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1、造血干细胞的动员与归巢 范蕊芳 医师v 自1993 年报道应用基因重组人G-CSF 动员正 常供者外周血干细胞获得成功后，allo-HSCT 在临床上得到广泛应用，并在很大程度上超 过骨髓移植成为主要的移植方式。v 当进行骨髓动员时，骨髓内的造血干细胞是 如何被动员并迁移到外周血？v 经静脉输入受者体内的造血干细胞又是如何 定向归巢到骨髓发挥造血重建功能？v 造血干细胞(hematopoietic stem cell,HSC)是 具有自我更新及自我复制并向骨髓各系细胞 分化能力的细胞。其表面标志随个体发育时 期的不同而变化，但都具有共同的表面标志 即CD34 抗原。v 干细胞龛(niche)，
2、包括基质细胞、细胞外基质和 各种造血因子，主要履行的功能严格指导和控制干 细胞的正常活动，干细胞活动的调节可能是由干细 胞自身的程序设计进行，也可能是对干细胞龛产生 的或外来的各种可溶性因子等刺激物做出的反应，最有可能的是两者均起作用。这些调节作用可以维 持干细胞处于休眠、不循环、不分化的状态，也可 以决定以哪种方式复制和向哪个种系分化。v 造血微环境对于骨髓干细胞的增殖和分化起着至关 重要的作用，而骨髓基质细胞是构成骨髓微环境的 重要组成部分，基质为造血细胞提供了一个定居、增殖、分化和发育的微环境。在造血干细胞、基质 细胞和髓窦内皮细胞及骨髓基质内有一系列黏附分 子受体或配体，它们之间的相互
3、作用介导了造血微 环境对造血的调节，也影响着造血干细胞的动员。造血干细胞的动员 早在七、八十年代初，人们发现经化疗或细胞因子 刺激后，骨髓干/祖细胞能被释放到外周血中，这一 过程被称作“动员”。许多细胞因子如G-CSF、GM-CSF、IL-7、IL-3、IL-12、干细胞因子（SCF）、趋化因子如IL-8、Mip-1、SDF-1 和化疗试剂如环 磷酰胺（Cy）等具有骨髓动员功能，其中G-CSF 和 SCF 的协同使用能大大提高造血干/祖细胞向外周血 的动员，以及移植后造血干/祖细胞的植入。v 参与造血干细胞动员与归巢的细胞因子：一、细胞粘附分子（1）免疫球蛋白家族（2）整合素家族（3）选择素家
4、族二、趋化因子v 细胞黏附分子是一类调节细胞与细胞、细胞 与细胞外基质间相互结合、起黏附作用的膜 表面糖蛋白，可参与细胞迁徙、锚定、增殖 分化和细胞内信号转导的调控。v ICAM-1(intercellular adhesion molecule-1，ICAM-1），是白细胞功能相关抗原-1(1eucocyte unction-associated antigen-1，LFA-1)的诱导配 体，是在细胞 表面表达的具有介导细胞间或细胞 与细胞外基质相互作用的单链跨膜糖蛋白，ICAM-1 与LFA-1 相互作用与体内抗原的呈递、T 淋巴细胞 的激活及淋巴细胞与内皮 细胞的黏附、淋巴细胞活 化以及
5、归巢过程密切相关。v Kikuta 等将5 mg kg 的抗VCAM-l 抗体及抗VI A-l 抗 体连续2 d 注射入小鼠体内，结果发现其外周血克隆 形成细胞(CFCs)和脾集落形成单位(CFU-S)分别较 对照组增加11.4 倍和21.6 倍，而骨髓中的CFCs 和CFU-S 较对照组明显减少。如果联合G-CSF(125 mg kg，2 d)动员，则CFCs 和CFU-S 分别较对照组 增加141.8 倍和439.0 倍，提示造血生长因子改变 了骨髓基质细胞对造血干细胞的黏附能力，从而达 到动员的目的。v VCAM-1 可以增强造血干细胞向SDF-1 的趋化 性及基质金属蛋白酶的分泌，显著
6、提高了 NOD SCID 小鼠移植模型CD34 细胞的归巢。v 采用抗CD49 和VCAM-1 抗体可分别阻止造血干细胞归巢于骨髓。整合素家族v 整合素家族的黏附分子都是由 和 两条链 通过非共价键连接组成的异源二聚体。v 分类：迟现抗原组(1 组)、白细胞黏附受 体组(2 组)、血小板糖蛋白组(3 组)、4 组、5 组、6 组、7 组、8 组。v 整合素家族中的淋巴细胞功能相关抗原1、迟 现抗原4 分别与ICAM-1、VCAM-1 相互作用 从而介导造血干/祖细胞与骨髓造血微环境中 的各种成分之间的黏附作用。选择素家族v 选择素是一类异亲型结合、Ca2+依赖的细胞 粘着分子，能与特异糖基识别
7、并结合。主要 参与白细胞与血管内皮细胞之间的识别与粘 附。v 分类：P-选择素、E-选择素、L-选择素。v P-选择素主要集中分布于血小板 颗粒和内 皮细胞的Webel-Palade 小体，当内皮细胞或 血小板受到凝血酶、组胺等因子刺激后，P-选择素在几分钟之内就被转运到细胞表面。v E-选择素表达于活化的内皮细胞表面，主要 集中在毛细血管后微静脉，内皮细胞受刺激 后，E-选择素于4 h 表达至高峰，可维持24 h，然后从细胞膜上脱落进入血液，成为可溶 性E-选择素。v 从人骨髓和胎肝中提取CD34 和CD34细胞，放 入有E、P-选择素流动室内，在不同剪切力下 流动，发现CD34 细胞在其表
8、面滚动速度明显比 CD34一细胞慢，具有显著性差异，并被P-选择素 糖蛋白配体1 单抗抑制。而CD34一细胞在无E、P-选择素包被表面仍处流动状态。v 将人的CD34 细胞移植到缺乏P-选择素、E-选择素的NOD SCID 小鼠体内，发现 CD34 细胞在内皮细胞上的滚动以及在 骨髓龛中的滞留均明显减少(减少量90)。趋化因子v SDF-1 属CXC 型趋化因子，主要表达在骨髓基质细胞、骨髓内皮细胞以及CD34+CD38+造血祖细胞。同时表达于多种组织，比如皮肤、肝胆管的上皮细胞、大脑内皮细胞和心肌。v 一定的SDF-1 浓度梯度维持了干细胞池的稳态。v SDF-1 的受体CXCR4 是一个有
9、七个跨膜结构 域的G 蛋白耦联的受体。在CD34+造血干细胞/祖细胞表面都有广泛表达。v SDF-1 CXCR4 是目前明确的对造血干细胞趋化归巢起最重要作用的分子。v 人的骨髓内皮细胞连续表达SDF-1，其通过结合CD34+细胞表面的CXCR4 而捕获造血干/祖细胞。v CD34 造血干细胞可依据SDF-1 的浓度梯度迁 移，并且SDF-1 在诱导造血干细胞趋化和转 移动员的同时，也具有刺激活性，增加造血 干细胞的增殖分化。v SCF、IL-6 能诱导CXCR4 在CD34+上的表达v C3aR-C3a 的作用提高了SDF-1 对CXCR4 的识别敏感作用v CD26 具有切割SDF的功能SDF-1 与CXCR4 信号传导通路示意图v 造血干细胞与基质细胞间的粘附作用减弱Ca 破骨细胞VLA-4、c-kitMMP2、9弹性蛋白酶蛋白水解酶机体应激、损伤、G CSF、细胞外基质的降解v 造血干细胞的移行、渗出造血干细胞归巢过程小结v 造血干细胞的动员和归巢是多种细胞粘附分 子、细胞因子和趋化因子共同作用的结果，其中 SDF-1 CXCR4 轴在介导造血干细胞粘附、迁 徙、趋附、定居方面起关键作用是。应激、损伤、缺氧及G-CSF 等均可诱导损伤局部SDF-1 大量表 达，从而捕获循环中的HSCs 归巢于损伤局部，进 而增殖分化为各种功能细胞。