，这些作用会影响造血干细胞的增殖、分化、迁移和凋亡。造血干细胞的归巢和动员是一对矛盾，前者需要增加造血干/祖细胞对骨髓的黏附能力，而后者需要降低这种能力，但一些共同的因素，例如造血微环境、趋化因子等参与了造血干细胞的归巢和动员。

可塑性

组织特异性干细胞的分化潜能并不是局限于特定的组织器官，而是在特定环境下可被诱导为其他类型的组织或器官的细胞，即跨系分化发育的能力。造血干细胞的可塑性指除了可以分化为各系血细胞外，还可以分化为多种非造血组织的细胞，如神经细胞、心肌细胞和各种组织的上皮细胞等。