医学ppt课件大全造血干细胞的动员与归巢

造血干细胞的动员 与归巢 中山大学附属第三医院血液科 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。 vDNA染料标记定位造血干细胞，显示未分化 造血干细胞主要是集中于长骨骨小梁区、骨 髓腔骨内膜内侧，而分化的造血祖细胞主要 分布在骨髓中央区。 v 干细胞龛 (niche)，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。 造血干细胞的归巢 v造血干细胞自静脉输人体内，与基质细胞、 髓窦内皮细胞及骨髓基质内一系列黏附分子 相互作用，并受细胞因子等的调节而植入骨 髓干细胞龛 (Niche)内，开始执行造血功能， 这一过程被称为造血干细胞的归巢。 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。 免疫球蛋白家族 v VCAM-1 (vascular cell ad-hesion molecule-1， VCAM-1)广泛分布在造血和非造血细胞表面， 包括内皮细胞、骨髓基质细胞及成纤维细胞等， 其受体是迟现抗原 -4(very late antigen-4， VI A-4)， VCAM-1可选择性地促进单个核细胞的黏附，同时 还具有广泛的免疫生物学功能，包括参与调节炎症 反应、细胞和组织的分化和发育、免疫应答，以及 参与淋巴细胞归巢等。 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 化以及归巢过程密切相关。 v在粒细胞集落刺激因子 (G-CSF)动员骨髓造 血干细胞的过程中，中性粒细胞弹性蛋白酶 和组织蛋白酶 G能够裂解基质细胞表面的 VCAM-1分子，下凋基质细胞与造血干细胞 之间的黏附作用，实现干细胞的动员。 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。 vVCAM-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。 v 静息状态下 VCAM -1、 ICAM-l呈低水平表达，且 与配体的亲和力较低，在某些环境因素如药物作用 下可被快速诱导而迅速上调，斯伐他汀和肿瘤坏死 因子受体 1能够增强细胞因子诱导的内皮细胞 ICAM- 1、 VCAM-l的表达。 v 使用动员剂 G CSF后 VCAM -1在造血组织的骨髓 细胞表达增加，在循环血及体腔中不表达。 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。 vP-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。 vE-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。 vL-选择素表达于大多数白细胞表面， 包括淋巴细胞、中性粒细胞、造血细胞、单 核细胞、嗜酸性粒细胞，但主要表达于中性 粒细胞。 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 vSDF-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当用 G-CSF动员外周血时，各种蛋白水解酶 不仅对胞外基质进行切割，还能切割 SDF-1 并使其失活。 v在进行骨髓动员的鼠中，骨髓 SDF-1的浓度 会下降，这种结果直接导致体内丝氨酸蛋白 酶的积累，后者直接切割 SDF-1导致其失活 。 vSDF-1的受体 CXCR4是一个有七个跨膜结构 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在黏附分子 LFA-1/ICAM-1 和 VLA-4/VCAM-1 的参与下，造血干 /祖细胞与内皮细胞产生黏 附。内皮细胞表面表达的 SDF-1不仅能捕获 迁移中的造血干 /祖细胞，同时能通过 CXCR4 介导的细胞反应，如上调黏附分子的表达， 激活干 /祖细胞穿越内皮细胞层的迁移运动。 vCD34 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。 vSCF、 IL-6能诱导 CXCR4在 CD34+上的表达 vC3aR- C3a的作用提高了 SDF-1对 CXCR4的 识别敏感作用 vCD26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-kit MMP2、 9 弹性蛋白酶 蛋白水解酶 机体 应激