[发明专利]提高造血干细胞归巢及植入率的方法和试剂

说明书

 

技术领域

本发明属于生物医药技术领域，具体属于造血干细胞移植领域，更具体地涉及一种提高造血干细胞归巢及植入率的方法和试剂。

背景技术

自从上世纪五十年代，学者发现骨髓移植能够治疗致死剂量照射小鼠以来，造血干细胞的造血重建功能受到广泛关注。造血干细胞是一类能够自我复制并能够分化为成熟全血细胞的细胞。在成体内，造血干细胞存在于特定的微环境—龛位中。微环境通过可溶性及膜表面因子支持造血干细胞保持其正常的生物学功能，包括自我复制、分化、迁移等。成人体内，骨髓被认为是造血干细胞最主要的龛位。目前确定的龛位有两种类型，包括内皮型龛位，由内皮细胞、成骨细胞及破骨细胞组成；血管周围型龛位，由毛细血管内皮、间质细胞及网状细胞等组成。另外，龛位中的细胞外因子，包括Ca²⁺、 CXCL12/SDF-1、干细胞因子等也具有保持造血细胞功能及定位的功能。人源干细胞的表面标记包括CXCR4, CD34, CD150及CD133等，在实验条件下，CD34⁺CD133⁺Lin^-细胞被定义为人体造血干细胞。 

造血干细胞归巢和植入到骨髓是造血干细胞移植成功与否的关键。造血干细胞归巢及植入是一个复杂的过程，包括以下三个步骤1）造血干细胞在内皮细胞上的滚动及固定；2）与内皮细胞的粘附及跨膜运动；3）归巢及植入到龛位。 在上述步骤中，造血干细胞表面表达的VLA-4, VLA-5, CD44 及 LFA-1等多种粘附分子与骨髓微环境中表达的VCAM-1, ICAM-1, 纤维连接蛋白及纤维蛋白原等相互结合，是影响造血干细胞归巢及植入的关键因素。

SDF-1是一种干细胞趋化因子，参与包括迁移、激活及分化在内的多种干细胞生物学活动。造血干细胞表达两种SDF-1受体，CXCR4和CXCR7。 SDF-1/CXCR4反应轴被证实在胚胎发育过程中及成体内对造血干细胞的迁移起到关键的作用。实验证明，在经过放射线或者化疗药物处理过的小鼠骨髓内的SDF-1水平的增高，对造血干细胞的归巢和植入以及造血重建具有重要作用。CXCR4在包括造血干细胞在内的多种血细胞中均有表达。SDF-1/CXCR4反应轴影响造血干细胞的多种生物学活动，包括趋化运动、粘附分子的表达、蛋白酶的释放等；这些生物学效应对造血干细胞的归巢及植入具有重要作用：例如：SDF-1与造血干细胞表面CXCR4受体结合后，1）可以增加其表面LFA-1、VLA-4 、VLA-5等粘附分子的表达，促进其与骨髓微环境的粘附；2）增加造血干细胞MMP-2 and MMP-9的释放，促进其跨膜运动；3）刺激肌动蛋白聚合，改变细胞骨架状态，使造血干细胞更易于迁移。因此，SDF-1/CXCR4轴对造血干细胞的归巢、植入及移植成功率具有重要作用。

造血干细胞存在于多种组织，包括胎儿肝脏、成体骨髓、动员后的成体外周血、脐带血及胎盘组织等。造血干细胞移植被认为是目前治疗多种血液肿瘤及遗传性疾病的有效手段。临床上，造血干细胞移植成功率取决于有效归巢及植入的造血干细胞数量。由于造血干细胞动员、脐带血、胎盘等来源的造血干细胞数量较少，而经过体外扩增后的造血干细胞归巢及植入效率大大降低，难以达到有效移植，所以提高有限数量的造血干细胞的归巢及植入效率的方法对造血干细胞移植成功率具有重要意义。

C3a被证明能够通过提高造血干细胞表面CXCR4受体对SDF-1的应答来增强造血干细胞的归巢和植入。 C3a作为一种补体激肽，具有细胞激肽样作用，可以增加毛细血管的通透性，引起炎性渗出、水肿等多种急性炎性反应，而且该类炎性反应不为抗组胺药抑制。另外，C3a还是一种过敏毒素，能够直接引发多种细胞的脱颗粒反应，包括内皮细胞、肥大细胞、吞噬细胞等，从而引发局部的急性炎症反应，如果脱颗粒反应扩散，会引起过敏性休克。C3a还可以间接引起平滑肌收缩，导致支气管和消化系统痉挛等。另外，C3a还对其他免疫细胞具有趋化作用，引发更多炎性细胞的集中和过敏毒素的释放，从而加剧炎症反应。因此，静脉输注C3a对于经过放射或者化疗治疗的骨髓移植患者来说，安全性方面的障碍难以克服，亟待提供了一种更安全的并能够提高造血干细胞归巢和植入效率的预处理方法。