造血干細胞研究進展

蔣析文 劉 悅 馬光麗

(中山大學達安基因股份有限公司，廣東 廣州 510665)

造血干細胞研究進展

蔣析文 劉 悅 馬光麗1

(中山大學達安基因股份有限公司，廣東 廣州 510665)

造血干細胞；分離純化

造血干細胞(HSC)作為一種成體干細胞，是目前研究最深入、發現最早及應用最廣泛的干細胞，其具極強的多向分化和自我更新潛能〔1,2〕。自20世紀60年代開始，第1例骨骼移植成功以來，干細胞產品種類及應用范圍取得突破性進展。到目前為止，已有超過30種干細胞產品進入美國食品藥品監督管理局(FDA)審批程序，10余種疾病已入或完成三期臨床研究。干細胞技術作為生物領域中重要的組成部分，已經被我國納入“十二·五”規劃中。

1 研究背景

21世紀是生物醫療技術大發展的時代，干細胞治療作為繼藥物治療、手術治療之后的又一場醫療革命，大大推進了我國醫療技術的全面發展〔2,3〕。目前，多數醫學家和生物學家都認為干細胞源于人體的胚胎、成人體內及胎兒體內，其在一定條件下，具有無限的增殖能力、自我更新能力及分化能力，可以產生與自己完全相同及基因型和表現型完全相同的子細胞，干細胞研究屬于一門新興學科〔4〕。多倫多大學健康網絡稱，可以把分離出來的主要干細胞用于人體造血功能〔5〕。數十年來，科學界一直相信人體中存在母細胞及血液生成細胞，骨髓能幫助人體補充新鮮血液〔6,7〕。骨髓移植手術被用于治療血液病，如白血病或遺傳及罕見疾病等，但條件是需要患者與捐獻骨髓者的干細胞配型相吻合，即使如此，排斥反應還時有發生。研究人員通過縮小范圍，最終確定幫助人體造血的干細胞，無疑為血癌或其他血液病患者帶來希望。HSCs能幫助再生出各類型的血細胞，包括紅血細胞、淋巴細胞及巨噬細胞〔8〕。

2 臨床應用研究

HSC是所有血細胞和免疫細胞的種子，主要存在于骨髓、臍帶血、胎盤組織及經動員的外周血中〔9〕。其中，圍生期HSC以其免疫原性低、對配型要求低、增殖能力強、細胞質量優等特點已經成為首要的HSC來源，人體大部分骨頭的中央部門有骨腔,骨腔內所含的物質即骨髓，骨髓中有一種能起著造血功能的細胞就叫HSC。人血中的紅細胞、血小板、淋巴細胞、粒細胞等,都是由它經過多次分化發育而成的〔10,11〕。圍生期HSC移植需要組織配型相合，無關供體間配型相合的概率僅為(15～20)萬分之一〔12〕。即便主要組織相容性抗原相合，在很多亞位點也有所不同，也會出現免疫排斥反應，影響移植效果。而自體應用具有完美的組織配型，不會出現免疫排斥反應，提高了臨床治療的成功率，對于同家族親屬而言，也有1/2～1/4配型相合的概率。自體圍生期HSC的保存無疑給患者及家人增添了一份生命保障。

2.1HSC的優勢 HSC在臨床上應用對無供者沒有任何不良的影響，尤其是圍生期的HSC，資源豐富，細胞原始，活性是骨髓和外周血干細胞的10～20倍，病毒感染風險低，細胞純凈，在給患者移植后發生移植物抗宿主病(GVHD)的危險性相對較低，對于人類白細胞抗原(HLA)配型相合的要求較低，可擴大供者范圍，同時，實物儲存，隨用隨取，能夠避免因供體原因造成的風險〔13,14〕。

2.2HSC的收集 年齡在18～45歲的健康者均可登記成為捐獻HSC志愿者,18～55歲健康者可采集HSC；標準:丙氨酸氨基轉移酶(ALT)≤40 U，乙型肝炎病毒表面抗原:陰性。丙型肝炎病毒抗體:陰性。獲得性免疫缺陷綜合征病毒抗體:陰性。梅毒試驗:陰性。采集方法：①抽取骨髓HSC，捐獻者在全身麻醉或局部麻醉的情況下，從捐獻者髂骨中抽取骨髓血；②從外周血中采集HSC，捐獻者在注射動員劑后，進行血液成分單采術，從捐獻者手臂靜脈處采集HSC。安全、方便、無痛苦；③臍帶血中采集HSC，由于臍帶血中HSC量較小，只適用于救助兒童血液病患者。我國HSC捐獻者資料庫采用的是外周血HSC采集方法。

2.3應用 利用HSC移植可治療腫瘤性疾病,如白血病、某些惡性實體瘤等及非腫瘤性疾病,如再生障礙性貧血、重癥免疫缺陷病、急性放射病、地中海貧血等。HSC也可應用于重癥天皰瘡嚴重并發癥(雙側股骨頭無菌性壞死)及重癥肌無力等疾病的治療〔15,16〕。1989年法國醫生首次應用HSC成功治療了1例范可尼貧血患者〔17〕；2010年2月，北京道增醫院3歲急重癥再障女童移植自體圍生期HSC獲得救治；2010年7月，華西第二醫院，5歲男孩移植自體HSC治愈神經母細胞腫瘤；2009年3月，山西醫科大學第二醫院用臍帶間充質干細胞治療了1例骨髓移植后GVHD患者，使其癥狀緩解；2010年8月，解放區軍323醫院細胞治療中心利用干細胞治療了1例陳舊性類風濕關節炎患者，使其關節腫脹消退，全身癥狀減輕；2009年，西班牙醫生成功地為一名67歲男性患者實施了世界首例將全能干細胞移植到心臟的手術，目前病人心肌梗死情況已經好轉；2011年，協和醫科大學血液病醫院利用亞全能干細胞治療了1例血管閉塞性脈管炎，為患者重建側支循環〔18〕。當前，HSC與基因檢測聯合應用，2009年，美國頂級遺傳分析器制作公司承諾，每個新生兒都將擁有自己的基因組織〔19〕，到2019，為每個人制定基因組圖將成為例行公事，目前該研究已經為普通大眾所推崇，而且廣泛應用于運動員篩選，疾病預防和治療及職業選擇等各個方面。綜上，HSC已經廣泛應用于組織器官修復、免疫調節、如類風濕關節炎、肝纖維化、系統紅斑狼瘡，還應用于醫學美容及人體保健等方面，具有廣泛的應用前景。臨床將HSC與臍帶間充質干細胞共同移植，以治療血液系統疾病，HSC提供良好的造血功能，臍帶間充質干細胞則可以提供良好的HSC細胞生長微環境，通過兩者的共同移植，能明顯改善和加快免疫系統和造血系統的重建，同時臍帶間充質干細胞能夠抑制異體HSC移植后的免疫排斥，顯著提高臨床治療效果，提高移植成功率及患者的生存質量〔20～23〕。干細胞技術不僅在疾病治療方面有著誘人的前景，而且對動物克隆、植物轉基因生產、發育生物學、新藥物的開發與藥效、毒性評估等領域也將產生極其重要的影響。干細胞技術是人類生命科學研究的重要里程碑，預示著生命科學研究將進入快速發展時期。

1Eaves CJ.Hematopoietic stem cells:concepts,definitions and the new reality〔J〕.Blood,2015;125(17):2605-13.

2Liu S,Xu Y,Zhou Z,etal.Progress and challenges in generating functional hematopoietic stem/progenitor cells from human pluripotent stem cells〔J〕.Cytotherapy,2015;17(4):344-58.

3Zovein AC,Forsberg EC.Hematopoietic development at high altitude:blood stem cells put to the test〔J〕.Development,2015;142(10):1728-32.

4He N,Zhang L,Cui J,etal.Bone marrow vascular niche:home for hematopoietic stem cells〔J〕.Bone Marrow Res,2014;2014:128436.

5Anderson M.Matt Anderson,chief information officer,university health network,Toronto,Ontario.Interview by Cynthia Martin〔J〕.Hosp Q,2000;4(1):62-3.

6Weiss EL.Mitotic exit and separation of mother and daughter cells〔J〕.Genetics,2012;192(4):1165-202.

7Wang M,Wan L,Chen H,etal.A new fluorescent staining method for callose of microspore mother cells during meiosis〔J〕.Biotech Histochem,2012;87(4):300-2.

8Ogawa M,LaRue AC,Mehrotra M.Hematopoietic stem cells are pluripotent and not just"hematopoietic"〔J〕.Blood Cells Mol Dis,2013;51(1):3-8.

9Zhang CC,Sadek HA.Hypoxia and metabolic properties of hematopoietic stem cells〔J〕.Antioxid Redox Signal,2014;20(12):1891-901.

10Hirao A,Hoshii T.Mechanistic/mammalian target protein of rapamycin signaling in hematopoietic stem cells and leukemia〔J〕.Cancer Sci,2013;104(8):977-82.

11Klump H,Teichweyde N,Meyer C,etal.Development of patient-specific hematopoietic stem and progenitor cell grafts from pluripotent stem cells,in vitro〔J〕.Curr Mol Med,2013;13(5):815-20.

12Samokhvalov IM.Deconvoluting the ontogeny of hematopoietic stem cells〔J〕.Cell Mol Life Sci,2014;71(6):957-78.

13Wang QR,Yan Q.Soluble factors from bone marrow endothelial cells regulate differentiation and proliferation of hematopoietic and endothelial lineages and embryonic stem cells〔J〕.Acta Physiol Sinica,2013;65(4):433-44.

14Bigas A,Guiu J,Gama-Norton L.Notch and Wnt signaling in the emergence of hematopoietic stem cells〔J〕.Blood Cells Mol Dis,2013;51(4):264-70.

15Lee N,Barthel SR,Schatton T.Melanoma stem cells and metastasis:mimicking hematopoietic cell trafficking〔J〕.Lab Invest,2014;94(1):13-30.

16Slukvin II.Hematopoietic specification from human pluripotent stem cells:current advances and challenges toward de novo generation of hematopoietic stem cells〔J〕.Blood,2013;122(25):4035-46.

17Joshi A,Kundu M.Mitophagy in hematopoietic stem cells:the case for exploration〔J〕.Autophagy,2013;9(11):1737-49.

18穆蔚云，姚偉娟.胚胎期造血干細胞的發生及其調控研究進展〔J〕.生物醫學工程學雜志，2015；32(5)：1141-5.

19de Chadarevian S.Human population studies and the World Health Organi zation〔J〕.Dynamis,2015;35(2):359-88.

20Nakajima-Takagi Y,Osawa M,Iwama A.Manipulation of hematopoietic stem cells for regenerative medicine〔J〕.Anatomical Record,2014;297(1):111-20.

21Younan P,Kowalski J,Kiem HP.Genetic modification of hematopoietic stem cells as a therapy for HIV/AIDS〔J〕.Viruses,2013;5(12):2946-62.

22Zhang LF,Xia CQ.Ex vivo expansion of regulatory T cells for clinical applications against graft-versus-host disease in allogeneic hematopoietic stem cell transplantation〔J〕.Chin Med J(Engl),2013;126(23):4575-82.

23Ema H,Morita Y,Suda T.Heterogeneity and hierarchy of hematopoietic stem cells〔J〕.Exp Hematol,2014;42(2):74-82.

〔2016-05-27修回〕

(編輯 苑云杰/王一涵)

R457.7

A

1005-9202(2017)19-4935-02；

10.3969/j.issn.1005-9202.2017.19.109

中醫藥行業科研專項基金資助(No.201107001)

1 麗水市人民醫院血液科

蔣析文(1982-)，男，博士，工程師，主要從事分子診斷研究。