茂县土地岭大熊猫走廊带

Transcription

1 中国组织工程研究 Chinese Journal of Tissue Engineering Research 干细胞治疗地中海贫血 : 现状及未来 综述 胡俊杰 1, 陈鑫苹 2, 符生苗 2 ( 1 海南大学热带农林学院, 海南省海口市 ; 2 海南省人民医院医学检验中心, 海南省细胞与分子遗传 转化医学重点实验室, 海南省海口市 ) DOI: /j.issn ORCID: ( 胡俊杰 ) 文章快速阅读 : 干细胞治疗地中海贫血 地中海贫血患者 传统方法治疗 : 输血治疗和除铁治疗 (1) 治疗效果 : 在一定程度上能够提高患者的生存质量和延长 患者的生命周期 ; (2) 风险和局限性 :1 长期输血和除铁治疗会消耗巨大的社 会资源, 同时给患者带来沉重的经济负担 ;2 长期输血会形成 铁沉积造成体内多个脏器的损伤 ;3 增加如 HBV,CMV 和 HIV 等感染风险 干细胞治疗是目前为止惟一可以根治地中海贫血的方法 : 接受干细胞移植治疗后能够明显改善贫血症状, 同时也能有效地避免输血治疗和除铁治疗所带来的治疗风险 (1) 移植前准备工作 : 选择供者 ; 移植对象的术前风险评估及预处理方案 (2) 移植方法的选择 : 骨髓造血干细胞移植 ; 外周血造血干细胞移植 ; 脐血造血干细胞移植 ; 诱导多能干细胞移植 (3) 移植后观察与处理 : 防止移植物因排斥反应造成移植失败 ; 二次移植需要确认体内原有的移植物和免疫性物质已清除 胡俊杰, 男,1993 年生, 安徽省巢湖市人, 汉族, 海南大学在读硕士, 主要从事分子诊断学及地中海贫血相关研究 通讯作者 : 符生苗, 硕士, 研究员, 海南省人民医院医学检验中心, 海南省细胞与分子遗传转化医学重点实验室, 海南省海口市 中图分类号 :R394.2 文献标识码 :A 稿件接受 : 文题释义 : 地中海贫血 : 一组因珠蛋白基因缺陷造成珠蛋白肽链合成障碍而导致的溶血性贫血, 是一种世界范围内常见的常染色体单基因隐性遗传病 干细胞治疗地中海贫血 : 将具有正常珠蛋白基因功能的干细胞移植到经过预处理治疗的受者体内, 并在受者体内成功表达以纠正地中海贫血患者体内异常血红蛋白的表达, 从而实现地中海贫血的永久性治疗 摘要背景 : 自 20 世纪 80 年代开始地中海贫血 ( 以下简称地贫 ) 患者输血和定期除铁治疗方法逐渐推广, 但该治疗方法需要消耗大量的社会资源得不到广泛应用, 近年来随着干细胞研究的不断进步, 运用干细胞技术治疗地贫有了新的希望 目的 : 对地贫的干细胞治疗效果进行综述 方法 : 第一作者检索 1989 至 2017 年 PubMed 数据库 中国期刊全文数据库的相关文献, 英文检索词 thalassemia,hematopoietic cell transplantation,therapy,stem cell ; 中文检索词 地中海贫血, 干细胞治疗, 移植, 筛选后最终保留 51 篇文献 结果与结论 : 在利用干细胞治疗地贫患者前进行合理的药物预处理治疗以及选择合适的供者来源可以增加移植后的生存率, 减少排斥反应和移植物抗宿主病的发生, 同时受者年龄以及风险评估等级都是移植过程中的重要参考因素, 直接影响干细胞移植的效果 此外选择适合的干细胞治疗类型, 改进移植方法, 优化药物预处理治疗等移植前预处理方案, 减少移植并发症和发生风险, 能够提高地贫患者的生存质量 关键词 : 地中海贫血 ; 造血干细胞 ; 移植 ; 骨髓 ; 外周血 ; 脐血 ; 干细胞主题词 : 地中海贫血 ; 造血干细胞移植 ; 组织工程基金资助 : 海南省医药卫生科技重点支撑项目 ( 琼卫重点 ); 海南省应用技术研发与示范推广专项 (ZDXM ) Hu Jun-jie, Master candidate, Institute of Tropical Agriculture and Forestry, Hainan University, Haikou , Hainan Province, China Corresponding author: Fu Sheng-miao, Master, Researcher, Medical Examination Center, Hainan Provincial People s Hospital, Hainan Provincial Key Laboratory for Cell and Molecular Genetic Translational Medicine, Haikou , Hainan Province, China 文章编号 : (2018)

2 胡俊杰, 陈鑫苹, 符生苗. 干细胞治疗地中海贫血 : 现状及未来 [J]. 中国组织工程研究,2018,22(21): DOI: /j.issn Stem cell therapy for thalassemia: present and future Hu Jun-jie 1, Chen Xin-ping 2, Fu Sheng-miao 2 ( 1 Institute of Tropical Agriculture and Forestry, Hainan University, Haikou , Hainan Province, China; 2 Medical Examination Center, Hainan Provincial People s Hospital, Hainan Provincial Key Laboratory for Cell and Molecular Genetic Translational Medicine, Haikou , Hainan Province, China) Abstract BACKGROUND: Methods of blood transfusions and regular iron removal have been gradually introduced in thalassemia patients since the 1980s. However, this method is limited by the need of a large amount of social resources to be widely used. With the continuous progress of stem cell research in recent years, there is a new hope of using stem cell technology to treat thalassemia. OBJECTIVE: To review the therapeutic effect of stem cell therapy on thalassemia. METHODS: The first author searched relevant articles with PubMed database and CNKI (from 1989 to 2017) using the key words of thalassemia, hematopoietic cell transplantation, therapy, stem cell in English and thalassemia, stem cell therapy, transplantation in Chinese, respectively. After initial screening, 51 articles were retained. RESULTS AND CONCLUSION: Prior to the use of stem cells to treat patients with thalassemia, a reasonable drug conditioning program and a proper donor source can increase the survival rate, and reduce the incidence of rejection and graft-versus-host disease after transplantation. At the same time, the age of recipients and the level of risk assessment are important reference factors in the transplantation process, which directly affect the effect of stem cell transplantation. In addition, choosing the appropriate type of stem cells, improving the transplantation method, and optimizing drug conditioning can reduce complications and risks of transplantation, and improve the quality of life of thalassemia patients. Subject headings: Thalassemia; Hematopoietic Stem Cell Transplantation; Tissue Engineering Funding: the Medical and Health Scientific Support Project in Hainan Province, No ; Application Technology Research and Development Special Project in Hainan Province, No. ZDXM 引言 Introduction 目前全球范围内有超过 万名地中海贫血 ( 以下简称地贫 ) 携带者, 并且每年还有 6 万多名地贫患儿出生 [1] 由于缺乏有效的治疗方法,20 世纪初期地贫患者的死亡年龄通常不超过 12 周岁, 自 20 世纪 80 年代开始输血治疗和定期除铁治疗方法逐渐推广, 患者的生存质量才有所改善, 但该治疗方法需要消耗大量的社会资源, 发展中国家地贫患者的治疗情况仍然不理想 [2-3] 近年来随着干细胞研究不断进步, 运用干细胞技术治疗地贫取得了较好的效果, 被证明是目前能根治地贫的惟一方法 1 资料和方法 Data and methods 1.1 资料来源由第一作者检索 1989 至 2017 年 PubMed 数据库以及中国期刊全文数据库 以 thalassemia,hematopoietic cell transplantation, therapy,stem cell 为英文检索词, 地中海贫血, 干细胞治疗, 移植 为中文检索词, 选用英文文献共 49 篇, 中文文献 2 篇 1.2 纳入标准 1 干细胞治疗地贫或者介绍干细胞临床应用方面的文献 ;2 阐述事实观点明确的权威性杂志发表的文献 1.3 排除标准内容相关性差或重复文献 1.4 数据提取及质量评估阅读文献的标题和摘要, 排除中英文文献中与干细胞治疗地贫内容不相关的文献, 最后选用文献共 51 篇进行综述 其中介绍地贫流行现状的报道 3 篇, 地贫传统输血治疗和除铁治疗弊端的相关文献 11 篇, 地贫干细胞治疗的相关文献 37 篇 2 结果 Results 2.1 输血治疗和除铁治疗方法的不足输血治疗和除铁治疗自推广以来一直是临床上治疗地贫的主要方法, 该治疗方法在一定程度上能够提高患者的生存质量和延长患者的生命周期, 但也会带来沉重的经济负担 据统计, 一位地贫患者从出生到成年期的治疗费用需要将近 20 万美元 [4-6], 由于人力资源和血库设施建设的差距, 以及医疗保健制度不够完善, 一些资源缺乏的国家无法负担昂贵的地贫治疗费用 [7-10] 此外, 输血治疗常会造成患者体内铁含量过载, 正常成人的体内铁含量大约为 4 g, 输血过程中每输入 4 至 5 个单位的红细胞, 体内就会增加 1 g 的额外铁 [11] 当血液中的铁负荷增加并且超过转铁蛋白的结合速率时, 就会导致非结合铁蛋白的增加, 非结合铁蛋白在体内容易形成活性氧化物质, 在细胞水平上介导器官损伤, 例如临床上已经证实地贫患者心脏病的发生与非结合铁蛋白增加有关 [12-13] 另外铁沉积在肝脏 心脏 中枢神经系统和内分泌系统中也会导致脏器损伤, 这就是在输血治疗过程中同时还需要除铁的原因, 同时输血治疗还会增加乙型肝炎病毒 (Hepatitis B virus,hbv) 巨细胞病毒(Cytomegaoviyns,CMV) 和艾滋病病毒 (Human Immunodeficiency Virus,HIV) 等感染风险 [14-15], 所以基于地贫输血治疗和除铁治疗存在许多局限性, 会造成患者额外的治疗风险 2.2 干细胞治疗所谓干细胞治疗就是将具有正常珠蛋白基因功能的干细胞移植到经过预处理的受者体内, 并在受者体内成功表达以纠正地贫患者的珠蛋白基因缺陷 [16] 目前临床上应用最成功的是采用异体造血干细胞移植 (allogeneic hematopoietic stem cell transplantation,allo-hsct) 治疗重型 β 地贫 [17-19], 患者 3432 ISSN CN /R CODEN: ZLKHAH

3 Hu JJ, Chen XP, Fu SM. Stem cell therapy for thalassemia: present and future. Zhongguo Zuzhi Gongcheng Yanjiu. 2018;22(21): DOI: /j.issn 在接受干细胞移植治疗后能够明显改善贫血症状, 同时 也能有效地避免输血治疗和除铁治疗所带来的治疗风 险 移植前供者选择 风险评估及预处理方案见表 1 一般情况下地贫患者在进行干细胞治疗前都接受过输 血治疗, 在反复接受异体抗原的过程中引起机体致敏, 导致移植物排斥概率大 临床经验表明人类白细胞抗原 (human leukocyte antigen,hla) 完全相合的同胞供者造 血干细胞移植是目前治疗重型地贫的首选治疗方法 [20], 其 中供者的选择和患者移植前危险等级评估是干细胞治 疗的关键 有研究报道 HLA 匹配的同胞之间干细胞移植 可以使地贫治疗的无病生存率达到 90%, 但最大限制在 于只有不超过 30% 患者才具有 HLA 匹配的同胞供者, 而 非同胞之间移植发生排斥反应的概率较高, 其中最大的 危险因素是移植物抗宿主病 当前对非同胞之间的移植 可以使用抗人胸腺细胞免疫球蛋白 (anti-human thymocyte immunoglobulin,atg) 结合多种药物治疗来 [21] 减少移植物抗宿主病的发生 Li 等在 52 例非同胞之间 的重型 β 地贫患者造血干细胞移植研究中, 采用环孢 素 吗替麦考酚酯结合短程甲氨蝶呤和抗人胸腺细胞免 疫球蛋白可以预防和减少移植物抗宿主病的发生 表 1 干细胞治疗前准备工作 准备工作 影响因素或处理方式 供者选择亲缘性首选 HLA 完全相合的同胞供者, 非同胞供 风险评估 移植前预 处理 年龄 (1) 不规则的去铁胺 应用史 ; (2) 肝肿大超过 2 cm; (3) 肝纤维化 清髓 者发生排斥反应的概率较高, 最大的危险 因素为移植物抗宿主病 移植对象首选年龄在 7 周岁以下, 成年患 者移植成功率较低 根据 Pesaro 的分级标准 : 同时具备 3 个因 素则定为危险等级 3 级, 具备 1 个或 2 个 因素定为危险等级 2 级, 不具备上述因素 为危险等级 1 级 移植后存活率为 :1 级 >2 级 >3 级 (1) 手术处理 : 全身放疗, 能同时满足清髓 和抗移植免疫反应, 缺点是影响儿童的生 长发育及引发继发性肿瘤, 在小年龄组中 应用受限 ; (2) 药物处理 : 使用白消安 环磷酰胺等药 物进行预处理治疗, 降低移植风险 目前医学界多采用意大利 Pesaro 的分级标准对地 贫患者移植前进行危险等级评估, 该标准移植危险因素 主要有 3 个 : 不规则的去铁胺应用史 肝肿大超过 2 cm 肝纤维化 患者同时具备 3 个因素则定为危险等级 3 级, 具备 1 个或 2 个因素定为危险等级 2 级, 不具备上述因素 为危险等级 1 级, 研究表明不同等级患者移植后存活率为 :1 级 >2 级 >3 级 [22] [23-24] Lucarelli 等对 222 名儿童或青 少年及 107 名成年地贫患者进行造血干细胞移植治疗并 对患者的总体生存率和无地贫生存率进行统计, 结果显 示儿童组的总体生存率为 82%, 无地贫生存率为 75%, 成年组的总体生存率为 66%, 无地贫生存率为 62%, 儿 童组和成年组之间存在明显差异, 因此年龄因素与造血 干细胞移植的成功率有关 研究表明干细胞治疗患者的 首选年龄在 7 周岁以下为佳, 以减少肝小静脉闭塞综合 征发生, 降低移植相关病死率和提高造血干细胞移植的 成功率 [25-26] 干细胞治疗前需要接受移植前处理, 即通过手术或 药物预处理治疗以降低移植风险 [27-28] 例如骨髓造血干 细胞移植前患者需要清除原有的骨髓和进行抗移植免 疫治疗, 目的是为新的骨髓移植提供龛位 免疫治疗则 需要建立免疫耐受环境使移植物存活 目前有两种方法 可以清除原有的骨髓, 一种是全身放疗, 可以同时清髓 和抗移植免疫反应, 但全身放疗会影响儿童的生长发育 及引发继发性肿瘤, 所以限制了小年龄组的应用 另一 种是药物处理方法, 大多数移植中心选择移植前药物 处理方案依然遵循 Pesaro 针对 1 级或 2 级儿童的经典 方法 : 使用白消安 3.5 mg/(kg d), 连续使用 4 d; 或环 磷酰胺 50 mg/(kg d), 连续使用 4 d, 但环磷酰胺具有 心脏毒性, 所以对大龄重型地贫患者的环磷酰胺用量 应减至 mg/kg 针对 3 级且年龄在 7 周岁以上, 肝肿大超过 5 cm 的高风险患者, 由于存在较大的移植 排斥率, 需要用新的药物预处理治疗方案进行调节 [29] [30] Hussein 等在使用白消安 噻替派和环磷酰胺等药 物预处理治疗前先用硫唑嘌呤和氟达拉滨进行免疫调 节或用超输血和羟基脲进行细胞减灭, 结果表明 3 级高 风险组的无地贫生存率为 77%, 移植风险得到一定程 度的改善 造血干细胞移植是最早应用于地贫的干细胞 治疗方法, 据统计目前有超过 例重型地贫患者成 功接受造血干细胞移植治疗 [31] 根据造血干细胞的来源 可分为骨髓造血干细胞移植 (bone marrow stem cell transplantation,bmsct) 外周血造血干细胞移植 (peripheral blood stem cells transplantation,pbsct) 和脐血造血干细胞移植 (cord blood stem cell transplantation,cbsct) (1) 骨髓造血干细胞移植 : 早在 1982 年美国 Thomas 等就应用同胞骨髓移植技术成功治愈了 1 例重型 β 地贫患者 [20] [32] 近期 Ramprakash 等于 2015 至 2016 年完成了 具有完全匹配供者 (matched sibling donor,msd) 的 12 例重度地贫患者的骨髓移植, 这些患者的肝脏肿大均小 于 2 cm, 被评估为 Pesaro 1-2 级 移植方案包括 :1 受 者移植前第 2-5 天使用环磷酰胺 50 mg/(kg d), 即 4 d 总 剂量为 200 mg/kg; 第 6-9 天口服白消安 3.5 mg/kg, 每 日 4 次, 即总剂量为 14 mg/(kg d); 第 天使用抗人 胸腺细胞免疫球蛋白 4 mg/(kg d);2 供者骨髓采集前 3 d 或 5 d 内使用非格司亭 (Filgrastim)5 μg/kg, 每天 2 次, 即 P.O. Box 10002, Shenyang

4 胡俊杰, 陈鑫苹, 符生苗. 干细胞治疗地中海贫血 : 现状及未来 [J]. 中国组织工程研究,2018,22(21): DOI: /j.issn 总剂量为 10 μg(kg d), 以促进供者髓系造血干细胞增 殖 分化和成熟, 并促使中性粒细胞释放至血流, 增加 在外周血中的数量和提高其功能 ;3 通过化疗等方式清 除受者体内残存的骨髓液, 然后将 HLA 相容骨髓液通过 静脉注射输入到受者体内 ;4 使用环孢素联合甲氨蝶呤 或霉酚酸酯预防移植物抗宿主病 骨髓造血干细胞移 植成功率一般可达 80% 以上, 但在亲缘关系较高的地 区, 只能找到 10%-20% 完全匹配的捐赠者 [33-34] 由于 目前国内骨髓移植治疗缺乏匹配的样本来源, 同时手 术移植前后患者需要经过长时间的药物预处理治疗和 抗免疫治疗, 依然使许多地贫患者无法获得及时有效 的治疗 (2) 外周血造血干细胞移植 : 外周血造血干细胞移植 相对于骨髓造血干细胞移植的优点在于能够使患者获 得更稳定的移植物体系, 并且细胞收集相对容易, 在移 植前通常注射造血细胞生长因子促使骨髓中的干细胞 释放到外周血中, 并采用血细胞单采技术获取供者外周 血造血干细胞 与需要进行手术的骨髓捐献方式相比, 捐赠者更愿意选择无创伤性的外周血造血干细胞捐赠 方式, 所以许多国家的研究主要是以非亲缘捐赠者的外 周血造血干细胞为细胞来源进行治疗, 由于非亲缘外周 血造血干细胞移植 (unrelated donor,ud-pbsct) 会增 加术后移植物抗宿主病风险和移植相关病死率, 故目前 仅用于儿童地贫治疗 [35] [36] Li 等使用一种新型移植方案 ( 通过静脉注射白消安 环磷酰胺 氟达拉滨和噻替派进 行药物预处理 ) 治疗 82 例地贫患者, 其中 52 例 HLA 配型 通过者用非亲缘外周血造血干细胞移植治疗,30 例进行 HLA 相合同胞外周血造血干细胞移植治疗, 移植对象的 年龄范围在 岁 ( 中位年龄为 6 岁 ), 男女比例 , 随访 个月 研究结果表明非亲缘外周血造血 干细胞移植组 3 年总生存率和无地贫生存率分别为 92.3% 和 90.4%,HLA 相合同胞外周血造血干细胞移植 组分别为 90.0% 和 83.3%; 非亲缘外周血造血干细胞移 植组累计移植物排斥发生率和 Ⅲ-Ⅳ 级急性移植物抗宿 主病的发生率分别为 1.9% 和 9.6%,HLA 相合同胞外周 血造血干细胞移植组分别为 6.9% 和 3.6%; 非亲缘外周 血造血干细胞移植组移植相关病死率为 7.7%,HLA 相合 同胞外周血造血干细胞移植组为 10.0% 该研究结果表 明经新型方案处理后的非亲缘外周血造血干细胞移植 与 HLA 相合同胞外周血造血干细胞移植结果相似, 在临 床治疗中如果缺乏匹配供者来源, 可选择非亲缘外周血 造血干细胞移植治疗 β 地贫, 但该治疗方案尚需进一步 研究进行验证 (3) 脐血造血干细胞移植 : 从 1988 年法国 Gluckman [37] 等第一次利用脐血造血干细胞移植成功治疗了 1 例贫 血患儿后, 目前全球已开展超过 4 万例的脐血造血干细 胞移植, 主要用于治疗患有恶性疾病 ( 如白血病 ) 或非恶 性疾病 ( 如重型地贫 ) 的患者 与骨髓造血干细胞移植相 比其优点主要有 :1 移植物抗宿主病发生率和严重程度 较低 ;2 感染和传播潜伏病毒的风险较低 ( 如巨细胞病 毒 EB 病毒 肝炎病毒 艾滋病病毒 );3 受者移植后 免疫重建快 ;4 消除了采集造血干细胞过程对供者损伤 的风险 ;5 在供者选择和配型方面, 有研究采用亲缘性 和非亲缘性供者的脐血造血干细胞移植, 发现患者的无 病生存率和总体生存率无显著差别或接近骨髓造血干 细胞移植效果 [38-39] 在无适合亲缘性骨髓供者和脐血供 者的情况下, 可以使用非亲缘脐血干细胞进行地贫治 疗, 但脐血造血干细胞移植也存在移植排斥风险较高和 移植后造血恢复延迟等缺点 [40] 为了能使移植后重建造 血功能, 需要一定数量的脐血有核细胞和 CD34 + 细胞, 据欧洲多个移植案例分析发现脐血有核细胞数量达 /kg 时才能保持较高移植成功率, 进行异基因移植 时这个数值还需提高至 /kg,cd34 + 数量需达到 /kg, 患者的地贫严重程度越高所需的细胞数量 [41] 就越高 Locatelli 等对 33 例地贫患者进行同种异体脐 血造血干细胞移植, 输注脐血有核细胞数量为 (1.2-10) 10 7 /kg, 移植后无死亡病例, 但有 7 例患者发 生移植排斥 ( 排斥率约 21%),26 例成功移植后 2 年无病生 存率达 79%, 该研究指出发生移植排斥与预处理方案的 选择有关, 联合使用白消安 环磷酰胺或氟达拉滨和抗 人胸腺细胞免疫球蛋白的预处理方案, 以及在移植后使 用环孢霉素进行免疫抑制可以降低排斥风险, 提高脐血 造血干细胞移植的治疗效果 诱导多能干细胞移植 (induced pluripotent stem cell transplantation,ipsct) [42] Yamanaka 等最早在 2006 年报道利用病毒载体将 4 个转录因子 (Oct4,Sox2, Klf4 和 c-myc) 转入已经分化的体细胞中, 经去分化后成 功收获一种多能干细胞, 并称之为诱导多能干细胞 诱 导多能干细胞的优势是细胞来源十分广泛, 取自患者的 皮肤成纤维细胞 肝细胞 睾丸细胞和神经细胞等经过 分化后均可获得, 同时还具有无限增殖和多能分化的潜 能, 进行自体移植时不会发生免疫排斥, 也不涉及伦理 方面的问题 诱导多能干细胞移植多应用于重型 β 地贫 的治疗, 患者突变基因会在去分化为诱导多能干细胞或 诱导多能干细胞分化为造血干细胞过程中借助基因编 辑技术进行修正, 得到正常的造血干细胞后回输到患者 体内进行治疗 [43-44] 目前常用有 3 种定向基因编辑技术, 即锌指核酸酶 (zinc finger nuclease,zfn) 转录激活 因子样效应物核酸酶 (transcription activator-like effector nucleases,talen) 和规律成簇间隔短回文重 复 CRISPR 相关核酸酶 (clustered regularly interspersed short palindromic rrepeats/crispr- associated systems,crispr/cas) 技术能实现地贫致 病基因的矫正, 其中 CRISPR/Cas 系统相对于其他基因 3434 ISSN CN /R CODEN: ZLKHAH

5 Hu JJ, Chen XP, Fu SM. Stem cell therapy for thalassemia: present and future. Zhongguo Zuzhi Gongcheng Yanjiu. 2018;22(21): DOI: /j.issn 编辑技术更加精确和高效且操作简单, 具有广阔的应用 前景 [45] 骨髓造血干细胞 外周血造血干细胞和脐血造 血干细胞也可以通过基因编辑技术进行基因修正, 但成 体干细胞在体外难以实现大量的扩增和分化, 诱导多能 干细胞具有类似于胚胎干细胞的功能, 能够在体外经诱 导分化为成熟的红细胞, 同时诱导多能干细胞能长期保 存, 将其作为种子细胞可以不断地为重型地贫患者提供 血源, 为患者建立专属的红细胞血库, 保证治疗的安全 性 但需要注意的问题是使用动物血清培养液 ( 胎牛血清 ) 和胚胎成纤维细胞作饲养层培养诱导多能干细胞时应 避免引入动物病原体, 建议用无血清培养基和饲养层的 培养方法, 此方法已成功用于胚胎干细胞培养, 是一种 很好的替代培养方法 目前将体细胞诱导去分化为诱导多能干细胞的最 有效方法是使用反转录病毒载体引入转录因子基因, 但 反转录病毒整合可能干扰基因功能, 同时也存在一定诱 发癌变的风险, 所以无外源基因导入诱导方法和提高诱 导效率是目前诱导多能干细胞移植需要解决的主要问 [46] 题 Ye 等利用反转录病毒结合转录因子成功将纯合子 β 地贫患者皮肤成纤维细胞诱导生成诱导多能干细胞, 体外研究表明它可以分化成 3 个胚层细胞并维持正常核 型, 且具有类似人类胚胎干细胞功能, 能进一步分化为 造血干细胞后合成胎儿血红蛋白 该研究还将产前诊断 中收集的羊水细胞和绒毛膜滋养细胞诱导生成诱导多 能干细胞及成体细胞, 并证明其功能与经皮肤成纤维细 胞诱导生成的诱导多能干细胞的功能一致 因此, 诱导 多能干细胞移植已成为地贫和其他遗传性疾病的产前 诊断和早期治疗的新方法, 且能发挥重要作用 目前已 在体外成功建立动物治疗实验模型, 但直接应用于临床 治疗还需要充足的前期工作准备, 各国研究者正在进行 理论和技术的完善, 相信很快便可转化进入实际临床治 疗阶段 移植后观察与处理干细胞植入患者体内后需 要进行长时间的监护观察, 后期工作中对护理人员和医 疗条件要求较高 [47] 研究证明当移植后 2 个月的外周血 或供者来源细胞的比例小于 75% 时具有较高的排斥风 险, 其中重要的影响因素是宿主剩余造血细胞 (residual host cells,rhc),rhc < 10% 的患者排斥风险仅为 13%, 而 RHC 介于 10%-25% 的患者排斥风险将超过 40% [48] 通常危险等级 3 级患者的排斥风险要高于 1 级和 2 级, 而移植物与受者造血细胞共存将形成混合嵌合体, 在移植后期可能有 3 种发展趋势 :1 移植物最终发生免 疫排斥, 地贫复发 ;2 移植后保持嵌合状态持续 2 年以 上形成稳定混合嵌合体, 即称之为 脱地贫状态, 该 状态下受者体内一般能产生足够血红蛋白以满足正常 需求 ;3 受者原有造血细胞逐渐消失, 被移植物完全替 代 有研究表明相当比例的混合嵌合体患者可以进入稳 定的混合嵌合状态, 而没有移植失败的风险, 移植失败 风险在移植后 2 年的随访时间判定 [49] ( 图 1) 混合嵌合体 最终发展为免疫排斥的机制可能是免疫介导受同种异 型识别调节, 外周血单个核细胞和 1 型调节性 T 细胞 (Tr1) 诱导分泌的白细胞介素 10 在促进和维持混合嵌合状态 中发挥重要作用 [50] 早期混合嵌合体患者需要进行免疫 调节以防止移植物丢失, 但免疫抑制的强化并不能改善 免疫耐受性, 而中断免疫抑制却能很快形成稳定的混合 嵌合体或完成完全移植, 此后患者不需要输血, 体内血 红蛋白水平表达正常, 并在 2 年随访中未出现移植物抗 宿主病症状, 该发现提高了对混合嵌合体进行免疫抑 制治疗的认识, 避免因过度免疫抑制调节而导致移植 失败 [51] 对一次移植失败或地贫重新复发的患者, 在确 认清除原有的移植物和免疫性物质后可以进行二次移 植, 二次移植可以选择不同类型的干细胞, 如骨髓造血 干细胞移植失败的患者, 二次移植可选择外周血造血干 细胞移植等, 以增加移植的成功率 patient patient Time after HSCT Chimerism status early after HSCT RHCs < 10% RHCs > 25% donor donor After 2 months from HSCT After 2 years from HSCT [49] 图 1 造血干细胞移植后嵌合体的演变 图注 : 混合嵌合体形成早期 ( 移植后 2 个月 ) 与较高的排斥风险有关, 若嵌合状态持续存在 (2 年以上 ) 则形成稳定的移植物 RHCs: 残留的 宿主细胞,MC: 混合嵌合体 3 总结 Conclusions Chimerism status within 2 years after HSCT Rejection ~5% Complete chimerism ~70% Persistent mixed chimerism ~25% Rejection ~70% Complete chimerism ~20% Persistent mixed chimerism ~10% Status of MC characterized by the presence of large amount of RHCs High probability of rejection No rejection 产前诊断可以减少地贫患儿的出生, 一旦确诊应选 择终止妊娠 但经济条件落后的地贫高发地区地贫患儿 的出生率仍居高不下, 需要终身治疗, 由于输血治疗和 除铁治疗过程中患者生活质量较差, 所以地贫重在预 防 干细胞治疗可以实现地贫的永久治疗, 但许多患者 往往因为缺少匹配的供者来源, 同时手术治疗费用昂贵 而无法得到救治 研究表明在干细胞治疗前, 合理的药 物预处理治疗方案以及选择合适的供者来源可以增加 P.O. Box 10002, Shenyang

6 胡俊杰, 陈鑫苹, 符生苗. 干细胞治疗地中海贫血 : 现状及未来 [J]. 中国组织工程研究,2018,22(21): DOI: /j.issn 患者移植后的生存率, 减少排斥反应和移植物抗宿主病的发生, 同时受者年龄以及风险评估等级都是移植过程中的重要参考因素, 直接影响干细胞移植的效果, 选择最佳处理期和移植对象能够最大限度增加移植存活率 不同类型的干细胞移植增加了治疗的可选择性 : 骨髓造血干细胞移植治疗地贫在临床上应用较早, 技术成熟, 治疗成功率高 ; 外周血造血干细胞移植能使受者获得更稳定的移植物体系, 同时非亲缘外周血造血干细胞移植亦有良好的治疗效果 ; 脐血造血干细胞移植能够减少移植物抗宿主病的发生, 非亲缘性供者的脐血造血干细胞移植治疗效果接近骨髓造血干细胞移植 ; 诱导多能干细胞来源广泛, 具有类似胚胎干细胞的分化功能, 自体移植时不会发生免疫排斥等优点 因此, 根据患者实际情况来选择适合的干细胞治疗类型, 同时改进移植方法, 优化药物预处理治疗等移植前预处理方案, 减少移植并发症和发生风险, 是未来地贫干细胞治疗的主要研究方向 致谢 : 感谢符生苗研究员的指导 作者贡献 : 胡俊杰收集文章资料并撰写, 符生苗审校 经费支持 : 该文章接受了 海南省医药卫生科技重点支撑项目 ( 琼卫重点 ) 海南省应用技术研发与示范推广专项 (ZDXM ) 的资助 所有作者声明, 经费支持没有影响文章观点和对研究数据客观结果的统计分析及其报道 利益冲突 : 文章的全部作者声明, 在课题研究和文章撰写过程, 没有因其岗位角色影响文章观点和对数据结果的报道, 不存在利益冲突 伦理问题 : 文章的撰写与编辑修改后文章遵守了 系统综述和荟萃分析报告规范 (PRISMA 指南 ) 文章查重 : 文章出版前已经过专业反剽窃文献检测系统进行 3 次查重 文章外审 : 文章经小同行外审专家双盲外审, 同行评议认为文章符合本刊发稿宗旨 作者声明 : 第一作者对研究和撰写的论文中出现的不端行为承担责任 论文中涉及的原始图片 数据 ( 包括计算机数据库 ) 记录及样本已按照有关规定保存 分享和销毁, 可接受核查 文章版权 : 文章出版前杂志已与全体作者授权人签署了版权相关协议 开放获取声明 : 这是一篇开放获取文章, 根据 知识共享许可协议 署名 - 非商业性使用 - 相同方式共享 4.0 条款, 在合理引用的情况下, 允许他人以非商业性目的基于原文内容编辑 调整和扩展, 同时允许任何用户阅读 下载 拷贝 传递 打印 检索 超级链接该文献, 并为之建立索引, 用作软件的输入数据或其它任何合法用途 4 参考文献 References [1] Modell B, Darlison M. Global epidemiology of haemoglobin disorders and derived service indicators. Bull World Health Organ. 2008;86(6): [2] Borgna-Pignatti C. The life of patients with thalassemia major. Haematologica. 2010;95(3): [3] Modell B, Khan M, Darlison M. Survival in beta-thalassaemia major in the UK: data from the UK Thalassaemia Register. Lancet. 2000;355(9220): [4] Seyedifar M, Dorkoosh FA, Hamidieh AA, et al. Health-Related Quality of Life and Health Utility Values in Beta Thalassemia Major Patients Receiving Different Types of Iron Chelators in Iran. Int J Hematol Oncol Stem Cell Res. 2016;10(4): [5] Esmaeilzadeh F, Azarkeivan A, Emamgholipour S, et al. Economic Burden of Thalassemia Major in Iran, J Res Health Sci. 2016;16(3): [6] Weidlich D, Kefalas P, Guest JF. Healthcare costs and outcomes of managing β-thalassemia major over 50 years in the United Kingdom. Transfusion. 2016;56(5): [7] Lee TA, von Riedemann S, Tricta F. Cost-utility of chelators in transfusion-dependent β-thalassemia major patients: a review of the pharmacoeconomic literature. Expert Rev Pharmacoecon Outcomes Res. 2014;14(5): [8] Adly AA, Ebeid FS. Cultural preferences and limited public resources influence the spectrum of thalassemia in Egypt. J Pediatr Hematol Oncol. 2015;37(4): [9] Marwaha N. Whole blood and component use in resource poor settings. Biologicals. 2010;38(1): [10] Au WY, Li CF, Fang JP, et al. Assessment of iron overload in very young children with limited thalassemia care resources in South China. Hemoglobin. 2014;38(2): [11] Andrews NC. Disorders of iron metabolism. N Engl J Med. 1999;341(26): [12] Brissot P, Ropert M, Le Lan C, et al. Non-transferrin bound iron: a key role in iron overload and iron toxicity. Biochim Biophys Acta. 2012;1820(3): [13] Piga A, Longo F, Duca L, et al. High nontransferrin bound iron levels and heart disease in thalassemia major. Am J Hematol. 2009;84(1): [14] Cappellini MD, Motta I. New therapeutic targets in transfusion-dependent and -independent thalassemia. Hematology Am Soc Hematol Educ Program. 2017;2017(1): [15] Vento S, Cainelli F, Cesario F. Infections and thalassaemia. Lancet Infect Dis. 2006;6(4): [16] Nienhuis AW, Persons DA. Development of gene therapy for thalassemia. Cold Spring Harb Perspect Med. 2012;2(11): a [17] Bazarbachi A, Labopin M, Ghavamzadeh A, et al. Allogeneic matched-sibling hematopoietic cell transplantation for AML: comparable outcomes between Eastern Mediterranean (EMBMT) and European (EBMT) centers. Bone Marrow Transplant. 2013;48(8): [18] Lucarelli G, Gaziev J. Advances in the allogeneic transplantation for thalassemia. Blood Rev. 2008;22(2): [19] Mathews V, Srivastava A, Chandy M. Allogeneic stem cell transplantation for thalassemia major. Hematol Oncol Clin North Am. 2014;28(6): [20] 徐宏贵, 方建培. 造血干细胞移植治疗 β 地中海贫血 [J]. 中国实用儿科杂志,2014,29(11): [21] Li C, Wu X, Feng X, et al. A novel conditioning regimen improves outcomes in β-thalassemia major patients using unrelated donor peripheral blood stem cell transplantation. Blood. 2012;120(19): [22] Isgrò A, Gaziev J, Sodani P, et al. Progress in hematopoietic stem cell transplantation as allogeneic cellular gene therapy in thalassemia. Ann N Y Acad Sci. 2010;1202: ISSN CN /R CODEN: ZLKHAH

7 Hu JJ, Chen XP, Fu SM. Stem cell therapy for thalassemia: present and future. Zhongguo Zuzhi Gongcheng Yanjiu. 2018;22(21): DOI: /j.issn [23] Lucarelli G, Galimberti M, Polchi P, et al. Bone marrow transplantation in patients with thalassemia. N Engl J Med. 1990;322(7): [24] Lucarelli G, Clift RA, Galimberti M, et al. Marrow transplantation for patients with thalassemia: results in class 3 patients. Blood. 1996;87(5): [25] Sabloff M, Chandy M, Wang Z, et al. HLA-matched sibling bone marrow transplantation for β-thalassemia major. Blood. 2011;117(5): [26] Sodani P, Gaziev D, Polchi P, et al. New approach for bone marrow transplantation in patients with class 3 thalassemia aged younger than 17 years. Blood. 2004;104(4): [27] Gaziev J, Nguyen L, Puozzo C, et al. Novel pharmacokinetic behavior of intravenous busulfan in children with thalassemia undergoing hematopoietic stem cell transplantation: a prospective evaluation of pharmacokinetic and pharmacodynamic profile with therapeutic drug monitoring. Blood. 2010;115(22): [28] Li C, Wu X, Feng X, et al. A novel conditioning regimen improves outcomes in β-thalassemia major patients using unrelated donor peripheral blood stem cell transplantation. Blood. 2012;120(19): [29] Mathews V, George B, Viswabandya A, et al. Improved clinical outcomes of high risk β thalassemia major patients undergoing a HLA matched related allogeneic stem cell transplant with a treosulfan based conditioning regimen and peripheral blood stem cell grafts. PLoS One. 2013;8(4): e [30] Hussein AA, Al-Zaben A, Ghatasheh L, et al. Risk adopted allogeneic hematopoietic stem cell transplantation using a reduced intensity regimen for children with thalassemia major. Pediatr Blood Cancer. 2013;60(8): [31] Angelucci E, Matthes-Martin S, Baronciani D, et al. Hematopoietic stem cell transplantation in thalassemia major and sickle cell disease: indications and management recommendations from an international expert panel. Haematologica. 2014;99(5): [32] Ramprakash S, Agarwal RK, Dhanya R, et al. Rejection of paternal vs maternal fully matched bone marrow grafts in children with thalassemia. Bone Marrow Transplant. 2017; 52(11): [33] Hamidieh AA, Dehaghi MO, Paragomi P, et al. Efficiency of allogeneic hematopoietic SCT from HLA fully-matched non-sibling relatives: a new prospect of exploiting extended family search. Bone Marrow Transplant. 2015;50(4): [34] Agarwal RK, Kumari A, Sedai A, et al. The Case for High Resolution Extended 6-Loci HLA Typing for Identifying Related Donors in the Indian Subcontinent. Biol Blood Marrow Transplant. 2017;23(9): [35] Lee JW, Kim SK, Jang PS, et al. Impact of CD34+ cell dose in children who receive unrelated PBSCT with in vivo T-cell depletion for hematologic malignancies. Bone Marrow Transplant. 2015;50(1): [36] Li C, Wu X, Feng X, et al. A novel conditioning regimen improves outcomes in β-thalassemia major patients using unrelated donor peripheral blood stem cell transplantation. Blood. 2012;120(19): [37] Gluckman E, Broxmeyer HA, Auerbach AD, et al. Hematopoietic reconstitution in a patient with Fanconi's anemia by means of umbilical-cord blood from an HLA-identical sibling. N Engl J Med. 1989;321(17): [38] Locatelli F, Kabbara N, Ruggeri A, et al. Outcome of patients with hemoglobinopathies given either cord blood or bone marrow transplantation from an HLA-identical sibling. Blood. 2013;122(6): [39] Jaing TH, Hung IJ, Yang CP, et al. Unrelated cord blood transplantation for thalassaemia: a single-institution experience of 35 patients. Bone Marrow Transplant. 2012; 47(1): [40] Shahrokhi S, Menaa F, Alimoghaddam K, et al. Insights and hopes in umbilical cord blood stem cell transplantations. J Biomed Biotechnol. 2012;2012: [41] Locatelli F, Rocha V, Reed W, et al. Related umbilical cord blood transplantation in patients with thalassemia and sickle cell disease. Blood. 2003;101(6): [42] Takahashi K, Yamanaka S. Induction of pluripotent stem cells from mouse embryonic and adult fibroblast cultures by defined factors. Cell. 2006;126(4): [43] Liu Y, Yang Y, Kang X, et al. One-Step Biallelic and Scarless Correction of a β-thalassemia Mutation in Patient-Specific ipscs without Drug Selection. Mol Ther Nucleic Acids. 2017;6: [44] Xu P, Tong Y, Liu XZ, et al. Both TALENs and CRISPR/Cas9 directly target the HBB IVS2-654 (C > T) mutation in β-thalassemia-derived ipscs. Sci Rep. 2015;5: [45] 李玲丽, 张风波, 李崎, 等. 基因修复 β- 地中海贫血患者诱导多能干细胞可否成为治疗的希望 [J]. 中国组织工程研究,2017,21(9): [46] Ye L, Chang JC, Lin C, et al. Induced pluripotent stem cells offer new approach to therapy in thalassemia and sickle cell anemia and option in prenatal diagnosis in genetic diseases. Proc Natl Acad Sci U S A. 2009;106(24): [47] Neumann J. Nursing challenges caring for bone marrow transplantation patients with graft versus host disease. Hematol Oncol Stem Cell Ther. 2017;10(4): [48] Andreani M, Nesci S, Lucarelli G, et al. Long-term survival of ex-thalassemic patients with persistent mixed chimerism after bone marrow transplantation. Bone Marrow Transplant. 2000; 25(4): [49] Srivastava A, Shaji RV. Cure for thalassemia major - from allogeneic hematopoietic stem cell transplantation to gene therapy. Haematologica. 2017;102(2): [50] Andreani M, Gianolini ME, Testi M, et al. Mixed chimerism evolution is associated with T regulatory type 1 (Tr1) cells in a β-thalassemic patient after haploidentical haematopoietic stem cell transplantation. Chimerism. 2014;5(3-4): [51] Kropshofer G, Sopper S, Steurer M, et al. Successful management of mixed chimerism after bone marrow transplant in beta-thalassemia major. Am J Hematol. 2016; 91(9):E P.O. Box 10002, Shenyang