《白血病标准治疗1》由会员分享，可在线阅读，更多相关《白血病标准治疗1（83页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第一章 白血病治疗基础第一节 造血和白血病干细胞生物学特性引言造血是产生数以亿计的白细胞、红细胞、血小板维持体内稳态的血细胞再生过程。造血干细胞是一小群永久生存、静止休眠、未分化的多能细胞，除了能增殖和向多个不同系别的造血祖细胞分化外，还可以自我复制。过去二十年清楚地认识到白血病干细胞在白血病发病过程中的核心作用。白血病干细胞具有和造血干细胞一样的基本特征，包括静止休眠、自我复制、极强的增殖能力和定向分化能力。一些科学甚至认为白血病是一种由正常造血干细胞经历突变后产生的少量白血病干细胞衍生的全新的异常造血组织。许多学者认为白血病干细胞对大多数传统的化疗药都耐药，正是白血病诱导缓解后复发的根源。
2、因此，设计针对白血病干细胞的有效治疗才能减少复发率，甚至治愈。就如下面将讨论的，开发针对白血病干细胞的特效药物将面对重大的挑战，因为它们的特点和正常造血干细胞十分相似。进一步研究白血病干细胞和正常造血干细胞的细小差别，以便研制出对前者毒性大而后者杀伤小的药物显得十分重要。在这章，我们将简单回顾造血干细胞和白血病干细胞的生物学特性。我们也将讨论目前正在进行的一些研究，如何利用已知知识发现针对白血病干细胞靶向治疗的方法，以减少白血病复发。正常造血干细胞的生物学特性造血干细胞是最早发现的人体干细胞。实验也支持造血干细胞的存在，它分化成自我复制能力减弱、增殖能力加强的定向细胞。实验研究证实淋巴祖细胞和
3、髓祖细胞是淋巴细胞和髓细胞系最早的分叉点。小鼠的研究对造血干细胞生物学特性的认识做出了重要贡献。首先经致死性放射线照射后，输注骨髓细胞后造血得到重建。注射 10 天后在小鼠的脾内发现多系细胞克隆形成，每一个克隆都是一个造血干细胞衍生而来。这些克隆又将进一步分化成新的次级克隆。Jones 等研究发现导致小鼠造血重建失败的实验中，持续输注造血细胞时间过短。造血干细胞产生下游系列造血细胞完成造血重建需要一定时间，当输注的造血细胞如祖细胞产生克隆形成单元后逐渐凋亡，而具有自我更新能力的造血干细胞因数量较少尚未来得及产生下游细胞，造血就无法重建。因此，Morrison 等认为小鼠的骨髓重建是必然的，并非
4、偶然。由于人造血干细胞研究的数量限制，目前我们所知道的人造血干细胞的知识多来自体外和人。虽然人造血干细胞与小鼠的存在重要差异，但是证据表明两者具有共同的基本特征如自我更新的能力、增殖能力、定向分化的能力。在体外试验中能评价造血干细胞的重要特性，如增殖能力，但多向分化、不断自我更新完成造血的能力难以精确地检测。严重联合免疫缺陷（severe combined immune-deficient,SCID）小鼠缺乏适应性免疫能力，非肥胖性糖尿病 SCID 小鼠（NOD/SCID）同时缺乏固有和适应免疫能力，能比体外检测更加精确地反应人造血干细胞的特性。体内检测的精确性可通过输注对照细胞进一步提高。造
5、血干细胞的免疫表型特征与定向的造血细胞和成熟血细胞比较，造血干细胞形态上有所不同。另外，造血干细胞能够通过多参数流式检测与造血祖细胞区分开来。最常用的富集造血干细胞的免疫标记是 CD34。Terstappen 等研究证实 CD34+细胞中大约 1%不表达 CD38 抗原。CD34+/CD38-细胞缺乏定向祖细胞特异性标记（Lin-）基本等同于我们期望纯化获得的多能造血干细胞。相比之下，CD34+/CD38+ 细胞异质性较强，包括髓系、红系和淋系祖细胞。这说明 CD38+表达上调是造血干细胞向下分化的标记。在人胎绵阳模型中，CD34+/CD38-能产生多系的造血细胞维持造血持续进行，而 CD34
6、+/CD38+细胞只能短期地造血，说明它代表只是多能造血祖细胞，而不是造血干细胞。这个研究说明 CD34+/CD38-细胞具有很强的长期分化产生多系造血细胞的能力，意味着人体骨髓细胞中存在干细胞群。另外，造血干细胞还被发现表达高水平的干细胞抗原（SCA-1）和弥漫性糖蛋白（P-gp）,一种位于细胞膜的多药转运蛋白，由多药耐药基因 1 表达。另一方面，造血干细胞缺乏或低表达 Thy-1.1,CD33,CD71,CD10,CD45RA 和 HLA-DR，而更加成熟的血细胞却常常表达这些抗原中的一种或多种。最后，Gunji 等研究表明CD34+且 c-Kit 低表达的造血细胞包含有 CD34+/CD
7、38-细胞，而 CD34+且 c-Kit高表达细胞群常包含有许多粒-单系祖细胞。造血干细胞表达 CD34 这一规律近年来被不断挑战，许多研究发现 CD34-细胞同样可以完成造血重建。这些细胞多位于长期培养启动细胞（long-term culture-initiating,LTC-ICs）内。总而言之，我们在精确鉴定和筛选造血干细胞方面仍面对许多挑战，未来研究主要目标是确定造血干细胞特异性的标记物或组合，以便能从众多细胞中鉴定出造血干细胞。造血干细胞与造血微环境骨和血液形成机制传统观点认为是互不相干的，但是强有力证据表明两者联系密切。造血干细胞位于骨髓中，靠近骨小梁表面，称之为“壁龛” 。越来越
8、多证据表明位于“壁龛”中的 间质细胞，尤其是成骨细胞，在调节造血干细胞自我更新、增殖、成熟方面发挥重要作用。虽然成骨细胞是主要的骨髓间质细胞，但其具体参与骨髓微环境调节造血的生物机制知之甚少。几个细胞表面受体在控制造血干细胞在骨髓中“壁龛”定位方面发挥重要作用。例如钙敏感受体（calcium-sensing receptor,CaR）.研究表明来自鼠胎肝的钙受体缺乏的造血干细胞无法植入到骨髓中。另外，这些细胞输注到致死性射线照射后小鼠体内，经无法迁移至骨“壁龛”中。由此可见，钙离子受体在造血干细胞归巢中起至关重要的作用。另外几个与造血干细胞归巢有关的细胞受体是化学趋化因子4（chemokine
9、 receptor 4,CXCR-4）和配体，间质细胞因子 (stromal-cell derived factor,SDF-1)。白血病干细胞两个有趣的观察说明了白血病干细胞的存在。首先，尽管髓细胞白血病具有高度恶性，其大部分白血病原始细胞只能在体内增殖，而仅有少量原始细胞可在体外形成克隆。其次，任何个体的白血病细胞尽管形态上十分相似，但其生物学特性存在很大差别。过去二十年，越来越多证据表明白血病克隆是由一小群干细胞即白血病干细胞，也被称为白血病启动细胞产生的。一些研究者认为白血病是一类新的异常造血干细胞即白血病干细胞产生的，这种异常的干细胞只能产生原始细胞，停止于细胞发育的某个阶段，不能往
10、下分化。1994 年 Dick实验室的研究发现从 AML 患者中分离出的 CD34+CD38-细胞移植到免疫缺陷小鼠体内获得成功，第一次证明了白血病干细胞的存在。同一实验室后来发现更少量的 CD34+CD38-在 NOD/SCID 小鼠即可诱导出急性髓细胞白血病。因此，作者认为白血病干细胞和造血干细胞一样具有增殖和分化、自我复制的能力，只不过分化产生的是白血病原始细胞。随后，白血病干细胞被证明同样存在于慢性髓细胞和急性淋巴细胞白血病。白血病干细胞仅是众多肿瘤细胞中的一小部分，通常以将其移植到免疫缺陷小鼠内能产生白血病的能力来对它进行定义。白血病干细胞具有造血干细胞的许多特征，如表 1 中所示。
11、大部分化学药物都是周期特异性的，杀伤已分化的细胞，而通常不能清除白血病干细胞。另外，白血病干细胞生物学特性上不同于由其分化产生的白血病细胞，它有着自己独特的细胞和分子机制调控其行为。所以，普通化疗药对白血病干细胞无效，这是治疗失败或缓解后复发的主要原因。另外，白血病干细胞和造血干细胞一样具有“药物泵”P-gp,可将化疗药物从细胞内转移到细胞外，从而逃避杀伤。表 1.1 造血干细胞和白血病干细胞的共同特征处于静止期自我复制能力较强的增殖能力多向分化的潜能生长于“壁龛”之中抗凋亡表达 CD34+/CD38+/CD71-/HLA-DR-/表达 Bmi-1白血病干细胞的起源来自 Dick 实验室的数据
12、表明白血病干细胞有着共同的 CD34+CD38-表型，能分化、增殖和自我复制，由正常造血干细胞发生白血病转化产生，而不是起源于造血祖细胞阶段。后来白血病干细胞必须来源于造血干细胞这一假说遭到挑战。定向造血祖细胞发生基因突变或选择性表达部分基因后可以增强其原本有限的自我复制能力，从而演变成白血病干细胞。事实上，多个研究报道通过向定向造血祖细胞转染特定的癌基因后可将其诱导成白血病干细胞。Cozzio 等报道向白血病干细胞或粒-巨噬细胞方向分化的髓系祖细胞转染白血病融合基因 MLL-ENL 然后移植到小鼠体内可产生急性髓细胞白血病（AML） 。这些发现说明短暂性自我复制能力的祖细胞经过 MLL 基因
13、转化后可具备产生白血病的能力。这使得一些学者认为白血病干细胞因其来源细胞发生突变的阶段不一样，临床上不同白血病患者细胞的免疫表型、病理特点存在差异。另外，Huntly 等发现将癌基因 MOZ-TIF2 转入至造血祖细胞可诱发 AML，但转入 BCR-ABL 融合基因却无法得到相同结果。这些数据表明仅部分而不是所有的白血病基因都能使无永久复制能力的祖细胞转化成白血病干细胞。后来，Stubbs 等发现 MLL-AF9和 FLTS-ITD 联合转染产生的 AML 恶性程度要高于单独转染 MLL-AF9 产生的 AML。这些结果支持白血病发生中的”二次打击” 学说。第一次打击导致融合基因的表达（MLL
14、-AF9） ，随后二次突变引起特定信号通路改变（ FLT3-ITD） 。但，应注意到所有关于白血病干细胞起源于祖细胞的数据都是来自动物模型。BCR-ABL 融合基因阳性的白血病干细胞在慢性髓细胞白血病（CML）中，成熟的白血病细胞及祖细胞与它们的正常成分在形态上没有多大区别，不同的是费城染色体或 Bcr-Abl 转录本存在于这些肿瘤细胞中。费城染色体是慢性髓细胞白血病的标志性遗传学异常，是由 9 和22 号染色体长臂异位形成的。这种染色体异位形成的癌性激酶蛋白 Bcr-Abl 是CML 发病的主要原因。费城染色体存在于几乎所有造血细胞系中，说明 CML起源细胞具有多向分化的潜能。研究者将从 C
15、ML 患者体内分离出的 CD34+ 恶性原始细胞注入到 SCID 或 NOD/SCID 小鼠体内可产生成熟的 ph+ 细胞并完整重演供者疾病的各个时期，是一个很好的 CML 体内模型。Holyoake 等首先证实了 CML 中 Bcr-Abl+/CD34+ 细胞亚群在体内和体外都具有干细胞特性。同一研究小组随后证实那些干细胞免疫表型为 CD34+/CD38-/CD45RA-/CD71-，可离开 G0 期以非细胞因子依赖的方式产生 BCR-ABL+子代细胞。伊马替尼的出现使 CML 的治疗有了质的飞跃，目前已成为该种疾病慢性期一线治疗的标准用药。但是仍有少部分慢性期及大多数加速期患者对伊马替尼无
16、效或者很快失效。越来越多证据显示伊马替尼并没有清除体内的 CML 干细胞。完全细胞遗传学缓解患者体内仍可检测出 ph+ CD34+ 细胞。这意味着多数 CML 患者并没有被伊马替尼根治，这关系到未来复发的问题。据此，成功清除体内的 CML 干细胞才是治愈该疾病的根本途径。最常见的伊马替尼耐药机制是 ABL 基因突变。最近研制出的达沙替尼和尼罗替尼是对付这种耐药的好武器，为第二代 TKI 对CML 治疗比伊马替尼更有效。但仍没有一个临床试验证实这些药物对 CML 干细胞起作用。除基因突变外，有几个机制被认为是与 CML 干细胞对 TKI 耐药有关，如 IL-3 受体、G-SCF 受体、MDR1 表达增加，伊马替尼吸收相关蛋白表达受抑制。BMS-214662 是一种法尼基蛋白转移酶抑制剂，被显示在体外单药或联合伊马替尼、达沙替尼选择性诱导 CML 干细胞凋亡。具体作用机制涉及caspase3 、caspase 8 的激活和 MAPK 信号通路的抑制等。这一制剂为慢性期CML 干细胞的清除提供可能，具有良好的临床试验前
