什么是造血干细胞

什么是造血干细胞 近三十年来，血细胞生成的研究发展很快，现已证明 人类骨髓中存在造血多能干细胞，它们具有高度自我更新的 能力，并且能分化为各血细胞系统的祖细胞（如淋巴系干细 胞、粒系干细胞），再大量分化、增殖为各种原始和成熟血细 胞，最后这些成熟的血细胞通过骨髓进入血液中，发挥各自 的生理作用。人体造血干细胞的一半存在于干细胞池，是人 体造血细胞的储备库，以适应和满足各种状态下造血的需要； 另一半存在于增殖池，这些造血干细胞不断增殖、自我复制， 以弥补因细胞衰老或丢失所致的血细胞不足，维持人体血细 胞的平衡。 人体的造血组织有很强的代偿功能，当抽取部分造血 干细胞后，会很快增殖，一般健康者在 1-2 周左右即可补足 所捐的造血干细胞量。因此，捐献者不仅不会影响自身的造 血功能，反而使自身的造血系统得到了锻炼，更具备了生命 的活力。 什么是骨髓 骨髓是存在于长骨（如肱骨、股骨）的骨骺和扁平骨（如 髂骨）的骨髓腔中，是一种海绵状的组织。能产生血细胞的骨 髓呈红色，称为红骨髓。人出生时，红骨髓充满全身骨髓腔， 随着年龄增大，脂肪填充了所有的长骨的骨髓腔（呈淡黄色， 称黄骨髓），最后几乎只有扁平骨和长骨骨骺中才有红骨髓。 此种变化可能是由于成人不需要全部骨髓腔造血，部分骨髓 腔造血已足够补充所需血细胞。当机体严重缺血时，部分黄 骨髓可转化为红骨髓，骨髓的造血能力可显著提高。骨髓的 造血功能极强，骨髓最高的造血能力可达到正常造血情况的 9 倍，如果只保留骨髓的 1/10，就能完成正常的造血功能，所 以少量骨髓捐献对身体没有什么影响。 造血干细胞移植的过程是怎样的 常规的移植前，只需 HLAA、B、DR 三个座位六个基 因相同即可。由于 HLAA、B 的多样性最明显，所以上海分 库原先是对志愿者先做 HLAA、B 分型，待检索后供、受 者 HLAA、B 相配后，再对供者作 HLADR 分型检测，看 是否相配？现在已采用基因检测法，不分一、二类了。如果 供、受者 HLA 完全相配，同时供者健康检查合格，就可以着 手准备移植手术。先用化学药物和放射治疗摧毁患者身上癌 细胞，这时患者的正常造血干细胞也会被杀死，人体的免疫 力下降，易发生感染，必须在无菌病房（层流室）中接受移植。 移植方法如同输血，植入的造血干细胞在患者体内繁殖，重 建造血和免疫系统，患者逐渐恢复健康。造血干细胞移植对 白血病的有效治愈率可达到 70%左右。 造血干细胞采集的方式是什么 造血干细胞的采集是采用药物促使造血干细胞从骨髓 腔释放到血液中，通过血细胞分离机，从外周血中采集造血 干细胞，只需从志愿者的静脉采血，通过机器富集，并将其 余血液回输给志愿者，志愿者大约只需献出 50-100 毫升的 富含造血干细胞的血液，就可以救活一个患者。由于进、出 的血液总容量趋于平衡，所以志愿者在采集造血干细胞后不 会产生循环系统紊乱，对志愿者很安全。 神奇的造血干细胞 干细胞是从英文 Stem cell 翻译过来的专业术语，Stem 的 意思是树干，cell 的意思是细胞，Stem cell 的本意是具有树 干特性的细胞。树干有什么特性呢？不断地分叉，长出树叶， 花朵和果实就是树干的特性。干细胞就像树干那样，具有不 断增殖和分化的能力，从干细胞可以形成不同的细胞，组织， 器官和系统。 一、细胞有哪几种 人体最原始的干细胞是受精卵，受精卵是全能干细胞 （totipotent stem cell），经过一定的分化和发育，形成人的胚 胎。 胚胎中一部分是具有分化成为各种组织系统能力的胚胎 干细胞(embryonic stem cell) 。胚胎干细 胞是亚全能干细胞 （pluripotent stem cell），可进一步分化成各种组织系统，但不 能形成完整的胚胎。胚胎干细胞可发育成多潜能干细胞 （multipotent stem cell），又称成体干细胞（adult stem cell），如 皮肤干细胞，肌肉干细胞，骨骼干细胞，神经干细胞和造血 干细胞等，再由这些特殊的干细胞形成各种组织系统。就这 样，从受精卵最终分化发育成为非常复杂的人体。 出生后人体内大多数细胞是从上述的特殊干细胞分化而 成的具有某一种功能，不能再分化的终末细胞，如皮肤角质 细胞，肌肉细胞，骨骼细胞，神经细胞和各种血液细胞等。但 是人体内依然保留了少量多潜能成体干细胞。 二、什么是造血干细胞？它有什么神奇之处 人类造血干细胞（hemapoietic stem cell）就是保留在骨髓 中的特殊的多能干细胞。 造血于细胞来自胚胎期卵黄囊的间皮细胞。在胚胎 910 天，中胚层开始出现造血位点，以后逐步发育成卵黄囊中的 血岛。胚胎成形后造血干细胞主要位于胎肝，胎肝是胚胎的 主要的造血器官。脐带血和胎盘血是胎儿期外周血的一部分， 也含有较多的造血干细胞。出生后四周，骨髓成为主要的造 血器官，造血干细胞主要分布在骨髓中。 多能造血干细胞形态上类似于小淋巴细胞，是人体内由 胚胎干细胞分化而来的一种组织系统特异的成体干细胞，具 有许多神奇的特性： 1. 具有向血液和免疫系统的各种细胞多向分化发育 的能力，产生各种类型血细胞和免疫细胞。如红细胞，粒细 胞，单核细胞，淋巴细胞和血小板等，是血液和免疫系统的 起始细胞。理论上讲，我们只要有一个多能造血细胞，我们 就可以造出一个造血和免疫系统； 2. 体内多能造血干细胞的数量是恒定的。因各种原因 造成干细胞受损或数量减少时，干细胞有自我更新再生的能 力，可以自我修复。当多能造血干细胞多向分化发育时，造 血干细胞出现不对称分裂，即干细胞一分为二时，其一仍保 持干细胞特性，而另一细胞则具备相对成熟的特性，向各系 细胞分化。因此体内造血干细胞的数量处于一种动态平衡中， 在受到损害或分化发育时数量并不会减少； 3. 多能造血干细胞分化发育成下一级细胞时，其自我 更新再生和分化发育的能力均有所下降。当多向分化能力过 渡到定向分化能力时，多能干细胞也发育成了定向干细胞， 即所谓的祖细胞（progenitor ）。祖细胞只能发育成某一特定的 细胞祖细胞，如红系祖细胞只能发育成成熟的红细胞。祖细 胞的自我更新再生能力减弱，只能短期维持造血。体内长期 造血依赖多能干细胞； 4. 造血干细胞表面有一些粘附分子的表达，如 CD44，CD49d 等，使干 细胞粘附于骨髓微 环境中，在骨髓中 发育和增植。即使造血干细胞脱落到血液循环中，经过骨髓 时又会粘附到骨髓中，这种特性称为“ 归巢” 。外周血仅含有 少量的造血干细胞。 三、什么是造血干细胞移植？造血干细胞移植能治疗哪 些疾病 造血干细胞移植是利用造血干细胞具有多向分化发育能 力的一种治疗疾病的方法。先给血液肿瘤患者以大剂量的化 疗或放疗，尽可能地清除病灶。由于化放疗不能特异性地杀 伤肿瘤细胞，正常的造血细胞和免疫细胞也被破坏了，故而 后用正常人的造血干细胞通过静脉输注到患者体内，重建患 者的造血功能和免疫功能。这样，既达到彻底治疗某些疾病 的目的，又消除了大剂量化放疗对身体造成的危害。 这就是造血干细胞移植。 造血干细胞移植可用于治疗肿瘤性疾病如：各种白血病、 骨髓增生异常综合症、淋巴瘤和骨髓瘤等血液系统的恶性肿 瘤以及某些对化放疗敏感的恶性实体瘤；也可治疗非肿瘤性 疾病，如：再生障碍性贫血、重症免疫缺陷病、急性放射病、 地中海贫血等累及造血干细胞的疾病以及自身免疫性疾病 等。 各种急慢性白血病或淋巴肿瘤，在传统治疗效果不佳时， 都可望因移植而得以根治。例如急性骨髓性白血病化疗缓解 后，一般剂量巩固治疗者长期生存率约 10%，而移植最高成 功率可达到 70%。移植时机也很重要，第一次缓解期移植成 功率可达 72%，第二次缓解期也有 45%，晚期则不到 10%。 又如慢性骨髓性白血病目前唯一可以完全治愈的治疗只 有移植，因此所有 55 岁以下病人诊断后即应积极寻找配对 符合的捐献者。一年内进行移植，可以有 6070%的成功率。 如等到加速期再作移植，成功率只有 3040%。急变期更低 到 10%以下。 小孩急性淋巴性白血病化疗效果很好，除非是高危组，一 般不在第一次缓解期作移植。复发病儿，如找到合适捐献者， 即应移植。50 岁以下的成人急性淋巴性白血病缓解后容易复 发，如有合适捐献者，第一次缓解后即应进行移植。移植成 功率，第一次缓解约为 50%左右，第二次缓解 30%，晚期顽 固性复发者低于 10%。复发或难治性淋巴瘤也可考虑造血干 细胞移植治疗。 造血干细胞移植是一种有效的治疗方法，据 1998 年统计， 全世界一年内异体干细胞移植达 15000 例。 四、捐献者和患者为什么要进行 HLA 配型 为何要建造血干细胞捐献者资料库 HLA 即人 类白细胞抗原（Human Leucocyte Antigen ），存 在于人体的各种有核细胞表面。它是人体生物学“身份证” ， 由父母遗传；除了同卵双生者以外，每一个人的 HLA 型是不 一样的。因此每一个人的免疫系统能识别“自己” 和“非己”， 并通过免疫反应排除“非己” ，从而保持个体同一性。 HLA 在造血干 细胞移植的成败中起着重要的作用。造血 干细胞移植要求捐献者和接受移植者进行 HLA 配型，要求 主要位点 A、B 和 DR 相配。如果不相配，就可能 发生宿主排 斥移植物的免疫反应，使造血干细胞移植失败。更为严重的 是会发生移植物抗宿主病（GVHD），混在供者造血干细胞中 的淋巴细胞攻击受者的内脏器官，导致病人死亡。所以，捐 献者和患者移植前一定要进行 HLA 配型。同胞兄弟姐妹间 主要位点的配合率为四分之一；非血缘人群中的配合率根据 个人的 HLA 是比较 常见类型还是罕见类型，大约是五千至 十万分之一。 据了解，目前我国每年新增白血病患者 4 万人，仅上海地 区每年就新增近 500 人，其中少年儿童占 50以上。由于现 在大多数青少年都是独生子女，一旦患了白血病等疾病需要 做移植治疗时很难在亲缘关系的兄弟姐妹中找到供者，因此 只能依靠社会上的捐献者为他们提供 HLA 配型相同的造血 干细胞。 为了能对患白血病等疾病的患者提供救助，中国红十字 会受政府委托于 1992 年开展造血干细胞捐献志愿者征集工 作，上海是全国首批开展此项工作的五个城市之一。1997 年， 中华上海骨髓库成立。2003 年，中华上海骨髓库更名为“中 国造血干细胞捐献者资料库上海市分库”。目前，全国已建 有 28 个省级分库，库容志愿者资料从原来的不足 3 万人份 迅速增至目前的 25 万人份，与国内外 60 多家医院建立了业 务联系，已提供检索服务 5000 多人次，为 1300 多位患者配 型成功，已有 200 多位志愿者为患者捐献造血干细胞。尽管 我国造血干细胞捐献者资料库近年有较快发展，但现有库容 量尚远远不能满足社会的需求，前来寻求帮助的患者只有 30%左 右可以从中找到低分辨 HLA 相合的志愿者，能找到高分辨 HLA 相合并 进行移植的更少。 虽然目前已有 37 个国家的 48 个骨髓库（相当于我国的造 血干细胞捐献者资料库）和 15 个国家的 23 个脐血库，登记 的资料已达 700 多万人份，但是不同种族间人种遗传差异不 小，不同个体的 HLA 相差更大，即使到国外去找，一般不容 易找到 HLA 相配的捐献者。 为使我国更多的患者能找到 HLA 相配的捐献者，我国造 血干细胞资料库还应进一步扩容。中国造血干细胞捐献者资 料库下一步发展目标是：2010 年库容资料达到 50 万至 70 万 人份；与此同时中国造血干细胞捐献者资料库上海市分库计 划从 48000 多人份扩展到 10 万人份。这还需要全社会更多 的支持。 五、捐献造血干细胞影响身体健康吗 平常干细胞停留在骨髓内，外周血液中含量极少。但是给 捐献者皮下注射粒系集落刺激因子（G-CSF）四、五天后，干 细胞表面的粘附分子表达减少，部分干细胞从粘附的骨髓基 质上脱落下来。这样，骨髓内的干细胞被动员起来，释放到 血液中。此时外周血造血干细胞增加 20-30 倍以上，用血细 胞分离机即可从捐献者的外周血中采集造血干细胞。采集量 50100ml。 外周造血干细胞动员和采集过程是安全的： 首先，人体内的造血干细胞具有很强的再生能力。正常情 况下，人体各种细胞每天都在不断新陈代谢，新生细胞不断 地生成发育和成熟，替