脐带血造血干细胞体外扩增靠谱吗？

 

“加拿大顶尖学府麦克马斯特大学干细胞与癌症研究所的研究人员，发现了一个关键的蛋白，这种蛋白可以更好地控制和再生造血干细胞。此项发现将解决用于移植的造血干细胞数量不足的问题。”

该论文一经发表，紧接着是国内铺天盖地的宣传——“数量不再是脐带血移植瓶颈”，“造血干细胞的体外扩增取得了重大突破”，甚至成为某些企业的牟利噱头。

众所周知，造血干细胞一直是科研领域研究的热点，虽然国内外一直不断有突破性的进展，但目前对造血干细胞的特性仍尚未透彻了解。虽然目前对于造血干细胞的扩增有了一定的进展，但仅就当前的扩增技术而言，距离真正应用于临床还有很长的路要走。

首先我们要明白 什么是扩增？

扩增细胞，就是使细胞的数量增多，当细胞扩增到足够的数量时才可以用于治疗疾病，就好比盖房子，一块砖是不够的，十块砖也是不够的，必须要有足够数量的砖才能盖起一栋房子。

体外扩增要使不同阶段的细胞大量增殖，同时扩增原始细胞。盖房子所用的砖不是随随便便找来一块就可以用的，它必须是检验过关的合格产品，否则盖成的门、窗、墙等便会产生各种质量问题，甚至面临坍塌的风险。

房子盖好了不能马上住进去，检验质量很关键。造血干细胞的扩增也是如此，经过我们扩增后的造血干细胞，必须要像原始细胞一样，可以形成白细胞、红细胞、血小板、T淋巴细胞、B淋巴细胞等等，否则就不是一块质量合格的“砖“。现有的扩增技术都会在一定程度上损耗原始细胞。扩增后的造血干细胞真正用于临床前，还需要进行大量的随机临床实验，以验证其安全性和有效性。

以上比喻，只是为了增强对细胞扩增概念的理解，接下来，我们来看看国内外的科学家对于造血干细胞体外扩增的研究进展，学术界对此问题究竟进展到怎样的程度。

先来看看国外的扩增研究史

国外的研究明显领先于国内，2012年以前主要以细胞因子支持下扩增、基质细胞支持下扩增以及添加HOXB4下扩增为主，无论哪种方法都有其致命的弱点无法进行临床大规模应用。

从2013年开始，研究进展迅猛，从改造HOXB4到发现各种新的小分子，各种新的思路甚至新的学说被不断提出，但结果似乎仍然是让我们拭目以待。

以下列举了2013年至今关于造血干细胞扩增的主要事件，从中我们可以体会到这一路的发展：

l  2013年3月，威尔康乃尔医学院（Weill Cornell Medical College，隶属于康奈尔大学）等机构的研究人员解决了一个在体外扩增成体造血干细胞用于临床骨髓移植的主要问题。相关研究论文在线刊登在《Blood》杂志上。文中明确指出对健康的造血干细胞进行增殖在当前是不可能的。

l  2013年8月，加拿大多伦多玛格丽特公主癌症研究中心、多伦多大学等机构的科学家发现，GATA-3基因在造血干细胞的自我更新中起着重要作用。

l  2013年10月的《Blood》杂志上，波士顿儿童医院Leonard Zon医学博士报告了他们发现的新药物的安全性试验结果。这种药物名称为ProHema，是前列腺素PGE2的一种化学衍生物，从临床前数据来看，其可能会帮助脐带血来源的造血干细胞移植手术。目前，二期临床研究正在进行。

l  2014年3月，西南医学中心的研究人员通过研究首次阐述了造血干细胞产生精确数量的蛋白质对其功能是至关重要的，相关研究刊登于国际著名杂志《Nature》上。本文的研究结果表明，造血干细胞相比其它造血细胞而言，其需要较低比例的蛋白质。许多疾病，包括神经变性疾病和特殊的癌症，其都和制造蛋白质的细胞器的突变直接相关，因此我们有理由怀疑利用蛋白调控造血干细胞增殖的安全性及有效性问题。

l  2014年7月，德国歌德大学、德国马普心肺研究所及加州大学的研究人员在合作研究中共同发现，一种从亚油酸衍生的w-6脂肪酸的代谢产物，可以促进造血干细胞增长，报导在国家科学院学报上。从小鼠到小鼠的干细胞移植在缺少环氧化物水解酶的情况下便不成功，通过用w-6脂肪酸代谢产物培养细胞的方法处置，又可改善移植结果。看来，该项研究也是不稳定的。

l  2014年8月，研究人员发表在《Nature》杂志上一篇论文表明，他们首次明确了体内引发造血干细胞的生产机制，广泛使用造血干细胞的一个严重障碍是它们无法在实验室内生产，从以前的研究中得出分子“开关”也可能是造血干细胞形成的必要条件，但其机制直到现在仍然未知。在这项最新研究中发现造血干细胞需要一个充当“伙伴”功能的细胞类型来帮助它们完成发育分化。这些“伙伴”被称为endotome细胞，它们具有诱导干细胞的性能。造血干细胞的形成需要识别一些细胞和信号需求，但首先要为endotome细胞形成提供基础。如果能找到出现在对胚胎造血干细胞形成有帮助的endotome细胞内的信号，那么就可以在体外制造出不同的血细胞来应对各种有血液需求的相关疾病。这项工作强调了分子过程在造血干细胞形成中是怎样在体内发挥关键作用的，研究的下一阶段将会鉴定出更多的分子信号用来引导造血干细胞的生产。该研究限制因素过多，抑制了造血干细胞的生产。

l  2014年9月，来自蒙特利尔大学免疫学和癌症研究所(IRIC)的研究人员，在著名的《Science》杂志上宣称发现了一种新分子UM171，其第一次让他们实现了脐带血造血干细胞增殖。这项突破有潜力将用于人类移植的脐带血造血干细胞数量扩增10倍。此外，它将大大减少与干细胞移植有关的并发症。目前利用这种新分子即将开发用于干细胞培育的一种新型生物反应器，在培养物中扩增干细胞生成足够数量的细胞来治疗成人也许会成为可能。这种新分子的安全性和造价也是我们不可忽视的问题。

l  2014年10月，来自美国密苏里州斯托瓦斯医学研究所（Stowers Institute for Medical Research）的研究人员首次发现造血干细胞可以直接被巨核细胞所控制，即母体细胞会被子代细胞所控制，巨核细胞或许可以被应用于临床中来促进成体干细胞进行细胞再生，并且扩大细胞的培养来用于进行成体干细胞的移植。

l  2014年12月，加州大学洛杉矶分校（UCLA）的科学家首次发现一种蛋白质PTP-sigma，在调节人造血干细胞如何复制的过程中，起着关键的作用。相关研究发表在《Journal of Clinical Investigation》杂志。PTP-sigma是在很大一部分小鼠和人类造血干细胞上产生/表达的，在小鼠中删除PTP-sigma，可显著增加造血干细胞移植后的能力。 选择不表达PTP-sigma的人全血造血干细胞，会使移植后的造血干细胞增加15倍。本研究作者希望在不久的将来将这些结果转化为临床试验。但是利用蛋白调控是否可靠，这是否会打破造血干细胞原有的发育机制，仍然未知。

下面简单阐述一下国内的研究情况，总体情况还是在跟着国外的步伐，但较落后，仍然停留在因子和HOXB4蛋白阶段。

众所周知，国内在此领域比较有代表性的研究者是全军307医院的陈虎教授，下面对陈虎教授近些年的研究做一下总结：

陈虎教授在2009年发表的文章中认为HOXB4未来有一定的应用前景，在其安全性方面虽然尚无使用HOXB4导致白血病的报道，但由于白血病发病率低、潜伏期长，所以迄今为止无法确保应用的安全性问题。

陈虎教授2013年发表的一篇文章《TAT-HOXB4蛋白扩增造血干/祖细胞及其临床应用前景》中认为：目前认识到的干细胞不对称分化理论认为干细胞的分化只能在增加早期造血祖细胞（HPC）的数量却不能增加原始造血干细胞（HSC）的数量，人们目前仍无法确定HSC是否能够被有效扩增，但是现在的研究证明，CD34细胞在体外是可以扩增的，目前报道的方法有很多，在一定程度上能够增加CD34细胞数量。HOXB4是第1个被证明能够在体内外促进HPC扩增但是又不影响HSC分化成正常的淋系和髓系细胞的转录因子。目前，对于调控HOXB4在造血干细胞中的表达机制还有许多未被查明，除了转录因子、生长因子等的参与外，仍存在其他调控因素有待进一步研究探明。有部分学者认为，HOXB4基因的过表达并不会导致血液系统恶性疾病的发生，但有动物实验报道，过表达HOXB4可导致大动物发生急性髓系白血病。为防止转染所用病毒引起感染，并能有效进入细胞核，在HOXB4蛋白N端接上一个TAT蛋白序列，细胞内TAT-HOXB4蛋白的浓度对HSC的影响是不同的，他在细胞内半衰期为1.4±0.2h，37℃时细胞外半衰期为3.7±1.8h，4℃时为78±27h，蛋白浓度与是否扩增造血细胞密切相关，有明确的时间效应。HOXB4蛋白可以扩增T淋巴细胞及NK淋巴细胞的前体细胞，但对B淋巴细胞的前体细胞没有扩增作用，其最终应用的适宜浓度如何、是否会有诱发白血病等问题仍有待进一步研究。

陈虎教授2014年4月发表的文章《胎盘造血干细胞-从研究到应用还有多远》中指出延误时间较长的移植常导致高感染和死亡，认为胎盘中的造血干细胞可能是更好的来源。无论用何种方法调控造血干细胞的增殖，都需一定时间才能扩增到一定数量，会延误移植的时间。

通过上述客观的总结不难看出，造血干细胞的体外扩增目前还存在很多问题。

如想要实现大量扩增造血干细胞而不消耗原始干细胞，使培养细胞具有高度造血重建能力的培养体系，还存在着很多难点。如技术的稳定性和可复制性有多少？扩增后的造血干细胞是否和原始细胞一样有造血重建的功能？改造后的细胞是否有治病因素？过高的成本有多少人可以承受？

    幸好，我们已经发现了从胎盘组织中提取数量更多造血干细胞的技术。