脐带血干细胞移植的研究及临床应用.doc

脐血干细胞移植的研究及临床应用摘 要脐血作为干细胞的重要来源，近年来国内外对其进行了大量的基础性研究和临床探索。已经证实脐血中具有大量造血干细胞、丰富的间充质干细胞。临床干细胞移植治疗采用脐血具有诸多优势，如来源丰富，组织配型时间短，抗原表达弱，加之间充质干细胞的免疫调节及加速造血恢复等影响，脐血的移植成功率高，移植反映弱、移植物抗宿主病少见。目前脐血移植治疗的疾病已经达成80余种，治疗的病人全世界已经超过了6000例。脐血移植已经在恶性肿瘤、免疫缺陷、心脏病、神经系统损伤、组织器官修复、糖尿病、血管疾病等疾病的治疗上显示巨大的潜力。主题词 脐血；干细胞; 造血干细胞；间充质干细胞；移植 中图分类号 R457.7；R392.4Umbilical Cord Blood Transplant study and clinic practiceZhou Fei,Zhang XiaofengSecond hospitial of YueQin ,ZheJiang,YueQin325600Obstract Umbilical cord blood(UCB),as a main source of hematopoietic stem cells (HSCs).Recently, a great number of basic studies and clinic practices are having been done in china and the world It has been found that UCB contains a significantly higher number of HSCs and abundance of mesenchymal cells(MSCs).It shows much advantage over clinical stem cell transplant with UCB. For example, UCB has plenty of source ,whose tissue to match needs less time ,antigens expression is feebler ,while MSCs acts on regulating immunity and speeding hematopoietic recovery ,so that UCBT is easier to success and its reaction is feebler, while graft versus host disease(GVHD)is little .The treated diseases by Umbilical Cord Blood transplant(UCBT) have reached more than 80 sorts and the treated patients have gott more than six thousands in the world. UCBT has appeared tremendous potential in treatment of malignant tumour ,immunodeficiency, heart diseases , damage in nerve system, repair for tissue organ, diabetes and vascular diseases ,etc.Keyword Umbilical cord blood; Stem cells; Hematopoietic stem cells;Mesenchymal stem cells; TransplantChinese Library Classification(CLC) R457.7；R392.4造血干细胞移植(Hematopoietic Stem Cells Transplant,HSCT)是目前治疗难治性血液病、免疫缺陷病及恶性肿瘤的重要手段之一, 而脐血（Umbilical cord blood,UCB）作为造血干细胞 (Hematopoietic Stem Cells，HSCs)的重要来源，自1988年Gluckman和Colleagues采用脐血移植（Umbilical Cord Blood Transplant,UCBT）成功地治疗了一位患Fanconi氏贫血的五岁儿童1以来，目前临床上采用脐血(UCB)移植治疗的疾病已经达成80余种,治疗的病人（涉及儿童、成人）全世界已超过6000例2。大量的基础研究和临床实践显示脐血移植优势明显。本文就近年对脐血的研究和临床应用情况作一综述，以期为推动脐血移植在更广泛领域里的应用，惠及更多的患者能有所帮助。1脐血移植的优势1.1一方面是脐血来源丰富，我国每年约有1200万新生儿，按目前国际上收集脐血（UCB）80%的入库率（弃掉2%细菌污染、3%5%病毒感染、8%有核细胞数量少、5%其他），一年可运用的脐血达960万份；再以国内上海脐血库39%3的入库率计算，一年可收集到的脐血也有470万份。因此，短期内可收集到大量不同人类白细胞抗原（Human leukocyte antigen,HLA）型的脐血供临床选择。1.2脐血中的T淋巴细胞表型及功能均为不成熟表现，人类白细胞抗原II(HLA-II)类抗原表达率低，几乎没有抗体，采用脐血干细胞移植的排异反映弱或不出现，移植物抗宿主病（Graft Versus Host Disease,GVHD）出现少、且轻4、5、6。1.3脐血（UCB）造血干细胞(Hematopoietic stem cells , HSCs)的增殖能力较骨髓(Bone marrow,BM)造血干细胞（HSCs）强，临床记录显示：脐血的移植成功率高达80%，比骨髓干细胞移植高出30%。1.4脐血采集于胎儿娩出时，由于有胎盘的过滤保护，较之骨髓及外周血干细胞受感染的机会更少，更纯净。1.5脐血于出生时收集、冷藏，需要的时候可随时取用，方便。1.6脐血移植（UCBT）组织配型时间只需23周，而骨髓（BM）组织配型约需6个月，外周血干细胞（Peripheral blood stem cells，PBSCs）组织配型也要23个月7、8、9。1.7脐血移植归巢的造血干细胞（HSC）较之BM来源HSC更原始，脐血细胞表面标志（cluster designation,CD）34抗原细胞（CD34+细胞）中CD34CD38细胞的比例达9%，而BM和PBSC 的CD34细胞中不表达CD38的细胞仅为4%；UCB的CD34CD38细胞的含量则低于BM来源10、11。提醒脐血（UCB）移植长期重建造血能力强于BM、PBSC，短期重建造血能力弱于后两者。1.8研究还显示：小剂量全反式维甲酸可以促进UCB的HSPC的扩增、减少扩增细胞的凋亡.能上调部分黏附分子的表达，促进扩增细胞的归巢。2脐血的应用研究2.1脐血干细胞体外扩增获得成功临床证明人类干细胞移植成功，每次至少需要输入1.7 x 105 个CD34+ 细胞/kg 体重（或2 x 107 单个核细胞/kg）15，而每份脐血的平均采集量为80ml (40-120ml)，具有核细胞（11.6 0.5）106/ml ，分离后获单个核细胞（Mono-nuclear cells，MNC）107108，再经免疫磁珠分选仅可获105106个CD34+细胞。显然，单份脐血移植不能满足体重40kg以上患者的需要。国内军事医学科学院基础医学研究所张毅等研究发现，将脐血CD34+细胞与胎盘(Placent)间充质干细胞（Mesenchymal Cells，MSCs）共孵育培养后，可使每份脐血的有核细胞数达成60100106，完全可以满足成人移植的需要。还发现CD34+细胞与MSCs一起输注后，能减少移植反映。CD34+细胞加上MSCs，再配合造血生长因子，能使体外扩增集落形成细胞（Colony forming cells,CFCs）的能力达最强、集落形成能力即长期培养起始细胞（Long-term culure-initiating cell,LTCIC）提高，加速造血功能恢复、支持长期造血16。2.2脐血中发现间充质干细胞（mesenchymal cells，MSCs）。近年研究证实在脐血中具有丰富的MSCs，已知MSCs具有以下特性：2.2.1与造血微环境关系密切；2.2.2具有低免疫原性，不表达共刺激分子，不表达或低表达重要组织相容性抗原；2.2.3具有免疫调节作用，可克制T淋巴细胞的增殖，不受重要组织相容性复合物的限制；可通过影响DC的分化、成熟，下调共刺激分子CD40、CD86，减少白细胞介素（Interleukin,IL）-1、2的分泌，发挥免疫调节作用；2.2.4不诱导细胞凋亡，大量扩增后仍能保持细胞特性，无明显的分化征象；2.2.5强力支持造血，MSCs与CD34细胞同步回输，明显加速移植后造血细胞的恢复；2.2.6在一定的条件下MSCs具有向脂肪细胞、心肌细胞、成骨细胞、软骨细胞、神经细胞等多方向分化的能力17、18、19。上述的基础研究成果，大大推动了脐血干细胞移植的临床应用。3脐血移植的临床应用脐血中有大量的HSC及MSCs，且单份脐血扩增后已可以满足成人移植所需要的单个核细胞数。临床采用脐血移植治疗疾病已有十八年历史，已逐渐成为一种成熟的现代治疗技术。临床上已将脐血作为干细胞移植的重要来源，移植治疗的病种范围不断的扩大，现在已达80余种。对于脐血等成体干细胞移植的临床应用前景，国际医学权威杂志The New England Journal of Medicine和Blood杂志曾对此做过全面的综述12、13、14。3.1脐血移植现阶段可治疗的疾病3.1.1血色素与血液异常（Hemoglobinopathies and Blood disorders）巨细胞缺少性血小板减少症（Amegakaryocyte Thrombocytopenia, AMT），再生障碍性贫血（Aplastic Anemia），先天性血球细胞缺少症（Congenital Cytopenia），镰状细胞性贫血（Sickle-cell Anemia），地中海性贫血（Thalassemia），Blackfan-Diamond氏贫血（Blackfan-Diamond Anemia）,Evan氏症候群（Evan Syndrome）,Fanconi氏贫血（Fanconi Anemia）,Kostmann氏症候群（Kostmann syndrom）.3.1.2恶性疾病（Malignancies,Caners）急性淋巴细胞性白血病（Acute Lymphocytic Leukemia, ALL），急性骨髓性白血病（Acute Myelogenous Leukemia, AML），急性非淋巴细胞性白血病（Acute Nonlymphocytic Leukemia, ANL），慢性淋巴细胞性白血病（Chronic Lymphocytic Leukemia, CLL），慢性骨髓细胞性白血病（Chronic Myelocytic Leukemia, CML），年青型骨髓单核细胞性白血病（Juvenile Myelomonocytic Leukemia, JML），骨髓发育不良症候群（Myelodysplastic Syndrome, MDS），多发性骨髓瘤（Multiple Myeloma）。3.1.3实体性肿瘤（Solid Tumor）脑瘤（Brain Tumors），何杰金氏病（Hodgkins Disease），非何杰金氏淋巴瘤(Non- Hodgkins Lymphoma)，Ewing氏肉瘤(Ewing Sarcoma)，生殖细胞肿瘤(Germ Cell Tumors)，神经母细胞瘤(Neuroblastoma)，卵巢癌 (Ovarian Cancer)，小细胞性肺癌(Small-Cell Lung Cancer)，睾丸癌(Testicular Cancer)3.1.4先天性代谢性缺陷（Inborn Errors of Metabolism）脑白质肾上腺营养不良症（Adrenoleukodystrophy），淀粉样变性（(Amyloidosis),巴尔淋巴球症候群 (Bare-Lymphocyte Syndrome),先天性角化不良 (Dyskeratosis Congenita),家族性噬红血球性淋巴组织细胞增生症(Familial Erythrophagocytic Lymphohististiocytosis),Gaucher氏疾病(Gaucher Disease),Gunter氏疾病 (Gunter Disease),Hunter氏症候群 (Hunter Syndrome),Hurler氏症候群 (Hurler Syndrome),遗传性神经元蜡样脂褐质沉着症 (Inherited Neuronal Ceroid Lipofuscinosis),Krabbe氏疾病（婴儿遗传性脑白质萎缩） (Krabbe Disease),Langerhan氏细胞组织细胞增生症 (Langerhans Cell Histiocytosis),Lesch-Nyhan氏疾病 (Lesch-Nyhan Disease),骨硬化病（骨质石化病） (Osteopetrosis),白血球粘著缺少症（Leukocyte Adhesion deficiency）.3.1.5免疫缺陷病变（Immunodeficiencies）腺嘌呤去氨酵素缺少 (Adenosine Deaminase Deficiency, ADA),慢性肉芽肿疾病 (Chronic Granulomatous Disease, CGD),严重性联合免疫缺陷疾病 (Severe Combined Immunodeficiency Diseases, SCIDs),X-性联性淋巴组织增生疾病 (X-linked Lymphoproliferative Disease, KLP),Wiskott-Aldrich症候。3.1.6自体免疫疾病（Autoimmune Disease）多发性硬化症 (Multiple Sclerosis),风湿性关节炎 (Rheumatoid Arthritis), 红斑性狼疮(Systemic Lupus erythematosus)3.1.7其它（Other disease）脊髓损伤 2023、11韩国科学家采用脐血干细胞移植修复了受损的脊髓，使一名使一名瘫痪长达2023的患者获得了站立和行走的能力；糖尿病外周血管病变 中科院血液研究所采用HSC治疗糖尿病足并发症，取得了显著的疗效，至2023年8月已经治疗了800例20；冠心病 德国科学家采用患者的干细胞，纯化后回注到受损心脏坏死组织和活组织交界处，结果显示患者的心脏功能得到改善；日本科学家采用导管将提纯的CD34+细胞注入冠脉，获得同样抱负的结果。3.2脐血移植未来可治疗的疾病3.2.1糖尿病 (Diabetes)，目前将干细胞诱导分化成胰岛细胞，再移植入动物体内的实验已经成功，糖尿病动物模型血糖代谢改善、血糖下降。3.2.2巴金森氏病 (Parkinsons Disease)已在动物模型上显示有良好的治疗效果；2023年美国科学家采用自体神经干细胞移植治疗一位先天性帕金森氏病，患者的肌肉运动评分改善，对L-Dopa的需求量减半。3.2.3阿尔罕默氏病(Alzheimers Disease) 中科院韩忠朝专家采用人脐血CD133+细胞移植于老年性痴呆动物模型，取得了很好的治疗效果。3.2.4中风 (Stroke)美国科学家采用老鼠脐血干细胞加入维甲酸（retinoic acid）和生长激素(growth hormone)后，诱导转变为神经细胞，然后将其注入60只发生脑卒中的老鼠血中，四周后，80%的老鼠康复，而对照组老鼠仅20%康复；密西根州底特律亨利福特健康科学中心的Michael Chopp医师则将人脐血干细胞直接注入卒中老鼠的大脑受损区域，观测24周后，老鼠的活动能力明显得到改善。3.2.5肝病 (Liver Disease)日本东京医科大学寺冈弘文专家领导的研究小组采用脐血干细胞进行体外培养、诱导生成了肝细胞；此外一项在动物体内的实验，先向实验鼠的肝脏注入脐血细胞，再注入肝脏营养物质，4周后成熟的肝细胞形成，连续分泌白蛋白达一年。3.2.6皮肤移殖 (Skin Transplantation)诱导干细胞分化成上皮细胞，用于大面积烧伤、整容。3.2.7肌肉营养不良症 (Muscular Dystrophy)通过干细胞作为基因修补载体，来纠正遗传性病理变化。3.2.8骨病（Osteopathy）已有台北荣民医院洪士杰医师采用海藻胶原蛋白包裹干细胞植入裸鼠背部，八周后形成了软骨块，可用于治疗软骨软化症、退行性关节炎、骨折等骨科疾病。3.2.9整形（face lifting）运用脐血干细胞可被诱导分化成为骨细胞、软骨细胞的特性，用于治疗颜面畸形、小耳症、外伤需要整形的患者。将各种可降解的生物支架放入间充质干细胞的培养液中，规律定期翻转培养器，就可形成所需的器官雏形，用于临床的器官移植。4脐血应用的展望依据脐血有丰富的来源，脐血中富含HSC及MSCs，且单份脐血通过扩增后已经完全可以满足成人移植所需要的细胞数规定；且目前通过脐血移植可以解决的疾病越来越越多，等待干细胞移植的患者也越来越越多，临床对干细胞的需求量日益增多。如我国每年新发白血病患者10万多人，约5-7万人需进行造血干细胞移植;糖尿病患者约5千万，每年还在以5%的速率递增；每年肝功能衰竭病例约15万，死亡率可达80%；尚有大量死于心、脑血管疾病和恶性肿瘤。可以预见，不久的将来几乎所有的疾病都可以通过干细胞移植得到改善或临床治愈。因此，我们有义务、有责任来保护、运用好脐血这一珍贵的资源，充足发挥脐血的有益于人类的作用，让千百万重症患者摆脱疾病的阴霾，使千千万万不幸的家庭重获新生。参考文献：1. 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