新生兒臍血在惡性腫瘤疾病患者治療中的研究進展

潘春煦，劉鵬，崔洪艷(通信作者)

天津市中心婦產科醫院 天津市人類發育與生殖調控重點實驗室 (天津 300052)

自20世紀中期以來，惡性腫瘤患者的治療方式主要為化學藥物治療，常用的化學治療藥物有鉑類、蒽環類、抗生素類及抗代謝藥物等，但化學藥物治療常會引起嚴重的不良反應，臨床應用具有一定的局限性。因此，尋找新型的抗惡性腫瘤方案是目前臨床治療惡性腫瘤疾病患者亟待解決的問題。新生兒臍血(umbilical cord blood，UCB)是胎兒分娩后殘留在胎盤和臍靜脈中的血液，UCB組成成分在惡性腫瘤疾病患者的治療中有廣泛的用途，且UCB組成成分在腫瘤疾病患者治療中的應用已經成為產科研究的重要課題。本文對新生兒UCB在惡性腫瘤疾病患者治療中的應用進展進行綜述，以期為UCB治療惡性腫瘤研究提供思路和借鑒。

1 UCB的組成成分

UCB的組成成分有成熟的血細胞(紅細胞、白細胞和血小板)、造血干細胞(hematopoietic stem cell，HSC)、免疫細胞[包括自然殺傷(nature killer，NK)細胞、樹突狀細胞(dendritic cell，DC)、未成熟的T細胞，以及細胞因子介導殺傷細胞(cytokine induced killer，CIK)等]、未分化的成體干細胞、多潛能間充質干細胞(mesenchyma stem cell，MSC)、內皮/內皮祖細胞(endothelial progenitor cells，EPC)等[1-3]。UCB中所含多種細胞成分在惡性腫瘤疾病患者的治療中發揮出多重作用。

2 UCB-HSC在惡性腫瘤疾病患者治療中的作用

HSC移植是白血病、淋巴瘤、骨髓瘤等惡性血液系統腫瘤患者的重要治療手段之一。目前，HSC的主要來源有外周血、骨髓和UCB。外周血和骨髓HSC移植都需要進行人白細胞抗原(human leukocyte antigen，HLA)配型，但因移植物抗宿主病(graft versus host disease，GVHD)較明顯等限制了其進一步的應用。而UCB中含有的HSC(UCB-HSC)具有移植物抗宿主反應低、采集方便、易得等優勢，UCB成為HSC研究和應用最理想的細胞來源。UCB-HSC的HLA配型允許部分錯配，只要有6個位點匹配即可，而骨髓HSC移植要求10個位點匹配，且與骨髓移植相比，UCB-HSC移植發生GVHD的比例和程度都較低[4]。UCB-HSC獨特的優勢為HSC移植提供了優勢途徑[5]。

截至目前，全世界已經有40 000例UCB移植用于治療各種惡性和非惡性疾病患者中，且療效顯著。其中，UCB-HSC移植在血液系統惡性腫瘤疾病患者治療中取得了突破性的進展，UCB-HSC移植對成人高危血液系統惡性腫瘤的療效顯著，其無進展生存期，與成人供體移植相當[6]；一項針對582例急性白血病或骨髓增生異常綜合征患者的研究結果表明，相較于骨髓移植，UCB-HSC移植后疾病的復發率更低[7]；對于繼發性急性髓系白血病，UCB-HSC移植顯著降低了兩年復發率和非復發病死率[8]。且除血液系統惡性腫瘤之外，UCB-HSC也已在包括肝癌、腦瘤、乳腺癌、前列腺癌、肺癌以及結腸癌等其他惡性腫瘤疾病患者的治療中得到了廣泛應用，并取得了良好效果。2009年6月，北京兒童醫院進行了首例自體UCB-HSC治療患有神經母細胞瘤晚期的兒童患者，在化療和手術治療后進行了UCB-HSC移植，治療效果顯著，其造血功能恢復且腫瘤消失。2016年北京京都兒童醫院成功完成了一例高危神經母細胞瘤患兒自體UCB-HSC移植手術，療效顯著。

然而，對于體質量超過40 kg的成人患者和兒童來說，從單份UCB中獲得足夠數量的UCB-HSC是難以成功的。因此如何提高UCB-HSC歸巢植入效率和開發新的方法以提高UCB-HSC數量是目前臨床研究中亟待解決的問題。雙份UCB移植為UCB-HSC在大齡兒童和成人中更廣泛的使用提供了可能。臨床分析發現，與單份UCB移植相比，雙份UCB移植易導致急性GVHD發生率增高、成本和資源使用增加等問題，而在中性粒細胞移植率、疾病復發率、移植相關病死率和總體生存率等方面與單份UCB移植相比無明顯差異[9-10]。UCB-HSC的體外細胞擴增是解決單份UCB數量不足的另一途徑[11]，目前的研究進展表明，細胞因子干細胞因子(stem cell factor，SCF)、促血小板生成素(thrombopoietin，TPO)、FMS樣酪氨酸激酶3(Fms-like tyrosine kinase 3，Flt3)及白細胞介素-6(interleukin-6，IL-6)等在UCB-HSC數量擴增方面顯示出獨特的優勢；小分子化合物如嘌呤衍生物stem regenin(SR1)、嘧啶基吲哚衍生物UM171等也表現出不俗的擴增效果[12]。相信隨著研究的不斷深入，UCB-HSC會更廣泛地應用于人類惡性腫瘤疾病的治療中。

3 UCB-MSC在惡性腫瘤治療中的作用

新生兒UCB-MSC是從新生兒UCB中分離培養所得到的一種具有自我更新和多向分化潛能的成體干細胞。UCB-MSC具有一般MSC的類似特點，具有向炎性部位、損傷部位、惡性腫瘤部位及轉移灶部位歸巢；抑制惡性腫瘤細胞生長；調節抗炎免疫和組織修復等功能。相較于脂肪和骨髓來源的MSC，UCB-MSC更加原始，增殖分化能力更強，潛伏性病毒和病原微生物的感染及傳播率更低，對產婦和新生兒均無任何損傷和危害，且免疫原性較低，成為MSC研究中的重要工具細胞[13]。

UCB-MSC向惡性腫瘤或腫瘤轉移灶部位歸巢的特性使其可以作為重要的細胞載體，UCB-MSC能夠特異地將化療藥物、細胞因子、納米顆粒等遞送到腫瘤部位，進而靶向治療腫瘤，降低毒副作用。對于一些難治的惡性腫瘤，如多形性膠質母細胞瘤(最具侵襲性的原發性腦腫瘤)，UCB-MSC可通過腫瘤壞死因子相關凋亡誘導配體促進腫瘤細胞凋亡。通常靜脈輸注干細胞后，大多數細胞在肺或其他器官中積聚，僅有少量進入腦組織，這就極大地減弱了干細胞的療效。而鼻內給藥遞送的UCB-MSC可以繞過血腦屏障，快速進入中樞神經系統，并向腦腫瘤、腦轉移腫瘤、缺血或創傷性腦損傷等的病變部位遷移，進而遞送分子藥物入腦并發揮其生物學效應[14-15]。因此，鼻內遞送UCB-MSC很有希望成為中樞神經系統疾病治療的常用方法之一。在中晚期惡性腫瘤疾病患者的治療過程中，腫瘤轉移的發生為惡性腫瘤的治療帶來了更加嚴峻的挑戰。而UCB-MSC能夠特定地靶向腫瘤轉移灶，為進一步的藥物遞送提供了重要的途徑，也為轉移性腫瘤的治療提供了重要方案。

惡性腫瘤的相關研究進展也表明，相較于脂肪來源的MSC，UCB-MSC能夠更顯著地抑制惡性腫瘤細胞生長，增加腫瘤壞死因子相關凋亡誘導配體(tumor necrosis factor related apoptosis inducing ligand，TRAIL)介導的惡性腫瘤細胞凋亡[16]。將UCB-MSC作為細胞工具可將TRAIL基因特異性地遞送到腫瘤部位，進行基因治療時發現，相較于脂肪來源的MSC，UCB-MSC具有更明顯的遞送效果，能更顯著地抑制腫瘤生長，延長腫瘤小鼠的生存期[17]。采用UCB-MSC為細胞工具遞送改良型白細胞介素-12(modified interleukin-12，IL-12M)進行腫瘤治療時發現：UCB-HSC能夠更加顯著地增加IL-12 M水平，調控干擾素-γ的分泌，介導T細胞浸潤和抗血管生成[18]。上述研究表明，UCB-MSC在惡性腫瘤疾病患者的治療中具有潛在的應用價值，而在選擇臨床應用的干細胞來源時必須考慮這些差異[16]。

UCB-MSC作為藥物運輸的載體已經在不同惡性腫瘤疾病患者的治療中得到了廣泛的應用。另外，UCB-MSC可以通過分泌細胞因子、輔助形成骨髓基質以及直接接觸等方式促進UCB-HSC體外擴增和移植后的歸巢，進而縮短移植后骨髓造血功能恢復的時間，為血液系統惡性腫瘤疾病患者的治療提供重要保障[19-20]。

4 UCB-EPC在惡性腫瘤疾病患者治療中的作用

UCB中除含有豐富的UCB-HSC和UCB-MSC之外，還含有一定數量的UCB-EPC，且UCB中EPC的含量高于外周血[21]。EPC除了具備成熟內皮細胞的全部表型外，還表現出干/祖細胞的特征，其主要標記為CD34+/CD133+/VEGFR2+[22-23]。此外，UCB-EPC的端粒較長，端粒酶活性高，增殖能力強，且其GVHD水平和程度均較低[24-25]，因此UCB來源的EPC相較于外周血EPC在臨床應用和研究中具有更明顯的優勢。

腫瘤血管新生在惡性腫瘤的發生、演進和轉移中起著重要的作用。在腫瘤血管新生中，EPC能夠在腫瘤分泌的細胞因子如低氧誘導因子(hypoxia inducible factor，HIF)、血管內皮生長因子(vascular endothelial growth factor，VEGF)和基質細胞衍生因子1(stromal cell-derived factor-1，SDF-1)等的刺激下，動員入血，并定向歸巢到腫瘤的新生血管處[26]。將標記后的EPC注射入乳腺癌小鼠體內時發現EPC能夠被特異性地募集到腫瘤部位，參與腫瘤血管新生。EPC特異性地靶向腫瘤血管新生部位，使其成為又一個惡性腫瘤研究中的重要工具細胞。

基于EPC的基因治療比傳統的基于載體或病毒的基因治療具有更顯著的優勢，這是因為，UCB-EPC不僅能夠作為載體將治療基因遞送到特定的腫瘤部位，而且能夠穿過血腦屏障，在中樞神經系統腫瘤的基因治療中發揮更加獨特的作用[27]。在藥物遞送方面，UCB-EPC能夠特異地將抗血管新生藥物、細胞因子或者前藥等遞送到腫瘤血管新生部位，達到靶向惡性腫瘤血管新生和治療腫瘤的目的，減少因血液循環帶來的藥物損失，維持局部藥物濃度，提高療效[28]。

此外，采用特定的標簽或染料對UCB-EPC進行直接或間接標記，可以作為成像中的探針和報告基因，應用于光學成像、核醫學成像和MRI中[22，29]。大量的研究已經證明，UCB-EPC能夠安全有效地進行分離并廣泛應用于惡性腫瘤疾病患者的治療中[6，10，12，19，28]，相信隨著研究的不斷深入，UCB-EPC能夠在腫瘤患者的治療中發揮更加顯著的作用。

5 UCB免疫細胞在惡性腫瘤疾病患者治療中的作用

NK細胞在UCB中的比例和數量均顯著高于外周血，且UCB-NK細胞能夠通過分泌干擾素-γ和顆粒酶B等細胞因子促進腫瘤細胞的凋亡[30]。近期的研究進展表明，以CD19為靶點的UCB來源的嵌合抗原受體自然殺傷(chimeric antigen receptor natural killer，CAR-NK)細胞療法使患有復發性或難治性非霍奇金淋巴瘤和慢性淋巴細胞性白血病的患者出現臨床緩解，且沒有重大毒性反應，這些初步結果為將UCB開發成CAR-NK產品奠定了基礎[31]。

UCB-CIK細胞來源于UCB，研究發現，UCB中CIK前體細胞含量較高且增殖能力較強，易擴增更多的CIK細胞；已有大量的實驗證明，UCB-CIK細胞比外周血CIK細胞具有更強的增殖能力，且相比于外周血CIK細胞，UCB-CIK細胞對不同的惡性腫瘤細胞系均顯示出較強的殺傷活性[32]。臨床試驗結果表明，UCB-CIK細胞過繼免疫治療后，中晚期肺癌患者的免疫功能有明顯改善。在其他惡性腫瘤中的實驗結果表明，UCB-CIK能夠延長生存期，改善患者生命質量，且無不良反應[33]。UCB-CIK細胞為后續的細胞免疫療法提供了細胞工具。

DC主要來源于骨髓、外周血和UCB。相較于骨髓和外周血，UCB來源的DC(UCB-DC)免疫功能較強，細胞增殖能力較強，且GVHD水平和程度均較低，因此，UCB-DC也可以廣泛應用于腫瘤疾病患者的治療中[34]。而單位UCB中可用的DC數量有限、擴增效果比較低等原因限制了其進一步的使用。因此，尋找新的能夠有效擴增UCB-DC的細胞因子或小分子化合物值得進一步研究。

6 總結與展望

UCB被認為是一種理想的細胞來源，其不同組成成分均可應用于惡性腫瘤疾病患者的治療中。目前，UCB的使用已經從僅限于兒童患者的造血移植發展到過繼免疫細胞治療。對UCB的研究克服了UCB和HSC應用的局限性，顯著改善了造血和免疫功能的恢復。然而，UCB中HSC、EPC及免疫細胞等的含量仍然不足，在UCB衍生細胞的新時代，如何獲得更高數量的目的細胞仍需繼續探索。