全 文 :生命科学
Chinese Bulletin of Life Sciences
第 19卷 第 2期
2007年 4月
Vol. 19, No. 2
Apr., 2007
脐带血移植的应用进展及脐带血库建设
吴海江1,朱德琳2,韩忠朝1*
(1 中国医学科学院中国协和医科大学血液学研究所实验血液学国家重点实验室,天津 300020;
2 细胞产品国家工程研究中心 /天津昂赛细胞基因工程有限公司,天津 300457)
摘 要:脐带血(umbilical cord blood)作为公认的造血干细胞重要来源之一,已经被广泛地用于治疗儿
童和成人的良恶性血液系统疾病以及中枢神经系统疾病、实体瘤、缺血性下肢血管病和组织再生等。
相对于骨髓移植和外周血来源的造血干细胞移植,脐带血移植(UCBT)在细胞收集使用、干细胞增殖能
力以及移植物抗宿主反应等方面都具有明显的优势。目前的数据显示,因为 HLA配型等原因而无法进
行骨髓移植的患者应该尽早进行 UCBT。此外,UCBT的增多促进了脐带血库的快速建设。本文针对
UCBT和脐带血库的最新进展进行了综述。
关键词:脐带血移植;脐带血库;造血干细胞
中图分类号:R322.2;R323.3;Q813 文献标识码:A
Progress in umbilical cord blood transplantation
and cord blood bank construction
WU Haijiang1, ZHU Delin2, HAN Zhongchao1*
(1 State Key Laboratory of Experimental Hematology, Institute of Hematology, Chinese Academy of Medical Sciences
and Peking Union Medical College, Tianjin 300020, China; 2 National Engineering Center of Cell Products/Tianjin
Amcellgene Engineering Co. Ltd, Tianjin 300457, China)
Abstract: Umbilical cord blood (UCB) has proven to be a feasible alternative source of hematopoietic/progenitor
stem cells for pediatric and some adult patients with malignant and non-malignant hematological disorders,
central nervous system disease, solid tumor, limb ischemic diseases and organ regeneration. Compared with
peripheral blood or bone marrow, the advantages of umbilical cord blood include painless collection, faster
availability, higher proliferative capacity and a lower incidence of acute graft versus host disease and so on. All
available data suggest that UCBT should be carried out for the patients who require an urgent transplantation
but lacking an HLA-matched BM donor. In addition, the fast development of the UCBT has driven the evolu-
tion of cord blood banking. This review describes the recent clinical results and discusses developing of cord
blood bank.
Key words: umbilical cord blood transplantation; cord blood bank; hematopoietic stem cell
收稿日期:2006-11-16; 修回日期:2006-11-27
基金项目:国家自然基金( 30570357和 30 06 00 23 8) ;天津基础重点项目( 0 5 Y FJ Z J C 0 1 5 0 0 ) ;天津攻关项目
(06YFSZSF01300)
作者简介:吴海江(19 81 —),男,硕士研究生;韩忠朝(19 53 —),男,博士,教授,博士生导师,* 通讯作者,
Tel: 022-23909186,E-mail: tihzchan@public.tpt.tj.cn
文章编号 :1004-0374(2007)02-0169-05
2006年 8月,上海市正式建立了“脐带血造
血干细胞库”,它是我国继天津、北京之后第三家
拥有执业许可资质的脐带血储存库。这标志着我国
脐带血干细胞的研究和应用又向前推进了一步。
170 生命科学 第 19卷
1988年,世界上第一次利用脐带血治疗范康尼氏贫血
症的儿童获得成功后,脐带血干细胞移植的可行性和
有效性在基础研究和临床实践中不断地得到验证[1]。
作为骨髓移植的有益补充,脐带血为无法找到骨髓
HLA合适配型的患者提供可供移植的造血干细胞,
特别是稀有HLA类型和来自于少数种族群体的患者
也有机会进行造血干细胞移植。国际骨髓移植登记
处(IBMTR)的最新统计资料显示,1998年以来20岁
以下患者进行的干细胞移植,其中 20%是脐带血移
植(UCBT)。Rubinstein等[2]最近估计全世界自 1993
年以来至少进行了7 000-8 000例非相关UCBT,尽
管有人认为这个数字应该是5 000例,但是UCBT的
重大作用还是得到了大家的普遍肯定。目前认为,
UCBT在急慢性移植物抗宿主反应(GVHD)发生率、
骨髓重建、复发率等很多方面都优于或者相当于骨
髓移植。对于需要同种(异基因)造血干细胞移植,
特别在是急需移植或者没有找到合适供者的患者来
说,患者应该尽早利用脐带血进行 UCBT(www.
netcord.org)。目前,UCBT不仅仅被用于血液系
统、免疫缺陷和代谢性疾病[3],研究人员已经开始
了脐带血治疗神经系统疾病、心脏疾病、缺血性下
肢血管病、实体瘤以及组织再生方面的应用研究,
并取得了可喜的成果。
本文综述了UCBT治疗血液和其他疾病以及脐
带血库的最新进展。因为脐带血液中含有多种细胞
成分,而目前还没有实现干细胞单一成分的分离纯
化,目前所谓的造血干细胞移植本质上是多成分混
合移植,所以本综述将所有源于脐带血细胞的移植
概括为 UCBT。
1 UCBT的优缺点
长期以来,关于脐带血与骨髓移植、外周血
干细胞移植孰优孰劣的争论一直伴随着UCBT的发
展壮大。虽然受到国家政策、民族和患者情况的影
响,目前UCBT数量和比例还是在持续增加。据统
计,美国儿童移植的一半是 UCBT,而 2003年日
本UCBT的数量已经超过了造血干细胞移植总数的
50%[2]。UCBT数量的快速增加与其特点密切相关:
1.1 优点
(1)收集脐带血对产妇和新生儿没有危害,而
无论是直接骨髓采集还是利用细胞因子动员外周血
获取干细胞都会给捐献者带来一定风险,如麻醉、
感染以及造血因子刺激等。( 2 )脐带血在低温下储
存,便于运输,供体稳定,避免了骨髓和外周血
造血干细胞捐献者临时退缩、疾病和死亡等诸多不
确定因素。有报道称脐带血干细胞在冻存了15年后
仍然有 90%能保持其性状[4]。(3)UCBT快捷便利,
可以随时使用,避免了其他移植从查找合适配型后
联系捐献者再到进一步检测、采集等繁琐的步骤。
Barker 等[5]估计UCBT从寻找合适配型到接受移植的
时间要比骨髓移植少 25到 36 d,这为急需造血干
细胞移植的患者赢得了宝贵的时间。(4)脐带血中的
干细胞较为原始,体外增殖分化能力明显好于骨髓
和外周血来源的干细胞。尽管脐带血的植入需要较
长的时间,但脐带血能更好地重建人体干细胞池[6]。
(5 )脐带血中的免疫细胞较为幼稚,功能活性低,
引起GVHD的几率也就相应降低,而GVHD正是骨
髓移植患者的主要死因。因此,UCBT并不要求
HLA的完全相合,这也正是其相对于骨髓移植和外
周血干细胞移植的最大优点之一。有人报道这可能
与脐带血中CD8+ NKT细胞的缺乏密切有关[1]。(6)潜
伏性病毒传播的机率低。疱疹病毒、EB病毒和巨
细胞病毒常常引起干细胞移植后的并发症,导致骨
髓移植和外周血干细胞移植患者的死亡,而绝大部
分的脐带血供者没有感染过这些病毒,这使脐带血
传播病毒的机率大大减少。(7)费用低。尽管储存脐
带血需要一定的费用,但是UCBT总体的费用要比
骨髓移植和外周血造血干细胞移植低。(8)伦理学争
议小,并不像胚胎干细胞那样需要面对太多的阻
力。
1.2 缺点
(1)干细胞相对数量少。单份脐带血中的造血干
细胞数量较少,所以一般只能用于儿童和体重小于
20kg的成年人。干细胞数量的不足意味着移植失败
风险的增大和造血重建的延缓,甚至导致患者在成
功植入前就已经死亡。有人报道最佳有核细胞输注
量为 2×107/kg,当植入量大于3×107/kg和少于1×107/kg
时,死亡概率分别为 30%和 75% [7]。为了解决干
细胞数量相对少的问题,研究人员已经开始研究扩
增干细胞及多份移植共同移植的可行性。(2)重建造
血慢。脐带血中的干细胞比骨髓和外周血中的原
始,所以植入所需要的时间长,这导致严重感染和
输血的机会增加,住院时间也相应增加。植入缓慢
引发的并发症是UCBT患者死亡的主要原因。(3)无
法为移植失败的患者提供额外的供者造血干细胞。
2 UCBT在血液系统疾病中的应用
目前,脐带血主要是作为造血干细胞的来源治
171第 2期 吴海江,等:脐带血移植的应用进展及脐带血库建设
疗血液疾病,如急慢性白血病、再生障碍性贫血、
地中海贫血和淋巴瘤等。
2.1 儿童UCBT
2.1.1 相关供者UCBT 1988年,一名先天性再生
障碍性贫血(Fanconi’s anemia)患儿接受了世界上第一
例相关供者(Related donor)UCBT,至今仍然病情稳
定。现在相关供者UCBT主要被用于儿童恶性血液
疾病的治疗,此外也有治疗非恶性血液疾病的报
道,而且取得了良好的效果。Eurocord组织在进行
了 41个月的随访后发现,接受相关供者UCBT的恶
性肿瘤、骨髓衰竭、血红蛋白病和原发性免疫缺陷
患者的三年生存率分别高达 47%±5%、82%±7%、
100%和 70%±15%[8]。最近,Locatelli等[9]对接受
了相关供者UCBT的地中海贫血(33名)和镰状细胞病
(11名)患儿进行了分析 (绝大多数患者为HLA完全匹
配), 在平均有核细胞输注量为 4×107/kg的情况下,
发生急和慢性GVHD的数量分别为 4和 2例,移植
相关并发症的死亡率为 0,两年无病生存率分别达
到了 79%和 90%。这些都说明HLA相合的脐带血
可以作为干细胞的来源,同时也提示了多子女家庭
储存脐带血的必要性。
2.1.2 儿童无关供者UCBT(unrelated donor UCBT)
最早的儿童无关供者UCBT是1996年在无法找到合
适骨髓配型的情况下进行的,虽然HLA有 1- 3个
匹配错误,一年无病生存率仍然达到了 48%[10]。随
后,无关供者UCBT在世界范围内快速开展,不仅
超过外周血移植的数量,而且接近骨髓移植。2005
年,Sawczyn 等[11]对 26名接受了UCBT治疗的急性
淋巴细胞白血病患者(平均年龄为 8.5岁)进行了评
估,在长达 548 d的随访中,16/26的患者(64%)无
病生存,发生急和慢性GVHD的比例分别为 14/24
和10/22,这表明无关供者UCBT能够非常有效地治
疗急性淋巴细胞白血病并防止复发。急慢性粒细胞
白血病[12]和骨髓增生异常综合征[13]方面的研究也得
到了类似的结论。这些临床回顾显示,无关供者
UCBT能够使大部分患儿实现骨髓重建,复发率和
GVHD发生率相对于骨髓移植也都有明显下降,此
外还发现输注的有核细胞量与移植成功与否明显相
关。尽管 HLA匹配对预后的影响有待长时间的观
察,目前的数据仍然表明HLA 并不是决定移植成功
与否的唯一关键因素。总之,对于急需造血干细胞
移植但无法找到合适配型的血液患者来说,脐带血
是一个值得考虑的干细胞来源[8]。
2.2 成人无关供者UCBT
据国际脐带血库组织(NETCORD)的统计,该
组织截至 2006年 8月一共进行了约 1900例成人
UCBT。目前发现,单位体重有核细胞输注量的不
足和植入缓慢引起的感染导致成年人和体重较大儿
童UCBT的死亡率增高,因而严重制约了其广泛开
展。尽管如此,近年UCBT在成人方面的应用仍然
取得了一定进展,治疗的疾病主要集中在白血病、
淋巴瘤以及脊髓发育不良等[14]。Rocha等[15]对 98例
成人无关供者UCBT和584例骨髓移植进行了比较,
其中骨髓移植患者都为 HLA完全匹配,而 UCBT
94%的患者为HLA不合,数据分析表明UCBT发生
II- IV级GVHD的几率明显低于骨髓移植,迟发性
GVHD、移植相关死亡率、复发率和无病生存率都
没有明显区别,说明脐带血可以作为干细胞的来源
用于没有合适 HLA 供者的成人造血干细胞移植。
Laughlin[16]在同一期N Eng J Med中报道了相似的结
论,但同时指出HLA完全相合的骨髓移植仍然要比
UCBT效果好。
为了弥补有核细胞输注量不足的缺点,研究人
员采用了很多对策以提高移植的成功率:(1)体外扩
增 CD34+细胞;(2)多份脐带血共移植;(3)间充质
干细胞与造血干细胞共移植;(4)小剂量放化疗与
UCBT相结合;(5)骨髓腔内注射。这些方法大多已
经进入临床试验阶段。此外,有人采用外周血
CD34+细胞与脐带血共移植也取得很好的效果,如
Fernandez等[17]报道 28例接受这种方法治疗的高危
血液病患者,四年生存率高达 65% - 82%。
3 脐带血移植在新领域的应用
UCBT不仅仅可以用于血液疾病的治疗,近年
来也被用于其他疾病的治疗,不过这些治疗大部分
处于试验阶段。
3.1 中枢神经系统疾病
2005年,韩国Kang等[18]的研究引起了学术界
的轰动:一例脊髓损伤(SPI)患者接受了脐带血多能
干细胞移植之后,下肢在 41 d内恢复了感知觉和运
动能力,而且 CT和核磁共振成像显示受损脊髓和
部分马尾得到了再生,可见脐带血中的干细胞能够
有效的治疗脊髓损伤。我们实验室早在2004年就报
道了相关动物研究结果,发现脐带血来源的 CD34+
细胞能够迁移到脊髓受损部位,并向神经元和神经
胶质胶质细胞方向分化,从而修复脊髓损伤[19]。到
目前为止,UCBT在治疗慢性进行性舞蹈病、脑梗
172 生命科学 第 19卷
塞、阿尔茨海默病、肌萎缩性(脊髓)侧索硬化、大
脑损伤和脊髓损伤也得出了类似的结论。
3.2 实体肿瘤
人们已经注意到UCBT治疗恶性实体瘤的巨大
潜力,在食道癌、肺癌、乳腺癌、前列腺癌和卵
巢癌等方面都有相关报道,如Norman等[20]通过静
脉给小鼠输注人脐带血单核细胞,发现前列腺腺癌
的发展变得迟缓,小鼠的平均寿命也有所增加,而
且没有出现GVHD。不过,人们目前普遍认为实体
肿瘤的治疗依然应该依靠传统治疗,而干细胞移植
仅仅是延长了生存时间,并不能真正治愈实体肿
瘤。总之,是否有必要采用UCBT治疗恶性实体瘤
有待进一步研究。
3.3 缺血性下肢血管病
目前,药物、介入和手术治疗缺血性下肢血
管病的效果都不理想, 尤其是缺乏代偿性血管侧支的
患者, 常常造成足部坏疽、截肢。针对这种情况,
国内外的科研人员利用脐血内皮祖细胞( EPC)能够分
化为内皮细胞的特点,使用UCBT治疗缺血性下肢
血管病。如本实验室Yang等[21]通过体外培养促使脐
带血 CD133+细胞分化为 EPC,然后将 EPC移植到
下肢缺血裸鼠体内,结果显示扩增后的EPC能够整
合到缺血部位的毛细血管网中,增强血管新生,从
而明显改善了缺血部位的血液供应。
3.4 组织再生
脐带血中存在着大量的较幼稚干细胞,它们可
能具有向血液系统之外的其他系统分化的能力。为
了满足组织器官缺损修复的需要,人们利用脐带血
干细胞作为原材料进行组织再生,如肝细胞、心
肌、皮肤、软骨和骨骼肌等方面都取得了初步的成
果,其中研究较多的是对于心肌梗塞的治疗。如
Ma等[22]比较了骨髓和脐带血来源的 CD133+细胞对
心肌坏死的治疗作用,发现两种来源的细胞都能够
增加受损区域毛细血管密度,明显降低死亡率,3
周生存率分别为 65%和 75%,但是结果也显示脐带
血来源的CD133+细胞移植对心肌收缩力没有明显的
改善。
除了以上疾病外,UCBT也被用于 I型糖尿病、
严重联合免疫缺陷等代谢障碍和免疫缺陷性疾病的
治疗。
4 脐带血库
4.1 脐带血库现状
从 1993年美国 Rubinstein建立的第一个公共脐
带血库(cord blood bank)开始,脐带血库在全世界
快速兴起,建设速度十分惊人。截止到 2003 年,
全世界已经建立了至少 100个脐带血库,70%的脐
带血库建立在欧洲和北美等医疗水平比较发达的地
区,其中在美国大概就有超过 20个公共脐带血库
和 24个自体脐带血库。目前全世界的脐带血储存
量大概为 250 000份[8],仅欧洲脐带血库协调机构
Eurocord的 17个子库截至 2006年 6月就储存了
115 280份脐带血。我国的脐带血库建设正处于起步
阶段,目前仅建立了天津、北京和上海三家拥有执
业许可资格的脐带血造血干细胞库,总的库存量大
概在 50 000份以上,这对于拥有13亿人口的我国来
说是杯水车薪。
4.2 建设脐带血库的必要性
一直以来,是否有必要建设脐带血库的争论从
来都没有停止过。比如有人认为扩充后的骨髓库足
够为需要造血干细胞移植的患者提供合适配型。其
实,UCBT和骨髓移植的特点决定了脐带血库和骨
髓库都各有长处和不足,两者是互补而并不存在人
为的对立关系。据 Brunstein等[23]的统计,尽管目
前骨髓库中有 700万志愿者,但是仍然有 1/3的患
者无法找到合适配型,这在客观上要求和促进了脐
带血库的快速建设及国际间的合作。2005年末,美
国通过《200 5 年干细胞治疗与研究法案》,为脐
带血干细胞研究和应用提供约 8千万美元资金,以
便在 5年内建立一个储存数目达到15万份的国家脐
带血库网络,这在一定意义上也说明脐带血的重大
意义及建设脐带血库的必要性正被人们逐渐认识和
肯定。
4.3 脐带血库的完善
一方面,脐带血储存数量的增加,要求我们
建立高标准的脐带血库,这不仅包括高质量的脐带
血、先进的相关设施、完善的产品标准质量体系[1],
还包括标准的操作程序,从而实现脐带血库的自动
化和工业化。美国血库联合会(AABB)和细胞治疗授
权基金会 (FACT-NETCORD)最近分别公布了自体脐
带血库和公共脐带血库标准,用以指导脐带血的收
集、检测、处理和储存。此外,Adami等[24]在 2005
年报道了一种新的分离装置在保证有核细胞和
CD34+细胞高回收的前提下,能够在 60 min内快速
去除红细胞,这为脐带血库的自动化提供了方向。
另一方面,脐带血储存数量相对于人口总数来
说仍然很少,这需要国家在财政方面的大力扶持,
173第 2期 吴海江,等:脐带血移植的应用进展及脐带血库建设
同时加快资料库共享网络的建立,各个库之间的合
作能够使患者获得最大可能的配型成功机会。建立
共享网络的观点很早以前就有人提出[25],但我国网
络建设仍然不够完善,明显落后于国际,亟待完
善。当然,更加需要科研的深入,以便更好地检
测、分离、存储和利用脐带血,让脐带血储存成
为公众事业为人类造福。
总之,UCBT正在越来越多的用于血液系统、
中枢神经系统和实体瘤等多种疾病的治疗。UCBT
在儿童血液疾病中的良好表现,使其越来越多地替
代骨髓移植。在成年患者的使用虽然还不尽人意,
但相信不久以后随着植入缓慢、干细胞扩增分化、
供者选择标准和GVHD等问题的解决以及脐带血库
的完善,UCBT将会为更多缺少良好配型的患者提
供新的希望。
[参 考 文 献]
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