造血干細(xì)胞的動(dòng)員與歸巢中山大學(xué)附屬第三醫(yī)院血液科 范蕊芳 醫(yī)師

1、造血干細(xì)胞的動(dòng)員與歸巢中山大學(xué)附屬第三醫(yī)院血液科 范蕊芳 醫(yī)師v自1993年報(bào)道應(yīng)用基因重組人G-CSF動(dòng)員正 常供者外周血干細(xì)胞獲得成功后，allo-HSCT 在臨床上得到廣泛應(yīng)用，并在很大程度上超 過(guò)骨髓移植成為主要的移植方式。v當(dāng)進(jìn)行骨髓動(dòng)員時(shí)，骨髓內(nèi)的造血干細(xì)胞是 如何被動(dòng)員并遷移到外周血？v經(jīng)靜脈輸入受者體內(nèi)的造血干細(xì)胞又是如何 定向歸巢到骨髓發(fā)揮造血重建功能？v造血干細(xì)胞(hematopoietic stem cell,HSC)是 具有自我更新及自我復(fù)制并向骨髓各系細(xì)胞 分化能力的細(xì)胞。其表面標(biāo)志隨個(gè)體發(fā)育時(shí) 期的不同而變化，但都具有共同的表面標(biāo)志 即CD34抗原。vDNA染料標(biāo)記

2、定位造血干細(xì)胞，顯示未分化造血干細(xì)胞主要是集中于長(zhǎng)骨骨小梁區(qū)、骨髓腔骨內(nèi)膜內(nèi)側(cè)，而分化的造血祖細(xì)胞主要分布在骨髓中央?yún)^(qū)。 v干細(xì)胞龕(niche)，包括基質(zhì)細(xì)胞、細(xì)胞外基質(zhì)和 各種造血因子，主要履行的功能?chē)?yán)格指導(dǎo)和控制干 細(xì)胞的正?；顒?dòng)，干細(xì)胞活動(dòng)的調(diào)節(jié)可能是由干細(xì) 胞自身的程序設(shè)計(jì)進(jìn)行，也可能是對(duì)干細(xì)胞龕產(chǎn)生 的或外來(lái)的各種可溶性因子等刺激物做出的反應(yīng)， 最有可能的是兩者均起作用。這些調(diào)節(jié)作用可以維 持干細(xì)胞處于休眠、不循環(huán)、不分化的狀態(tài)，也可 以決定以哪種方式復(fù)制和向哪個(gè)種系分化。v造血微環(huán)境對(duì)于骨髓干細(xì)胞的增殖和分化起著至關(guān) 重要的作用，而骨髓基質(zhì)細(xì)胞是構(gòu)成骨髓微環(huán)境的 重要組成部分，基

3、質(zhì)為造血細(xì)胞提供了一個(gè)定居、 增殖、分化和發(fā)育的微環(huán)境。在造血干細(xì)胞、基質(zhì) 細(xì)胞和髓竇內(nèi)皮細(xì)胞及骨髓基質(zhì)內(nèi)有一系列黏附分 子受體或配體，它們之間的相互作用介導(dǎo)了造血微 環(huán)境對(duì)造血的調(diào)節(jié)，也影響著造血干細(xì)胞的動(dòng)員。造血干細(xì)胞的動(dòng)員 早在七、八十年代初，人們發(fā)現(xiàn)經(jīng)化療或細(xì)胞因子 刺激后，骨髓干/祖細(xì)胞能被釋放到外周血中，這一 過(guò)程被稱(chēng)作“動(dòng)員”。許多細(xì)胞因子如G-CSF、GM- CSF、IL-7、IL-3、IL-12、干細(xì)胞因子（SCF）、 趨化因子如IL-8、Mip-1、SDF-1和化療試劑如環(huán) 磷酰胺（Cy）等具有骨髓動(dòng)員功能，其中G-CSF和 SCF的協(xié)同使用能大大提高造血干/祖細(xì)胞向外周血

4、 的動(dòng)員，以及移植后造血干/祖細(xì)胞的植入。造血干細(xì)胞的歸巢v造血干細(xì)胞自靜脈輸人體內(nèi)，與基質(zhì)細(xì)胞、 髓竇內(nèi)皮細(xì)胞及骨髓基質(zhì)內(nèi)一系列黏附分子 相互作用，并受細(xì)胞因子等的調(diào)節(jié)而植入骨 髓干細(xì)胞龕(Niche)內(nèi)，開(kāi)始執(zhí)行造血功能， 這一過(guò)程被稱(chēng)為造血干細(xì)胞的歸巢。v參與造血干細(xì)胞動(dòng)員與歸巢的細(xì)胞因子：一、細(xì)胞粘附分子 （1）免疫球蛋白家族 （2）整合素家族 （3）選擇素家族二、趨化因子v細(xì)胞黏附分子是一類(lèi)調(diào)節(jié)細(xì)胞與細(xì)胞、細(xì)胞 與細(xì)胞外基質(zhì)間相互結(jié)合、起黏附作用的膜 表面糖蛋白，可參與細(xì)胞遷徙、錨定、增殖 分化和細(xì)胞內(nèi)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)的調(diào)控。免疫球蛋白家族vVCAM-1 (vascular cell ad-

5、hesion molecule-1， VCAM-1)廣泛分布在造血和非造血細(xì)胞表面， 包括內(nèi)皮細(xì)胞、骨髓基質(zhì)細(xì)胞及成纖維細(xì)胞等， 其受體是遲現(xiàn)抗原-4(very late antigen-4，VI A-4)， VCAM-1可選擇性地促進(jìn)單個(gè)核細(xì)胞的黏附，同時(shí) 還具有廣泛的免疫生物學(xué)功能，包括參與調(diào)節(jié)炎癥 反應(yīng)、細(xì)胞和組織的分化和發(fā)育、免疫應(yīng)答，以及 參與淋巴細(xì)胞歸巢等。vICAM-1 (intercellular adhesion molecule-1， ICAM-1），是白細(xì)胞功能相關(guān)抗原-1(1eucocyte unction-associated antigen-1，LFA-1)的誘導(dǎo)配

6、 體 ，是在細(xì)胞 表面表達(dá)的具有介導(dǎo)細(xì)胞間或細(xì)胞 與細(xì)胞外基質(zhì)相互作用的單鏈跨膜糖蛋白，ICAM-1 與LFA-1相互作用與體內(nèi)抗原的呈遞、T淋巴細(xì)胞 的激活及淋巴細(xì)胞與內(nèi)皮 細(xì)胞的黏附、淋巴細(xì)胞活 化以及歸巢過(guò)程密切相關(guān)。v在粒細(xì)胞集落刺激因子(G-CSF)動(dòng)員骨髓造 血干細(xì)胞的過(guò)程中，中性粒細(xì)胞彈性蛋白酶 和組織蛋白酶G能夠裂解基質(zhì)細(xì)胞表面的 VCAM-1分子，下凋基質(zhì)細(xì)胞與造血干細(xì)胞 之間的黏附作用，實(shí)現(xiàn)干細(xì)胞的動(dòng)員。vKikuta等將5 mgkg的抗VCAM-l抗體及抗VI A-l抗 體連續(xù)2 d注射入小鼠體內(nèi)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)其外周血克隆 形成細(xì)胞(CFCs)和脾集落形成單位(CFU-S)分

7、別較 對(duì)照組增加11.4倍和21.6倍，而骨髓中的CFCs 和CFU-S較對(duì)照組明顯減少。如果聯(lián)合G-CSF(125 mgkg，2 d)動(dòng)員，則CFCs和CFU-S分別較對(duì)照組 增加141.8倍和439.0倍，提示造血生長(zhǎng)因子改變 了骨髓基質(zhì)細(xì)胞對(duì)造血干細(xì)胞的黏附能力，從而達(dá) 到動(dòng)員的目的。vVCAM-1可以增強(qiáng)造血干細(xì)胞向SDF-1的趨化 性及基質(zhì)金屬蛋白酶的分泌，顯著提高了 NODSCID小鼠移植模型CD34 細(xì)胞的歸巢。v采用抗CD49和VCAM-1抗體可分別阻止造血干細(xì)胞歸巢于骨髓。v靜息狀態(tài)下VCAM -1、ICAM-l呈低水平表達(dá)，且 與配體的親和力較低，在某些環(huán)境因素如藥物作用

8、下可被快速誘導(dǎo)而迅速上調(diào)，斯伐他汀和腫瘤壞死 因子受體1能夠增強(qiáng)細(xì)胞因子誘導(dǎo)的內(nèi)皮細(xì)胞ICAM- 1、 VCAM-l的表達(dá)。v使用動(dòng)員劑GCSF后VCAM -1在造血組織的骨髓細(xì)胞表達(dá)增加，在循環(huán)血及體腔中不表達(dá)。整合素家族v整合素家族的黏附分子都是由和兩條鏈 通過(guò)非共價(jià)鍵連接組成的異源二聚體。v分類(lèi)：遲現(xiàn)抗原組(1組)、白細(xì)胞黏附受 體組(2組)、血小板糖蛋白組(3組)、 4 組、 5組、 6組、 7組、 8組。v整合素家族中的淋巴細(xì)胞功能相關(guān)抗原1、遲 現(xiàn)抗原4 分別與ICAM-1 、VCAM-1相互作用 從而介導(dǎo)造血干/祖細(xì)胞與骨髓造血微環(huán)境中 的各種成分之間的黏附作用。選擇素家族v選擇

9、素是一類(lèi)異親型結(jié)合、Ca2+依賴(lài)的細(xì)胞 粘著分子，能與特異糖基識(shí)別并結(jié)合。主要 參與白細(xì)胞與血管內(nèi)皮細(xì)胞之間的識(shí)別與粘 附。v分類(lèi)：P- 選擇素、E-選擇素、 L-選擇素。 vP-選擇素主要集中分布于血小板顆粒和內(nèi) 皮細(xì)胞的Webel-Palade小體，當(dāng)內(nèi)皮細(xì)胞或 血小板受到凝血酶、組胺等因子刺激后，P- 選擇素在幾分鐘之內(nèi)就被轉(zhuǎn)運(yùn)到細(xì)胞表面。vE-選擇素表達(dá)于活化的內(nèi)皮細(xì)胞表面，主要 集中在毛細(xì)血管后微靜脈，內(nèi)皮細(xì)胞受刺激 后，E-選擇素于4 h表達(dá)至高峰，可維持24 h，然后從細(xì)胞膜上脫落進(jìn)入血液，成為可溶 性E-選擇素。vL-選擇素表達(dá)于大多數(shù)白細(xì)胞表面， 包括淋巴細(xì)胞、中性粒細(xì)胞、造

10、血細(xì)胞、單 核細(xì)胞、嗜酸性粒細(xì)胞，但主要表達(dá)于中性粒細(xì)胞。v從人骨髓和胎肝中提取CD34 和CD34細(xì)胞，放 入有E、P-選擇素流動(dòng)室內(nèi)，在不同剪切力下 流動(dòng)，發(fā)現(xiàn)CD34 細(xì)胞在其表面滾動(dòng)速度明顯比 CD34一細(xì)胞慢，具有顯著性差異，并被P-選擇素 糖蛋白配體1單抗抑制。而CD34一細(xì)胞在無(wú)E、 P-選擇素包被表面仍處流動(dòng)狀態(tài)。v將人的CD34 細(xì)胞移植到缺乏P-選擇素、 E-選擇素的NODSCID小鼠體內(nèi)，發(fā)現(xiàn) CD34 細(xì)胞在內(nèi)皮細(xì)胞上的滾動(dòng)以及在 骨髓龕中的滯留均明顯減少(減少量90)。趨化因子vSDF-1屬CXC型趨化因子，主要表達(dá)在骨髓基質(zhì)細(xì)胞、骨髓內(nèi)皮細(xì)胞以及CD34+CD38+

11、造血祖細(xì)胞。同時(shí)表達(dá)于多種組織，比如皮膚、肝膽管的上皮細(xì)胞、大腦內(nèi)皮細(xì)胞和心肌。v一定的SDF-1濃度梯度維持了干細(xì)胞池的穩(wěn)態(tài)。v當(dāng)用G-CSF動(dòng)員外周血時(shí)，各種蛋白水解酶不僅對(duì)胞外基質(zhì)進(jìn)行切割，還能切割SDF-1并使其失活。 v在進(jìn)行骨髓動(dòng)員的鼠中，骨髓SDF-1的濃度會(huì)下降，這種結(jié)果直接導(dǎo)致體內(nèi)絲氨酸蛋白酶的積累，后者直接切割SDF-1導(dǎo)致其失活。 vSDF-1的受體CXCR4是一個(gè)有七個(gè)跨膜結(jié)構(gòu) 域的G蛋白耦聯(lián)的受體。在CD34+造血干細(xì)胞 /祖細(xì)胞表面都有廣泛表達(dá)。v SDF-1CXCR4是目前明確的對(duì)造血干細(xì)胞趨化歸巢起最重要作用的分子。v人的骨髓內(nèi)皮細(xì)胞連續(xù)表達(dá)SDF-1 ，其通過(guò)

12、結(jié)合CD34+細(xì)胞表面的CXCR4而捕獲造血干/祖細(xì)胞。v在黏附分子LFA-1/ICAM-1 和VLA-4/VCAM-1 的參與下，造血干/祖細(xì)胞與內(nèi)皮細(xì)胞產(chǎn)生黏 附。內(nèi)皮細(xì)胞表面表達(dá)的SDF-1不僅能捕獲 遷移中的造血干/祖細(xì)胞，同時(shí)能通過(guò)CXCR4 介導(dǎo)的細(xì)胞反應(yīng)，如上調(diào)黏附分子的表達(dá)， 激活干/祖細(xì)胞穿越內(nèi)皮細(xì)胞層的遷移運(yùn)動(dòng)。vCD34 造血干細(xì)胞可依據(jù)SDF-1的濃度梯度遷 移，并且SDF-1在誘導(dǎo)造血干細(xì)胞趨化和轉(zhuǎn) 移動(dòng)員的同時(shí)，也具有刺激活性，增加造血 干細(xì)胞的增殖分化。vSCF、IL-6能誘導(dǎo)CXCR4在CD34+上的表達(dá)vC3aR- C3a的作用提高了SDF-1對(duì)CXCR4的識(shí)別敏感作用vCD26具有切割SDF的功能SDF-1與CXCR4信號(hào)傳導(dǎo)通路示意圖v造血干細(xì)胞與基質(zhì)細(xì)胞間的粘附作用減弱Ca 破骨細(xì)胞VLA-4、c-kitMMP2、9彈性蛋白酶蛋白水解酶機(jī)體應(yīng)激