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编号:10214223
人脐血程序移植重症联合免疫缺陷小鼠的实验研究
http://www.100md.com 《第二军医大学学报》 1999年第10期
     作者:吴建秋 项莺松 杨云纺 蔡建明 金志军 杨如俊

    单位:第二军医大学海军医学系放射医学教研室,上海,200433;杨云纺 金志军:第二军医大学长征医院妇产科

    关键词:脐血;造血干细胞;程序移植

    第二军医大学学报991024 摘要 目的:探讨提高脐血移植的新方法。方法:以经亚致死剂量γ线照射后的重症联合免疫缺陷小鼠为动物模型,进行人冻存脐血的程序移植,利用人粒-单系祖细胞培养及流式细胞仪检测植入小鼠骨髓等组织中的人源性细胞。结果:与一次移植相比,程序移植相同细胞数时,植入率显著提高:程序移植干细胞数量降低至20%,其造血及免疫功能恢复到相近水平。结论:脐血程序移植提高了干细胞的植入率,为临床成人脐血移植提供了一条新思路。

    中图分类号 R 331.22 文献标识码:A
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    Preliminary study on human cord blood scheduled transplantation in severe combined immunodeficient mice

    Wu Jianqiu, Xiang Yingsong,Yang Yunfang,Cai Jianming, Jin Zhijun,Yang Rujun

    (Department of Radiation Medicine,Faculty of Navy Medicine,Second Military Medical University,Shanghai,200433)

    ABSTRACT Objective: To explore a novel way for improvement of cord blood transplantation.Methods: Sublethally irradiated severe combined immunodeficient (SCID) mice were transplanted i.v. with human cord blood(HCB)which was cryopreserved at -80℃. Human cells in recipient mice were detected by flow cytometry and CFU-GM assay from each host tissue. Results: In contrast with single transplantation, scheduled transplantation of the similar numbers of HCB cells resulted in obvious increase of implanting levels, while the donor cells were reduced to 20%. The identical reconstitution of both hematopoietic and part of immunologic functions were obtained. Conclusion: Scheduled transplantation has improved the repopulating ability of cord blood cells, which will provide a novel way for clinical cord blood engrafment into adult.
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    KEY WORDS cord blood;hematopoietic stem cell;scheduled transplantation

    脐血移植是当前血液学研究热点之一。由于脐血细胞数量有限,人们正通过不同手段来解决这一难题,如多份无关供体脐血的混合移植,单份脐血体外扩增后移植等策略,但由于混合脐血移植存在移植物抗宿主病(GVHD)及体外扩增干细胞增殖的同时很容易走向分化等难以克服的缺点,其应用受到限制。本实验在重症联合免疫缺陷(SCID)-hu小鼠动物模型[1,2]和小鼠骨髓分次移植[3,4]方法的基础上,进行了人脐血的程序移植,以进一步证实程序移植提高造血干细胞移植效果这一新方法,并探讨该法在脐血干细胞移植中的作用,从而为临床合理地开发和利用脐血提供实验依据。

    1 材料和方法

    1.1 动物 C.B-17 SCID小鼠购自上海肿瘤生物技术研究所,6~8周龄,雌性,体质量(20±2)g,SPF级饲养于本校东方肝胆外科医院动物中心,饲料、饮水及垫料均经高压灭菌。
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    1.2 脐血 人脐血采自本校长征医院产科正常足月顺产胎儿,采集后2 h内与二甲亚砜(DMSO)混合,终体积分数为10%,直接放入-80℃深低温冰箱保存,常规复苏后立即输注给受鼠。

    1.3 一次移植时不同照射剂量及剂量率分组 受体鼠预处理为60Co-γ射线全身照射,照射剂量分为3.5 Gy 及4.0 Gy组,两剂量组中照射剂量率又分为1.0及2.0 Gy/min。照后4 h内,经尾静脉一次输注入冻存脐血0.8 ml,含NC 8×106个。

    1.4 移植分组 经照射剂量率2.0 Gy/min、照射剂量4.0 Gy照射后4 h内,对受鼠移植并分组:(1) 一次移植组,受鼠照射后4 h内,经尾静脉一次输注入冻存脐血NC 8×106个;(2) 程序移植组,受鼠分别于照后4,24,48,72 h,经尾静脉输注冻存脐血NC 2×106个 或4×105个,共4次;(3) 照射对照组,照射后4 h内,经尾静脉输注RPMI 1640液; (4) 空白对照组:小鼠既不受照射也不作任何输注。实验组每批每组3~5只,空白对照组每批每组1只,共4批。每只鼠注射液体积均为0.8 ml。
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    1.5 植入证据及植入水平检测

    1.5.1 流式细胞术(FACS)检测 移植后4~6周取存活鼠外周血、股骨、胸腺和脾脏制成1×106 NC的细胞悬液后即记数、检测。直接法标记抗人CD45-FITC、抗人CD34-FITC、抗人CD2-FITC,间接法标记抗人CD19-PE,同时设阴性对照。各抗体均由本校长征医院实验科提供。

    1.5.2 人CFU-GM培养 参照文献[1,2]方法,取移植后4~6周SCID小鼠骨髓MNC 2×105,在含30% FBS,10% BSA,人重组GM-CSF 150 U/ml,1.35% 甲基纤维素和RPMI 1640液的培养基中,37℃,5% CO2及饱和湿度条件下培养14 d后计数。集落经洗涤后以FACS检测鉴定人源性。

    1.5.3 病理学检查 取照后4~6周存活小鼠足垫皮肤、肝脏、小肠等脏器,作GVHD病理检测。
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    1.6 统计学处理 LYSIS-Ⅱ软件处理数据,各计量资料组间比较用F检验。

    2 结 果

    2.1 SCID小鼠存活情况 照射剂量率1.0 Gy/min,剂量4.0 Gy时,80%(12/15)小鼠死亡;3.5 Gy时,61%(11/18)小鼠死亡。剂量率2.0 Gy/min,剂量4.0 Gy时,44%(7/16)小鼠死亡;3.5 Gy时,33.3%(4/12)小鼠死亡。受鼠于照射后5~12 d死亡,高峰时间为照后第6天。照射对照组均死亡,空白组均存活至实验结束。

    2.2 植入证据及植入水平检测情况 表1为受鼠骨髓中人源性CD45,CD34抗原表达水平以及人CFU-GM存在的证据。其中一次移植NC 8×106与程序移植NC 1.6×106,其CD45,CD34水平相近(P>0.05);程序移植NC 8×106较其他两移植组植入水平高(P<0.05)。同时,各移植组均检测出人CFU-GM,进一步用抗人CD45-FITC标记、FACS检测鉴定为人源性。
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    表1 预处理后SCID鼠骨髓中人脐血细胞移植水平

    Tab 1 Engraftment levels of UCB cells in BM

    of the pretreated SCID mice () Group

    n

    CD45+ cell

    (%)

    CD34+ cell

    (%)

    huCFU-
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    GM

    HCBT NC 8×106

    10

    10.25±1.85*

    1.22±0.13*

    +

    HCBST NC 1.6×106

    7

    12.7±1.09*

    1.36±0.27*

, http://www.100md.com     +

    HCBST NC 8×106

    7

    18.5±2.75

    2.09±0.34

    +

    HCBT:Human cord blood transplantation;HCBST:Human cord blood schedule transplantation;*P<0.05 vs HCBST NC 8×106

    表2为植入的人脐血细胞部分表型及分布检测结果。植入细胞以CD45+细胞计,则在骨髓中最高,在脾脏与外周血中相近,而骨髓中人的细胞又以代表B细胞的CD19+亚型为主;CD45在胸腺中大多不表达,或有表达者以代表T细胞的CD2亚型为主;CD19在骨髓、脾脏及外周血中均表达,虽然个体差异较大,但又以脾脏为最高。CD34在骨髓中表达最高,而在外周血中几乎不表达。同时程序移植脐血NC数量降低至1/5,CD19+细胞水平相近;程序移植NC未减少的情况下,CD19表达增高与一次移植组相差显著(P<0.05),这与表1结果也一致。另外,这种CD19,CD2抗原的表达亦提示其免疫功能得到了恢复。
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    表2 植入的人脐血细胞部分表型及分布

    Tab 2 Phenotype and distribution of UCB cells in hematopoietic tissues of SCID mice after HCBT () Group

    n

    CD45+ cell(%)

    CD19+ cell(%)

    BM

    Spleen

    PB
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    BM

    Spleen

    PB

    HCBT NC 8×106

    10

    10.25±1.85*

    8.30±5.26*

    5.52±1.17*

    4.50±2.55*

    6.33±2.40*

, 百拇医药     3.30±2.07*

    HCBST NC 1.6×106

    7

    12.7±1.09*

    9.71±4.23*

    5.07±2.59*

    5.44±2.21*

    7.26±3.60*

    4.72±1.61*

    HCBST NC 8×106
, 百拇医药
    7

    18.5±2.75

    13.2 ±9.70

    9.76±2.48

    7.71±5.38

    10.13±6.28

    8.11±4.78

    *P<0.05 vs HCBST NC 8×106; BM: Bone marrow; PB: peripheral blood

    2.3 GVHD发生情况

    2.3.1 大体改变 存活鼠未见明显消瘦、脱毛、腹泻等典型表现。剖视肝脏、脾脏均较空白组明显增大,但未见其他组织器官明显损害。
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    2.3.2 组织学检查 从病理切片可见,部分受鼠脾脏、肝脏、爪垫仅可见轻度淋巴细胞浸润,无坏死或萎缩,各实验组均无严重GVHD。

    3 讨 论

    C.B-17SCID小鼠是一种T,B淋巴细胞联合免疫缺陷小鼠,但其骨髓造血微环境及造血基质完整无损,故能支持异基因细胞的植入和生长。又因器官组织对放射线特别敏感,约比正常小鼠高2~3倍[5],所以人们摸索出以亚致死剂量3.5~4.0 Gy放射线照射,但均未提及照射剂量率。本实验结果初步提示在移植条件相同的情况下,一定范围内照射剂量与动物死亡率变化趋势一致;又在一定剂量下,照射剂量率与死亡率亦呈一致变化,故考虑死因为放射诱导的急性放射病所致。但剂量率与人脐血细胞植入率的关系尚待进一步研究。

    以往的实验研究表明,骨髓程序移植可充分利用造血干细胞受放/化疗而致增殖期死亡所腾出的龛位,从而提高了植入率[3,4]。本实验以人脐血-SCID小鼠移植模型进一步比较了一次性移植与程序移植同等数量或降低至1/5数量的脐血细胞移植效果,结果进一步证实程序移植优于一次性移植,无疑给目前成人脐血移植这一难题带来了希望:有限量的一份脐血有望满足一个成人的需要。另外本实验也进一步证明了程序移植促进了造血干细胞的归巢,与目前荧光屏标记如PKH-26等方法测定归巢[6]相比,该法更为直接、影响因素少,因此也能作为研究干细胞归巢的较好模型。
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    关于脐血纯度问题,文献报道脐血全血与MNC移植水平相近[2],国外亦有人比较了脐血未分离细胞、CD34+与CD34+CD38-细胞的植入率,结果前两者水平相当,而后者受鼠中CD34+细胞检出水平降低至1/10[7]。并且从临床应用来说,脐血并不是越纯化越好,所以我们采用脐血全血移植的方法。此外我们亦未用人重组的细胞因子等辅助措施,推测脐血的植入及生长可能为脐血中含某些细胞,如CD8+T细胞能在小鼠体内产生细胞因子,或者脐血造血祖细胞具有内在性增殖潜能,以自分泌的方式提供自身的细胞因子,亦可能SCID小鼠基质微环境特别适合这种人的细胞生长[1]。本模型GVHD的发生也间接证明了干细胞的植入,但其发生率及严重程度与文献报道人骨髓细胞移植SCID小鼠所致GVHD相比均较低,分析其原因有:(1) SCID小鼠自身的T,B淋巴细胞缺陷;(2)程序移植降低了带入宿主的淋巴细胞数;(3)脐血淋巴细胞免疫活性低,容易克服组织相容性障碍,而易于植入,而且HLA-DR抗原在受体内始终处于低水平表达;(4)深低温保存脐血亦降低了辅助性T细胞的抗原表达,或降低了脐血的免疫活性-冷冻艾滋病效应(refrigeration-AIDS);(5)脐血相对纯净,不含病毒、肿瘤细胞等,从而避免了异基因细胞的污染所致的GVHR或GVHD等。
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    总之,冻存全脐血、程序移植及SCID小鼠三者一体地发挥了本实验的优势。程序移植充分利用了有限数量的脐血,能满足成人造血干细胞移植的需要,因而更有针对性地优化了脐血的移植方案,为临床脐血移植的应用带来了新的希望。

    文章编号:0258-879X(1999)10-0783-03

    参考文献

    1 Hogan CJ, Shpall EJ, McNulty O, et al. Engraftment and development of human CD34+-enriched cells from umbilical cord blood in NOD/LtSz-scid/scid mice[J]. Blood, 1997, 90(1): 85

    2 Vormoor J, Lapidot T, Pflumio F, et al. Immature human cord blood progenitors engraft and proliferate to high levels in severe combined immunodeficient mice[J]. Blood, 1994, 83(9):2489
, 百拇医药
    3 Rao SS, Peters SO, Crittenden RB, et al. Stem cell transplantation in the normal nonmyeloablated host: relation between cell dose, schedule, and engraftment[J]. Exp Hematol, 1997, 25(2):114

    4 项莺松,杨如俊,杨 平, 等. 骨髓细胞-80℃保存及其程序移植的实验研究[J]. 第二军医大学学报,1999,20(2):69

    5 Phillips RA, Spaner DE. The SCID mouse: mutation in a DNA repair gene creates recipients useful for studies on stem cells, lymphocyte development and graft-versus-host disease[J]. Immunol Rev, 1991, 124: 63
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    6 Hendrikx PJ, Martens CM, Hagenbeek A, et al. Homing of fluorescently labeled murine hematopoietic stem cells[J]. Exp Hematol, 1996, 24(2): 129

    7 Verstegen MM, van Hennik PB, Terpstra W, et al. Transplantation of human umbilical cord blood cells in macrophage-depleted SCID mice: evidence for accessory cell involvement in expansion of immature CD34+ CD38- cells[J]. Blood, 1998, 91(6):1966

    (1999-05-21收稿,1999-08-16修回), 百拇医药