Nature：细胞移植术

yinfuhua

Nature：细胞移植术
1 \2 v; }' h) J7 j- W- X7 H4 n' M2014-11-08 1 来源：生物360 作者：koo
6 C7 `" `) V/ |
8 k  T; u( ^+ `4 E3 }动物试验发现，将经过转基因修饰的巨噬细胞（Transplanting gene-corrected macrophage cells）植入小鼠肺部能够有效地治疗肺泡蛋白沉积症（pulmonary alveolar proteinosis，PAP）这种人类遗传性疾病。
* @  p% V: A* ^* \. T. M肺泡蛋白沉积症（pulmonary alveolar proteinosis, PAP）是一种非常罕见的肺脏疾病，主要表现为肺泡巨噬细胞（alveolar macrophages）这种白细胞在患者的肺部沉积。肺泡巨噬细胞里含有大量的表面活性物质（surfactant），和大量的细胞外表面活性物质。这种表面活性物质是由磷脂和蛋白质构成的复合物，能够调节肺泡的表面张力。我们最早是在1958年第一次发现了肺泡蛋白沉积症这种疾病，可是发现这种疾病的病因就到1994年了。当时偶然发现，缺乏GM-CSF蛋白的小鼠也会患上一种类似于人类PAP的肺病，而我们都知道，GM-CSF蛋白是促进巨噬细胞成熟，表达正常功能的重要因子。Suzuki等人发表在《自然》（Nature）杂志网站上的这篇文章又给我们讲了一个最新的故事。他们发现，将对GM-CSF因子能够正常反应的巨噬细胞植入缺乏GM-CSF因子受体的小鼠肺部之后，能够有效治疗小鼠PAP疾病。
/ C. g; q& p3 m$ |9 p. c+ W7 A通过对缺乏GM-CSF因子的小鼠进行研究发现了导致PAP疾病的病因（图1）——表面活性物质被肺泡部位的巨噬细胞分解。人体研究也发现，虽然某些PAP患者体内的肺泡巨噬细胞在体外实验中也能够对GM-CSF因子起反应，但是这些患者体内却存在GM-CSF因子抗体，能够中和这些因子。我们目前将PAP主要分为三种类型，分别是自身免疫性（获得性）PAP、遗传性（先天性）PAP和继发型PAP（此型主要与血液系统肿瘤或全身性炎症疾病相关）。不过所有这3种PAP都与GM-CSF信号通路缺失有关，可能是因为缺乏活化的GM-CSF因子，或者是因为GM-CSF受体突变。有部分先天性PAP患者是因为表面活性蛋白异常所致。1 Z: g% Y9 y+ R) ~. g$ P* N
通过对小鼠动物模型和人类PAP患者样本的研究，阐明了肺泡表面活性物质降解的具体过程，同时也发现了一些在肺泡巨噬细胞生物学方面发挥重要作用的关键蛋白因子。比如参与肺泡巨噬细胞成熟的PU.1蛋白，促进肺部维持稳态的PPARγ等。与身体内其他部位的巨噬细胞不同，肺泡巨噬细胞能够表达大量的PPARγ，这说明PPARγ蛋白对于肺部而言一定具有某种非常重要的作用。实际上，PPARγ蛋白是一种巨噬细胞活化的负向调控因子。而PPARγ蛋白表达则主要受到GM-CSF因子的刺激。肺泡表面活性物质90%都是脂质，其代谢主要受有GM-CSF因子、PPARγ蛋白和ABCG1蛋白参与的信号通路的调控。3 z8 _/ L& {( g$ J
图1 将正常巨噬细胞植入PAP小鼠动物模型的肺部之后，能够有效治疗小鼠的PAP疾病。巨噬细胞是一种白细胞，能够吞食、降解细胞碎片。在肺部的巨噬细胞除了具备这些功能之外，还能够降解多余的表面活性物质。表面活性物质是一种由磷脂和蛋白质组成的物质，由肺泡上皮细胞合成，可以起到降低肺泡表面张力的作用，防止肺泡塌陷。如果巨噬细胞发生突变，不能表达GM-CSF受体（GM-CSF蛋白是巨噬细胞成熟，表达正常功能必需的一种因子），就会导致表面活性物质大量堆积，形成PAP疾病。Suzuki等人发现，将能够表达GM-CSF受体的巨噬细胞（既可以是取自野生小鼠的巨噬细胞，也可以是经过基因修复过的突变巨噬细胞）植入PAP小鼠肺部之后，就能够有效降解表面活性物质，起到明显的治疗作用。' C+ Q- U; j- x1 S8 o& b
最早也是通过对小鼠动物模型的研究明确治疗PAP疾病的方案的。早期的研究发现，缺乏GM-CSF因子的小鼠是可以被治愈的，既可以用输注外源GM-CSF因子的方法进行治疗，也可以通过让小鼠呼吸道上皮细胞过表达GM-CSF因子的方法进行治疗。基于这些研究成果，有人开始尝试对自身免疫性PAP患者，通过皮下注射或吸入（inhalation）的方式，进行大剂量GM-CSF因子治疗。不过这种治疗对部分患者无效，这可能是因为在他们的肺部，存在大量的抗GM-CSF因子抗体。还有一种办法也可以用来治疗自身免疫性PAP患者，那就是使用单克隆抗体rituximab，这种抗体能够抑制抗GM-CSF因子抗体的生成，同时在某些患者体内还能够诱导PPARγ和ABCG1的表达。* G" t/ b% P$ g6 o1 G
可是对于遗传性PAP患者，就只有一种治疗方案，那就是全肺灌洗（lavage），这需要在全身麻醉下操作。有人提出，将健康的骨髓细胞植入这种遗传性PAP患者体内也能够起到治疗作用，因为这些健康的骨髓细胞也可以分化形成正常的、对GM-CSF因子敏感的巨噬细胞，而且这种疗法在小鼠试验中也已经取得了成功。但是使用这种疗法需要进行骨髓抑制（prior myeloablation），将患者体内的骨髓细胞完全清除掉，以免发生排斥反应。这种骨髓抑制的患者非常容易感染，并且死亡，所以这种骨髓移植疗法并不是一种常规的治疗手段。
8 n: @; Z, u; V1 S  hSuzuki等人希望能够找到一种不需要进行骨髓抑制的移植治疗方案。他们将取自正常小鼠的巨噬细胞直接注入PAP小鼠动物模型（这种小鼠缺乏GM-CSF因子受体的β亚单位，因此与GM-CSF因子受体α或β亚单位发生突变的遗传性PAP患者幼年时的病症一模一样）的肺部，结果明显缓解了患病小鼠的临床症状，与疾病相关的蛋白的表达水平也回复至正常水平，小鼠的寿命也得到了明显的延长。然后，Suzuki等人又对这种小鼠自身的巨噬细胞进行体外遗传学修复（主要借助慢病毒转染技术），使其能够重新表达GM-CSF因子受体的β亚单位，然后将这些巨噬细胞再注入患病小鼠体内，也取得了非常不错的治疗效果。, C- G9 o6 F3 P* \
这些小鼠动物试验表明，巨噬细胞移植术应用于人体应该也会取得非常不错的治疗效果。之前开展的一项研究也表明，将野生型鼠巨噬细胞的前体细胞植入GM-CSF受体缺失的动物体内之后，能够有效缓解遗传性PAP疾病的临床症状。Suzuki等人还对这一技术进行了进一步的改进，他们将遗传背景完全一样（患病动物）的细胞进行了基因改造，使其恢复正常，这也就避开了骨髓抑制和免疫抑制的问题。实验结果也非常令人满意，试验小鼠的临床症状得到了明显的改善，病情有了明显的好转。这种技术也非常适合应用于临床，只需要将PAP患者自身的巨噬细胞提取出来，在体外进行基因改造，然后再回输到患者体内就可以起到治疗的作用。
& T7 E3 ]: q' m. T9 X: I2 c' G$ f: LSuzuki等人在体外培养过程中还发现，虽然野生型骨髓来源的巨噬细胞与肺泡巨噬细胞有很多差异，但他们在移植之后还是在小鼠肺部发现了这些拥有肺泡巨噬细胞特征的细胞。该结果也与之前的试验结果相吻合，之前的研究发现，局部的微环境也能够提供相应的信号，指导巨噬细胞发育、成熟。还需要开展更进一步的研究，了解在临床实践工作中最佳的细胞移植剂量，GM-CSF因子升高的水平与遗传性PAP病情之间的关系，以及是否还需要额外的GM-CSF因子，保证植入巨噬细胞的存活等。
( h# ^* y7 C  [+ V这种疗法的意义还不仅局限于罕见的遗传性PAP疾病。我们也可以用这种方法来治疗其他疾病，比如将经过基因改造的自体巨噬细胞回输给患者，用来治疗HIV等。巨噬细胞是HIV病毒的“储藏间”，但某些缺乏某种巨噬细胞共受体的细胞却能够不受HIV感染，因此将这些细胞回输给患者就可以让患者对病毒产生抗性，不受病毒感染。由于局部的微环境也能够产生某些信号，促进巨噬细胞的发育，使其获得某种特性，所以我们也很有可能会发现与某种疾病相关的突变。使用全基因组测序技术对出生即患有危及生命疾病的新生儿进行检测，发现新的异常基因，这也将有助于巨噬细胞移植术在临床上的进一步推广。
3 |0 U5 h' P4 ?; x原文检索：
  O- |, x' Z0 R" }- XMary Jane Thomassen& Mani S. Kavuru. Lung disease: Treatment by cell transplant. Nature, 01 October 2014; doi:10.1038/nature13758
( x; l- F, Z" s& u! _( A% r* h

247479618

主要还是老鼠的实验，真正临床用的怎么样呢？