文档介绍：白血病治疗基础
第一节造血和白血病干细胞生物学特性
引言
造血是产生数以亿计的白细胞、红细胞、血小板维持体内稳态的血细胞再生过程。造血干细胞是一小群永久生存、静止休眠、未分化的多能细胞,除了能增殖和向多个不同系别的造血祖细胞分化外,还可以自我复制。过去二十年清楚地认识到白血病干细胞在白血病发病过程中的核心作用。白血病干细胞具有和造血干细胞一样的基本特征,包括静止休眠、自我复制、极强的增殖能力和定向分化能力。
一些科学甚至认为白血病是一种由正常造血干细胞经历突变后产生的少量白血病干细胞衍生的全新的异常造血组织。许多学者认为白血病干细胞对大多数传统的化疗药都耐药,正是白血病诱导缓解后复发的根源。因此,设计针对白血病干细胞的有效治疗才能减少复发率,甚至治愈。就如下面将讨论的,开发针对白血病干细胞的特效药物将面对重大的挑战,因为它们的特点和正常造血干细胞十分相似。进一步研究白血病干细胞和正常造血干细胞的细小差别,以便研制出对前者毒性大而后者杀伤小的药物显得十分重要。在这章,我们将简单回顾造血干细胞和白血病干细胞的生物学特性。我们也将讨论目前正在进行的一些研究,如何利用已知知识发现针对白血病干细胞靶向治疗的方法,以减少白血病复发。
正常造血干细胞的生物学特性
造血干细胞是最早发现的人体干细胞。实验也支持造血干细胞的存在,它分化成自我复制能力减弱、增殖能力加强的定向细胞。实验研究证实淋巴祖细胞和髓祖细胞是淋巴细胞和髓细胞系最早的分叉点。小鼠的研究对造血干细胞生物学特性的认识做出了重要贡献。首先经致死性放射线照射后,输注骨髓细胞后造血得到重建。注射10天后在小鼠的脾内发现多系细胞克隆形成,每一个克隆都是一个造血干细胞衍生而来。这些克隆又将进一步分化成新的次级克隆。Jones等研究发现导致小鼠造血重建失败的实验中,持续输注造血细胞时间过短。造血干细胞产生下游系列造血细胞完成造血重建需要一定时间,当输注的造血细胞如祖细胞产生克隆形成单元后逐渐凋亡,而具有自我更新能力的造血干细胞因数量较少尚未来得及产生下游细胞,造血就无法重建。因此,Morrison等认为小鼠的骨髓重建是
必然的,并非偶然。由于人造血干细胞研究的数量限制,目前我们所知道的人造血干细胞的知识多来自体外和人。虽然人造血干细胞与小鼠的存在重要差异,但是证据表明两者具有共同的基本特征如自我更新的能力、增殖能力、定向分化的能力。在体外试验中能评价造血干细胞的重要特性,如增殖能力,但多向分化、不断自我更新完成造血的能力难以精确地检测。严重联合免疫缺陷(bined immune-deficient,SCID)小鼠缺乏适应性免疫能力,非肥胖性糖尿病SCID小鼠(NOD/SCID)同时缺乏固有和适应免疫能力,能比体外检测更加精确地反应人造血干细胞的特性。体内检测的精确性可通过输注对照细胞进一步提高。
造血干细胞的免疫表型特征
与定向的造血细胞和成熟血细胞比较,造血干细胞形态上有所不同。另外,造血干细胞能够通过多参数流式检测与造血祖细胞区分开来。最常用的富集造血干细胞的免疫标记是CD34。Terstappen等研究证实CD34+细胞中大约1%不表达CD38抗原。CD34+/CD38-细胞缺乏定向祖细胞特异性标记(Lin-)基本等同于我们期望纯化获得的多能造血干细胞。相比之下,CD34+/CD38+细胞异质性较强,包括髓系、红系和淋系祖细胞。这说明CD38+表达上调是造血干细胞向下分化的标记。在人胎绵阳模型中,CD34+/CD38-能产生多系的造血细胞维持造血持续进行,而CD34+/CD38+细胞只能短期地造血,说明它代表只是多能造血祖细胞,而不是造血干细胞。这个研究说明CD34+/CD38-细胞具有很强的长期分化产生多系造血细胞的能力,意味着人体骨髓细胞中存在干细胞群。另外,造血干细胞还被发现表达高水平的干细胞抗原(SCA-1)和弥漫性糖蛋白(P-gp),一种位于细胞膜的多药转运蛋白,由多药耐药基因1表达。另一方面,造血干细胞缺乏或低表达Thy-,CD33,CD71,CD10,CD45RA和HLA-DR,而更加成熟的血细胞却常常表达这些抗原中的一种或多种。最后,Gunji等研究表明CD34+且c-Kit低表达的造血细胞包含有CD34+/CD38-细胞,而CD34+且c-Kit高表达细胞群常包含有许多粒-单系祖细胞。造血干细胞表达CD34这一规律近年来被不断挑战,许多研究发现CD34-细胞同样可以完成造血重建。这些细胞多位于长期培养启动细胞(long-term culture-initiating,LTC-ICs)内。总而言之,我们在精确鉴定和筛选造血干细胞方面仍面对许多挑战,未来研究主要目标是确定造血干细胞特异性的标记物或组合,以便能从众多细胞中鉴定出造血干细胞。
造血干