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作者：王明科，罗成基 4 D# R6 V! V8 V" y: p% W, j1 ^& e4 b. N
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2 D) i) M: x5 a! x 【关键词】造血干细胞移植;电离辐射;辐射损伤$ h7 ~) G8 {8 l$ M# L0 s
【摘要】电离辐射在工业、医学的广泛应用可造成机体严重造血损伤，造血干细胞移植是救治的重要措施。本文概述了4种造血干细胞移植方法在辐射损伤中的应用，并重点介绍了4种造血干细胞移植的优缺点及研究进展。 【关键词】造血干细胞移植;电离辐射;辐射损伤 The application of hematopoietic stem cells to iradiation injuries WANG Ming-ke，LUO Cheng-ji. The Institute of Combined Injury，The Third Military Medical University，Chongqing 400038，China 【Abstract】 The application of ionizing radiation to industry，medicine may lead to severe hematopoietic injuries，while hematopoietic stem cells transplantation is the important therapy.In this article four methods of hematopoietic stem cells transplantation in application to radiation injuries are reviewed.Meanwhile，more emphasis is focus on the advantage and disadvantage and research progression of the four methods of hematopoietic stem cells transplantation. 【Key words】 Hematopoietic stem cell transplantation;Radiation，ionizing;Radiation injuries（Chin J Dis Control Prev2006，10（3）:295-298）
2 ?1 U9 ^! o8 y& a0 h' z+ v9 L 电离辐射可引起机体损伤，机体短时间内受到较大剂量（>1Gy）照射后可引起急性放射病。根据照射剂量、病理变化以及临床特点不同，可将放射病分为骨髓型、肠型和脑型。而骨髓型又按其损伤轻重分为轻、中、重和极重度。在骨髓型急性放射病中，造血器官损伤是其最重要的病理改变:细胞和组织退行性变包括变性和死亡;循环障碍，包括血管及血窦的扩张充血、出血以及组织水肿等;代偿适应性反应，包括炎症性反应、吞噬清除反应、类浆细胞、网状细胞和脂肪细胞的出现和增生等。造血损伤是骨髓型放射病的特征。另外，肠型放射病造血器官的损伤比骨髓型重，照射剂量接近肠型剂量下限者，经大力救治若渡过肠型死亡期，即表现出严重的骨髓衰竭，一般都不能自行恢复造血功能。当机体造血功能不能自行恢复，需重建造血，造血干细胞移植是一项重要措施。
2 e8 x3 t6 J2 T H* ~ 1 造血干细胞的特征 造血干细胞是造血组织中一类特殊细胞，它定义为具有自我更新或自我复制，并能够分化生成血液系统中各类成熟细胞的原始细胞。首先，造血干细胞在综合因素的调控下可分化为红系、粒系、巨核系、淋巴系等各系成熟血液细胞。另外，它还具有高度自我更新的能力，造血干细胞在分裂时，进行不对称性有丝分裂，每次干细胞分裂，一个细胞立即分化为早期祖细胞，而另一个则维持不分化，造血干细胞在不断生成祖细胞的同时，也使其本身的数量和质量保持终生不变。另外，造血干细胞可塑性已成为目前研究的热点。Pittenger等 ［1］ 证实骨髓间质干细胞是一种多潜能细胞，能诱导分化成为脂肪细胞、软骨细胞和肌腱细胞;Oh等 ［2］ 发现将骨髓干细胞在特定体外培养条件下诱导分化形成胰岛素生成细胞，并显示出胰岛素、胰高血糖素、胰多肽等基因表达;Yamada等 ［3］ 通过脂多糖诱导肺损伤实验发现骨髓来源细胞对肺损伤的修复非常重要，它们可沉积于炎症部位并分化形成内皮和上皮细胞;Ferrari等 ［4］ 发现造血潜能干细胞或骨髓来源干细胞能分化成骨骼肌细胞;Wang等 ［5］ 证明骨髓干细胞能分化成心肌细胞，并修复受损的心肌;Bjornson等 ［6］ 证明骨髓来源干细胞与神经细胞关系密切;Petersen等 ［7］ 发现骨髓干细胞能分化成肝卵圆细胞和肝细胞。但2004年《Nature》同时发表2篇文章 ［8，9］ 证明造血干细胞没有再生心肌能力。 2 造血干细胞移植 造血干细胞移植按其来源不同，可分为骨髓、外周血、胎肝和脐带血造血干细胞移植。 2.1 骨髓造血干细胞移植（bone marrow transplan-tation，BMT） 2.1.1 分类、适应症、方法4 C& k: w5 } b& C
骨髓移植按来源可分为:自身骨髓移植、同种骨髓移植（包括:①同基因骨髓移植;②HLA相合骨髓移植;③HLA不相合及HLA单倍体相合的骨髓移植;④HLA表现型相合骨髓移植;⑤HLA不相合骨髓移植）、异种骨髓移植。适应症为造血功能不能恢复的偏重的极重度骨髓型放射病、肠道损伤能恢复的肠型放射病，重度、偏轻的极重度和脑型放射病不宜进行骨髓移植。就机体照射量而言，一般认为800～1200cGy时可以实施骨髓移植。移植方法为照射后1～5d最迟不超过10d，采用多点穿刺采髓，静脉输注，边采集边输注的方法。自身骨髓移植输注的骨髓有核细胞以（3～5）Ⅹ10 7 /kg为宜，同种骨髓移植一般为（2～3）Ⅹ10 8 /kg。HLA单倍体相合或不全相合骨髓移植时采量宜更多。
; N( d& u; B! G$ v# a1 d1 k 2.1.2 并发症 2.1.2.1 移植物抗宿主病（graft versus host dis-ease，GVHD） 从本质上讲，GVHD是供者T细胞介导的、针对同种异型抗原的免疫应答，它通过供者T细胞表面受体识别受者细胞表面的同种异型抗原引发的复杂免疫反应。它包括级联的三相反应:①由于预处理导致的宿主组织损伤;②移植物中供者T细胞激活;③炎症效应细胞和因子的作用。主要损伤皮肤、肝脏和小肠。临床表现为皮肤斑丘疹、红斑、脱屑、腹痛、腹泻，血清胆红素和谷草转氨酶升高，严重者发生肠梗阻。发生率高达70%～80%，死亡率为20～30%。El-Sayed等 ［10］ 研究了103例骨髓造血干细胞移植后的病人，56人死亡，其中因肝脏疾病死亡27人，因肝源性GVHD发生肝衰竭23人，因静脉闭塞发生肝衰10人。Vassallo等 ［11］ 研究发现骨髓造血干细胞移植后的病人有76%发生不同程度的皮肤损害。另外，Nishida等 ［12］ 研究发现骨髓造血干细胞移植后，区分肠道血栓性微血管病与急性GVHD非常重要。16例病人中最初6 例未注意肠道血栓性微血管病而只顾GVHD的治疗发生了死亡。 2.1.2.2 放射性间质性肺炎 + ^& L$ r, G4 r8 Y
该病发生率约30%，目前认为，肺部受照剂量过大是发生放射性间质性肺炎的关键因素。当肺部受照剂量低于600cGy时，很少发生此种并发症。巨细胞病毒、卡氏肺囊虫感染是放射性间质性肺炎诱发和加重的因素。 2.1.2.3 出血性膀胱炎 Comar等 ［13］ % S8 p; V9 O$ D6 L) q6 q: f
认为出血性膀胱炎是成人和儿童BMT后常见且严重的并发症，除主要跟GVHD和BK病毒、腺病毒感染有关外，SV40也可能有关。 2.1.2.4 感染 George等 ［14］
) T# t% Z8 L& _: u8 o2 S" z 总结了1986～2001年304次BMT发现所有病人均有感染，其中，细菌感染占34.9%（G - 占80%包括非发酵G - 菌、假单胞菌、埃希氏菌属等，而G 占20%）、病毒占42.9%（有巨细胞病毒、疱疹病毒、肝炎病毒）、真菌占15.9%（有曲霉菌、假丝酵母菌、接合菌）、其它感染占6.3%。此外，还有EB病毒感染、流感A或B感染等。 2.1.3 特殊问题
+ a. v6 ^/ E2 ]4 u t Hoodin等 ［15］ 研究发现BMT后，心理因素对生存时间有一定的影响，年轻的、受过教育的、有挑战精神的非吸烟者、具有良好的自我调节能力的、乐观者生存时间较长。Ishiguro等 ［16］ 通过对147例BMT后的病人检查，发现44例发生了甲状腺疾病，移植时年龄越少，发生几率越高;Latz等 ［17］ 报道了一例29岁急性淋巴细胞白血病男子，进行BMT13a后发生乳腺癌;Rodgers ［18］ 研究发现发生GVHD的儿童生长更为迟缓。 2.2 外周血造血干细胞移植（peripheral blood stem cell transplantation，PBSCT）
+ E Q6 B! q- ` 骨髓移植是最常用的造血干细胞移植方法，但骨髓采集需要麻醉、备血、穿刺抽髓等步骤，程序复杂，且费用较贵。随着血液学的发展，人们发现造血干细胞除主要存在骨髓外，也少量分布在外周血中。PBSCT同传统BMT相比，除手术简单、安全有效、费用低廉、供者损伤少等优点外，Sohn等 ［19］ 认为跟BMT比较，PBSCT用动员剂后可获得更多干细胞和T细胞，有更好的抗肿瘤效果，更多的临床适应症。由于PBSCs中T细胞及其他免疫活性细胞含量显著多于骨髓细胞，因此，人们担心allo-PBSCT后GVHD发生率将会显著高于allo-BMT。但目前临床研究显示，allo-PBSCT与allo-BMT在急性GVHD发生率方面差异无显著性意义，allo-PBSCT后慢性GVHD发生率高于allo-BMT。实验证明 ［20］ ，注入受者体内的CD34 细胞数达到3.5×10 6 /kg就能及时获得较满意的造血重建效果。在正常情况下，PBSC数目远远达不到这一水平，为促进大量干细胞进入外周血液循环，需采取适当措施，通常是给供体注射“动员剂”，临床上最常用的外周血造血干/祖细胞动员剂是重组人粒细胞集落刺激因子、重组人粒巨噬细胞集落刺激因子，正在研究的动员剂还有Flt3配体、抗VLA4、抗VCAM-1及干细胞因子、白细胞介素-3等。在对供者使用rhG-CSF动员3d后，外周血中CD34 细胞含量平均可以增加16.3倍以上，与骨髓细胞中CD34 细胞含量相当。然后，用血球分离器连续流滤，收集单个核细胞供移植用。PBSCT用于放射病治疗的实验研究已有20多年历史。至今，仅在1999年9月30日日本东海村临界事故所致的1例严重幅射损伤病人应用此类移植。病人受10～16Gy照射，机体损伤广泛而严重，存活82d，表明PBSCT起了重要作用。目前，PBSCT用于急性放射病的治疗尚需进行深入研究和积累临床经验。 2.3 胎肝造血干细胞移植（fetal liver transplanta-tion，FLT）6 f' o/ d% R# e" G) U& q' M
在个体发育过程中，人的造血活动发育可分为3个阶段:卵黄囊造血期（胎龄1～2个月）、胎肝造血期（胎龄2～6个月）、骨髓造血期（胎龄4个月开始）。研究发现胚胎肝含有丰富造血干细胞，CD34 细胞数高于骨髓，且增殖分化能力高于骨髓;纯化的成人CD34 CD38 low 和CD34 CD71 lowCD45Ralow 细胞端粒较胎肝HSC短;胎肝HSC的淋巴系统抗原表达弱，淋巴细胞功能不成熟，因此认为胚胎肝为具有很强增殖潜能的造血组织，移植后GVHD的发生率可能较低。刘革修等 ［21］ 用免疫磁珠法分离孕14.5dC57BL/6J小鼠的雄性胚胎肝的Sac-1 细胞，经尾静脉注射（细胞数为2.0×10 3 /只）移植到致死剂量（10.0Gy）放射线照射的8～10w C57BL/6J雄性小鼠;用sry基因PCR方法检测受体小鼠外周血中供体来源的血细胞，证明胚胎肝Sca-1 细胞能重建致死剂量放射线照射的小鼠造血功能。但是人的胎肝造血干细胞移植，植活率低，大多在30%以下。可能存在2种屏障（个体发育屏障和组织相容性屏障），胎肝造血细胞可在受体内暂时存活，在一段时间内发挥造血功能，有助于病人度过造血低下期和减少并发症;刺激造血，非特异性免疫作用等。因此，如不以植活为目的，对中重度骨髓型急性放射病病人实施胎肝造血干细胞移植是有益的。 2.4 脐血造血干细胞移植（umbilical cord blood stem cell transplantation，UCBSCT）脐血是在足月 胎儿娩出之后，经结扎脐带断脐，通过脐静脉穿刺或切开引流收集残存在胎盘和脐带中的血液。脐血具有以下特点:①脐血含丰富的造血多能干细胞和祖细胞，其粒-巨噬系集落形成单位、红系爆式集落形成单位、混合系集落形成单位产率近似或高于骨髓，数量可供40kg以下儿童应用;若增加采集量，改善处理方法，其造血细胞的数量可满足成人;②脐血中的淋巴细胞大部分为幼弱型T细胞，功能不成熟，免疫反应较弱，HLA不合移植后，发生的GVHD较同类骨髓移植少而轻;③脐血造血干细胞进入周期的细胞多，有利于基因导入，有可能成为基因治疗理想靶细胞之一;④脐血造血干细胞能够长期低温保存，可作为自体移植储备之用;⑤脐血的采集不对供者造成任何痛苦和不利影响;⑥脐血受胎盘屏障保护，造血细胞被病毒细菌污染的概率低，脐血移植不会引起某些供者来源的传染病，如巨细胞病毒、EB病毒感染等;⑦UCBSCT允许供受者1或2个HLA位点不合，没有BMT的HLA配型严格，受者获得移植的概率较骨髓移植高。但UCBSCT也有缺点，单份脐血含有核细胞（nucleated cells，NC）及造血干/祖细胞的绝对量有限，Regidor等 ［22］ 报道单份脐血平均含NC及CD34 细胞分别为1.2×10 9 和3.1×10 6 。Gluckman等 ［23］ 认为，脐血移植所需NC及CD34 细胞理想值应分别达到为3.7×10 7 /kg和3×10 5 /kg。所以，目前世界范围内脐血移植2/3是儿童患者。UCBSCT用于成人需改进脐血采集，分离、保存技术以获得尽可能多的脐血干细胞。近年来，随着各种造血调控因子问世、细胞分选技术的进步及体外扩增技术的改进和完善，有望通过脐血的体外扩增技术来解决成人脐血移植的问题;UCB-SCT较BMT和PBSCT血小板恢复延迟，且造血细胞CD34和AC133在分化过程中表达有差别。 急性放射病首次应用UCBSCT是1999年9月30日日本东海村临界事故所致的1例受6～10Gyγ射线和中子混合照射的工作人员（男，39岁）。照后9d移植来自无关女婴的脐带血，有核细胞数为13.7×10 8 。经核实，脐带血造血细胞植活并发挥造血功能，形成造血嵌合体，照后3个月病人自身造血逐渐恢复。后因严重放射性皮肤损伤和肺部炎症，于照后210d死亡。此例病人受大剂量γ射线和中子混合照射，病程出现严重放射性皮肤损伤和肺部炎症能活存7个月，与UCBSCT是分不开的。但近几年UCBSCT用于放射损伤的治疗文献报道较少。 3 存在问题及展望 造血干细胞库需要加强。我国家庭多为独生子女，同胞间移植的可能性小，而异基因干细胞移植因配型相合机率低及辐射事故的突发性和移植时间的限制。必须建立能随时随地提供健康干细胞供使用的干细胞库。干细胞库按其所储存的干细胞的来源及储存方式分为脐血干细胞库、骨髓库和外周血干细胞库。而我国特别是大陆地区干细胞库建设有待加强。据报道，2300万人的台湾地区有30万名捐髓志愿者，20万例骨髓库存;欧洲有370万例;美国有450万例。而目前中国大陆骨髓库存资料只有5万例，远未达到临床移植配型相合的起码要求10万例，按中国的人口基数，应有1000万例以上的骨髓库存。另外，大剂量照射后偏重的极重度骨髓型放射病人或更重的病人经造血干细胞移植后活存时间延长，有可能使原先不能观察到的辐射后期或远后效应得以出现;随着分子生物学技术的发展，辐射损伤造血干细胞基因治疗能否成为可能有待进一步研究。& ?, X: q9 y9 S+ X
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【基金项目】国家重点基础研究发展规划资助项目（973项目）（2005CB522605） 【作者单位】第三军医大学军事预防医学院创伤烧伤与复合伤国家重点实验室，重庆 400038# ?6 o4 t. v `* |
【作者简介】王明科（1983-），男，湖南衡阳人，在读硕士研究生。主要研究方向:辐射血液学。 |
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发表于 2009-3-3 12:02
发表于 2015-6-2 17:50
