脐带血造血干细胞移植在临床上的应用研究

DOI:10.3969/cmba.j.issn.1673-713X.2013.03.012 ·

综述· 脐带血造血干细胞移植在临床上的

应用研究

邵惠训

1988 年,法国 Gluckman 等采用脐带血移植治疗先天性再生障碍性贫血患儿以来,脐带血作为造血干细胞(HSCs)代用品治疗血液病备受人们关注[1]。脐带血造血干细胞(umbilical cord blood hematopoietic stem cells,UCB-HSCs)移植成功,带动和拓展了脐带间充质干细胞(umbilical cord mesenchymal stem cells,UC-MSCs)和非常小类胚胎干细胞(very small embryonic-like stem cells,VSEL-SCs)移植的建立和应用。本文着重论述 UCB-HSCs、UC-MSCs 和 VSEL-SCs 移植在临床上的应用。

1 UCB-HSCs、UC-MSCs 和 VSEL-SCs 的来源与特性

胎儿是由生殖细胞精子和卵子结合形成的受精卵发育而成。受精卵发育分化成胚胎干细胞。细胞经过增殖和分化,形成各种组织器官,最后形成完整的人体。胚胎干细胞能诱导分化为人体各种细胞。HSCs 在体外能大量增殖,经筛选、冻存和复苏不会丧失其原有的活性。成体干细胞(adult stem cells,ASCs)存在于已经分化的组织中,能自我更新,形成各种组织细胞。脐带血是胎儿娩出,脐带结扎离断后残留在胎盘和脐带中的血液。

UCB-HSCs、UC-MSCs 和 VSEL-SCs 移植是一种无痛苦、无创伤的治疗方法。HSCs 移植后,除极少数患者有微热和头痛外,无严重不良反应。骨髓、外周血、脐带血和脐带都含有 HSCs,都具有较强增殖和多向分化能力。人体内本来就有一定数量的内源性干细胞,但都处于休眠状态。当脏器受到损伤时,内源性干细胞迁徙聚集到受伤部位,活化处于休眠状态的干细胞,分化为脏器功能细胞,修复受伤的组织和器官。然而,体内内源性干细胞数量极少,远远达不到使脏器修复、功能恢复的目的。因此,需要补充外源性干细胞,进行 HSCs 移植[2-3]。

人类脐带血和脐带中含有比成人骨髓更丰富的 HSCs 和造血刺激因子,具有集落形成能力强,自我更新和增殖潜力强,细胞毒性低的特点。HSCs 实际上就是 CD34+、CD38–细胞群。脐带血和脐带 CD34+、CD38–细胞的增殖分化能力高于骨髓,少量脐带血就能满足临床移植之需。与骨髓和外周血相比,UCB-HSCs 来源丰富,采集方法简便,采集脐带血对供者和胎儿无任何伤害;HLA 配型相合程度要求低,能耐受部分组织相容性抗原差异,脐带血移植物抗宿主病的发生概率很低;寻找 HLA 相合的脐带血所需时间较短;HSCs 移植后,感染病毒的风险很小;脐带血中的免疫细胞(T 细胞、B 细胞和 NK 细胞)发育不成熟,细胞表面的抗原性很弱,患者自身的免疫系统对未分化细胞识别能力很低,从而避免了 HSCs 移植引发的免疫排斥反应和超敏感反应[4]。脐带血中还存在多种非造血干细胞和前体细胞。UCB-HSCs、UC-MSCs 和 VSEL-SCs 移植较非亲缘关系的骨髓移植更具优势,在临床上具有广阔的应用和发展前景[5]。

UC-MSCs 是一种成体干细胞,具备 T 细胞基本特性,来源于发育早期中胚层的多能干细胞,具有高度自我更新和多向分化能力,存在于骨髓造血微循环内,支持骨髓 HSCs 生长。UC-MSCs 很稳定,无毒性,无致癌性,无免疫排斥作用[6]。在发育的不同阶段和特定环境,可分化为多种细胞。UC-MSCs 在脐带血中数量很少,可从脐带分离培养[7]。UC-MSCs 能分化为骨、软骨、神经、肝脏、骨骼肌、脂肪、内皮和纤维细胞,应用于组织损伤修复、基因治疗和 HSCs 共移植。

VSEL-SCs 存在于骨髓和脂肪组织中,是一类稀少的多能干细胞,具有胚胎干细胞的典型特征,有再生成各种人体细胞的潜能[8-9]。在组织器官受损时,VSEL-SCs 可从骨髓释放到血液循环,参与损伤脏器的修复。可用 G-CSF 将骨髓中的 VSEL-SCs 动员释放到外周血,通过血浆置换法收集。VSEL-SCs 可冰冻长期保存,以备将来医疗之需。VSEL-SCs 经体外培养,可分化成各种三胚层细胞系。

2 UCB-HSCs 的制备和移植程序

采集和保存脐带血和脐带的机构需要通过卫生部审批。在中心城市都应建立脐带血库。年龄在 18 ~ 35 周岁的健康孕妇,怀孕期间各种检测指标正常,无孕期并发症,都可作为采集脐带血和脐带的供体。孕妇入院时,必须携带脐带血库发给的脐带血采集用具。孕妇分娩前提醒助产医生协助抽取母血,采集脐带血和脐带,并通知当地脐带血库。脐带血库应安排具有恒温设备的收采脐带血和脐带的车辆,在18 h 内前往孕妇待产医院收取脐带血和脐带,以确保脐带血和脐带细胞活性。脐带血库在 60 个工作日内确认脐带血和脐带是否符合入库储存标准。脐带血和脐带在理论上可长期保存。

开展 UCB-HSCs 移植的医院,应具有质量控制和质量评价措施的临床实验室和有细胞计数和 HLA 组织配型的

作者单位:100012 北京实验动物研究中心,Email:huixunshao@https://www.360docs.net/doc/726344085.html, 收稿日期:2013-01-27

检测能力。HLA 在血清学上分为 HLA-A、B、C 和HLA-DR、DQ。同基因孪生兄弟姐妹 HLA相合率为 100%,异基因孪生或亲兄弟姐妹为 1/4,人类非血缘关系的 HLA 相合率为1/400 ~ 1/10000。

用流式细胞仪从产妇脐带血分选出 CD34+ 和 CD38– 标记的脐带血原始细胞,在添加 IL-3、IL-6、GM-CSF、EPO、IGF-1 和 SCF 混合因子的干细胞培养基内进行增殖。

UCB-HSCs 一般采用静脉输入给受者。股骨内注射能快速产生高水平的髓系和红系细胞,值得关注。用双份脐带血移植可克服单份脐带血细胞数量不足之虞。

3 UC-MSCs 的制备和移植程序

在 GMP 实验室内,将新鲜采集的脐带剪成 1 ~ 2 mm3的组织块,先后用 0.075% II 型胶原酶和0.125% 胰酶消化。消化产物经 100 μm 滤器过滤,获得细胞悬液。离心后重悬于 5% 胎牛血清的 LG-DMEM 培养基,接种培养瓶内,置 CO2孵箱 37 ℃培养。细胞达 80% 融合时,用0.25% 胰酶消化传代。

移植用 UC-MSCs 为第 2 ~ 4 代细胞,经静脉输注给受者。输入的细胞数应为 1 × 106/kg 体重。

4 HSCs 移植的临床应用

4.1 抗衰老

通过体外 HSCs 移植,抑制衰老。输入干细胞或活化体内处于休眠状态的干细胞,系统提高全身细胞更新能力和活性,改善组织和器官功能。HSCs 移植抗衰老最适合于中年人。在这一时期,人的衰老是可逆的。

HSCs 移植用于隆胸、丰唇、隆下巴和皮肤除皱。干细胞植入人体后,经血流迁徙到表皮,释放出生长因子和细胞因子,促进胶原蛋白生长,使皮肤恢复弹性、白皙、富有光泽。保护真皮层成纤维细胞免受氧化游离和紫外线侵袭。HSCs 移植使皮下组织充盈,皮肤红润,皱纹和色素沉着减少。人的心情也变得舒畅、愉悦。干细胞美容尚处于研究实验阶段,技术尚不成熟,事故常有发生。卫生部食品药品监督管理局尚未批准干细胞产品用于美容。

4.2 抗肿瘤

在人体免疫系统,有两种专门抗击肿瘤的细胞,一种是树突状细胞(dendritic cells,DCs),能激活人体免疫应答,主动搜索和识别肿瘤细胞,抑制肿瘤形成和扩散;另一种是细胞因子活化杀伤细胞(cytokine-induced killer,CIK)。DCs 由 CD34+和 CD14+细胞产生,存在于骨髓、脐带血、脐带组织和外周血中,是人体内功能强大的抗原提呈细胞,能诱导出抗原特异性细胞毒 T 淋巴细胞(cytotoxic T lymphocyte,CTL),在肿瘤免疫治疗中发挥着极其重要作用。CIK 细胞同时表达 CD3+、CD56+两种细胞膜蛋白分子,又称为 NK 细胞样 T 细胞,能主动识别和定向精确杀灭肿瘤细胞,防止肿瘤的扩散和转移。而不损伤正常组织和细胞,对人体无毒副反应。CIK 细胞是人体外周血或脐带血在体外用多种细胞因子诱导而获得的一群异质细胞,是一种新型、高效、广谱杀伤肿瘤的免疫效应细胞。脐带血 CIK 细胞体外扩增快,杀伤肿瘤细胞活性强,对肿瘤细胞的作用优于外周血 CIK 细胞。

DCs 与 CIK 共育,能相互调节,增加细胞因子释放,使 CIK 细胞溶瘤活性显著增强,对靶细胞的杀伤作用更加具有特异性,能大幅度提升人体免疫力。CIK 细胞扩增效率高,抗击细胞凋亡、杀灭肿瘤活性明显高于 LAK 细胞。肿瘤患者经干细胞移植治疗后,由于体内尚有少量肿瘤细胞残留,常引起肿瘤复发。DCs-CIK 细胞移植能防止微小残留病作祟,杀灭残留在血液和淋巴液内的肿瘤细胞。这就是 Steinman 与美国斯坦福大学创建的“CLS(care life of science)细胞免疫治疗技术”。CLS 技术从根本上治疗和控制肿瘤生长,防止肿瘤复发。Steinman 因此获得了 2011 年诺贝尔生理学或医学奖。在健康人体,DCs 和 CIK 细胞数量极少,在肿瘤患者体内数量更少。在脐带血和脐带中,能分离到这两种细胞,经培养和活化,再回输到患者体内,有效清除血液和淋巴液中残存的肿瘤细胞,抑制肿瘤复发和转移。适用于不同病期的肿瘤患者治疗。DCs-CIK 细胞移植与手术治疗、放疗和化疗联合使用,效果更加显著。CLS 技术在美国的临床实验表明,提高了肿瘤患者 5 年生存率近一倍,这标志着肿瘤患者的命运已被改写,对于改善患者生活质量具有重大意义[10-13]。

HSCs 移植在治疗多发性骨髓瘤、恶性淋巴瘤、白血病、肺癌、大肠癌、前列腺癌、乳腺癌和其他恶性肿瘤方面取得了良好效果[14]。2010 年 4 月 29 日,美国 FDA 批淮了DCs 疫苗治疗前列腺癌。DCs-CIK 细胞共育,能提高 CIK 细胞对 SMMG-7721 肝癌细胞的杀伤力,其杀灭肿瘤作用比单纯 CIK 细胞更强。应用肾癌细胞裂解物的 DCs 细胞疫苗联合 CIK 细胞治疗晚期肾癌患者,能诱导特异的抗肾癌免疫反应。

艾辉胜团队建立的微移植疗法治疗急性髓性白血病取得了重大进展。患者接受微量化疗后,输入造血干细胞,能激发患者自身免疫系统,还能清除患者体内残存的癌细胞,降低了感染和罹患肺炎并发症的风险。微移植疗法不受患者年龄和配型限制,为白血病和肿瘤患者提供了安全高效的新治疗手段[15-16]。

4.3 治疗自身免疫性疾病

机体对自身抗原缺乏免疫耐受而发生免疫反应,导致自身组织损害,形成自身免疫性疾病(autoimmune disease,AID)。AID 患者病程迁延,致残率高,生活质量差,且无理想的治疗方法。患者体重降低、脾脏肿大、自身抗体形成、Th1 和 Th17 细胞增加,引发炎症性肠病(inflammatory bowel disease,IBD)。IBD 患者体内正常组织遭受免疫系统攻击,发生病变。局部皮肤溃烂,消化道出血。DCs 能引发 T 细胞免疫耐受功能,逆转自身免疫反应[17]。重建新的造血系统,皮肤溃烂的疮口逐步愈合,消化道出血停止,症状得到改善。

HSCs 移植能治疗系统性红斑狼疮(systemic lupus erythematosus,SLE)[18]、类风湿性关节炎(rheumatoid arthritis,RA)、系统性硬化症(systemic sclerosis,SSc)、多发性肌炎/皮肌炎(polymyositis/dermatomyositis,PM/DM)和实验性自身免疫性脑脊髓炎(experimental autoimmune encephalomyelitis,EAE)等自身免疫性疾病[19-20]。HSCs 移植能使疾病缓解,修复受损脏器,改善疾病预后[21]。SLE 是机体免疫系统对自身抗原发生了免疫应答,以多脏器损害和血液中出现多种自身抗体为特征。临床上表现为发热、体重减轻、肌肉关节疼痛和肿胀。在颜面、颈部、躯干和手臂等部位出现皮疹。当皮疹出现在鼻和面颊时,看起来像只蝴蝶,并伴有感染、出血、淋巴结肿大和毛发脱落等症状。预后不佳。儿童和女性多见。对非甾体类抗炎药、泼尼松、甲氨蝶呤、环孢菌素 A 和氯喹等治疗效果不佳的 RA 患者,经自体干细胞移植后,病情明显改善。在免疫重建中,患者的免疫调节功能达到新的平衡,产生了免疫耐受。SSc 是一种皮肤和内脏器官的纤维组织增生、硬化、萎缩的疾病。经UC-MSCs 移植治疗,能阻止病情发展。UCB-HSCs 治疗EAE,能显著改善 EAE 大鼠的神经功能,并能在其脑和脊髓内存活、迁徙和分化,减少脱髓鞘病灶[22]。

4.4 调节机体免疫功能

UC-MSCs 具有免疫调节功能,降低过强的免疫反应。改善人体亚健康状态,治疗骨髓移植后移植物抗宿主病、幼年类风湿、狼疮性肾炎和溃疡性结肠炎等方面都取得了积极进展。

4.5 治疗造血系统疾病

对再生障碍性贫血、地中海贫血患者,给予大剂量化疗或放疗,将骨髓内原有的 HSCs 杀灭清除。再将配型相合的自体或异体 HSCs 移植。植入的干细胞在骨髓内繁殖、复制,重建患者的造血系统及其功能。

4.6 治疗代谢性疾病

1 型糖尿病患者胰岛β细胞的损伤和凋亡是致病的主因。人体本来就有一定数量的内源性干细胞,但处于休眠状态。体内内源性干细胞数量不足以使胰岛修复。因此,需要进行 HSCs 移植,激发内源性干细胞功能[23-24]。

4.7 治疗下肢血管病变

干细胞移植治疗糖尿病足、下肢动脉闭塞性硬化症和脉管炎等。糖尿病足患者下肢动脉内膜粥样斑块形成,血管管腔变窄,甚至闭塞,造成缺血性坏死,最终导致患者截肢。经自体 HSCs 移植,刺激新的侧支循环形成,改善患肢血液供应[25]。

4.8 治疗神经损伤和疾病

将 UC-MSCs 注射到患者脊髓腔内,HSCs 进入损伤部位,分泌出多种神经生长因子,可治疗脊髓损伤、小脑萎缩、帕金森病、进行性肌营养不良、脊髓炎后遗症、脑梗死和脑瘫等疾病[26]。脑梗死导致不可逆神经网络破坏和胶质细胞缺失,用成体神经干细胞移植治疗,有一定效果。遗传性小脑共济失调(hereditary cerebellar ataxia)经 UC-MSCs 移植治疗,能延缓疾病发展,提高患者生活质量。

4.9 治疗心血管疾病

对急性心肌梗死患者,HSCs 移植能促进心肌血管再生,建立侧支循环,改善心脏功能[27]。

4.10 治疗肝硬化

肝硬化是由一种或多种病因引起的肝脏损害,肝脏呈进行性、弥漫性和纤维性病变,极易衍变为肝癌。HSCs 移植能促进肝细胞再生,肝纤维化逆转。患者越年轻,病程越短,并发症越少,治疗效果越好[28]。

4.11 治疗男性不育

利用男性胚胎生精干细胞或皮肤细胞能制造出人工精子,为治疗男性不育带来希望。精原干细胞移植技术是将供体的干细胞移植到受体睾丸的精曲小管内,使之重建生精功能。ESCs 是一种无限增殖的细胞系,有成瘤、恶性变和感染潜在病毒的风险,其应用存在生物安全隐患。再生医学干细胞移植,尚有很长的路要走。

5 结语

脐带血造血干细胞是人体组织来源的细胞,是一类具有自我更新能力的多潜能干细胞,能分化成多种功能性细胞,包括骨髓样细胞(单核细胞、巨噬细胞、嗜中性白细胞、嗜碱性白细胞、嗜酸性白细胞、红细胞、巨核细胞/血小板、树突状细胞)和淋巴样细胞(T 细胞、B 细胞、NK 细胞、CIK 细胞)。HSCs 移植对多种人类疾病可能具有治疗价值,在医学上有广泛用途。近几年来发展和衍化而来的UCB-HSCs、UC-MSCs 和 VSEL-SCs 移植,在人类多种疾病的治疗研究中显示了一定的治疗作用,目前还需要进行多中心,大样本的临床有效性和安全性评价,可能在未来发展成为一种新的临床治疗技术。

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·协会之窗·

《膳食纤维进社区-改善老年人便秘计划》

在北京亚运村街道办事处拉开了序幕

由民政部批准,中国医药生物技术协会膳食纤维技术分会实施的“中央财政支持社会组织示范项目”——《膳食纤维进社区-改善老年人便秘计划》在北京亚运村街道办事处拉开了序幕。

5 月 15 日,膳食纤维技术分会通过展板和讲座相结合的形式在安慧里小区亚运村社区活动中心礼堂开展了一场膳食纤维科普活动,吸引了社区及其周边 60 余位具有不同程度便秘症状的老人参加。膳食纤维技术分会副主任委员张敬人主任医师生动形象地讲解了膳食纤维与人体健康的关系,现场气氛活跃,互动积极。通过本次活动,老人们对膳食纤维食品有了新的认识,日常适量补充膳食纤维可以增强肠道功能,缓解和消除便秘,同时对减少心脑血管疾病的死亡率和肠癌的发病率具有一定作用。会后,膳食纤维技术分会还为参加活动老人免费配发了膳食纤维食品。

《膳食纤维进社区-改善老年人便秘计划》项目计划 2013 年在北京选择 47 个社区开展上述活动,将向 5000 名老年人免费赠送膳食纤维产品,该活动为中国医药生物技术协会举办的科技惠民活动之一。中国医药生物技术协会作为高科技领域的行业组织,今后将更多地致力于拉近高科技与百姓生活的距离,为百姓服务。

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