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编号:10275515
干细胞因子与白介素-3联合对小鼠骨髓细胞体外扩增作用及其造血重建的影响
http://www.100md.com 《首都医科大学学报》 1999年第3期
     作者:万岁桂 刘聪艳 路继莲 孙雪静 邵文硕 田丁

    单位:首都医科大学宣武医院血液科

    关键词:造血生长因子;扩增;造血重建

    首都医科大学学报/990306 提要: 采用集落培养的方法研究了干细胞因子(SCF)联合白介素-3(IL-3)对小鼠5-氟尿嘧啶(5FU )处理3 d的骨髓细胞(d3-5FU-BMC)的体外扩增作用及其对致死量照射小鼠造血重建功能的影响。SCF单独应用使体系中粒-巨噬细胞集落形成单位(GM-CFU)和高增殖潜能集落形成单位(HPP-CFU)分别增加了(24.2±6.1)和(1.5±0.3)倍(P<0.05)。SCF与IL-3联合应用时GM-CFU和HPP-CFU分别是新鲜d3-5FU-BMC的(30.5±9.5)和(13.6±4.5)倍(与单用SCF组比较P分别大于和小于0.05)。小鼠骨髓移植实验结果表明:SCF、SCF+IL-3体外扩增的d3-5FU-BMC移植给经致死量照射的受体小鼠后,外周血细胞计数恢复时间比输新鲜d3-5FU-BMC组缩短1~5 d,SCF+IL-3组不仅血细胞计数恢复最快,并使移植所需的骨髓细胞数减少90%以上。结果提示:SCF单用对骨髓细胞有扩增作用,并且与IL-3有协同作用;体外扩增的骨髓细胞能加速移植受体的早期造血重建,同时能减少移植所需的骨髓细胞数。
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    中图分类号: R617; R551.3

    Influence of Stem Cell Factor Combined with Interleukin-3 on Expansion in Vitro

    of Murine Bone Marrow Cells and its

    Hematopoietic Reconstitution Capacity

    Wan Suigui, Liu Congyan, Lu Jilian, Sun Xuejing, Shao Wenshuo, Tian Ding

    Dept. of Hematology, Xuanwu Hospital, Affiliate of Capital University of Medical Sciences
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    Abstract: Investigation was carried out on the effects of stem cell factor (SCF) in combination with interleukin-3(IL-3) on expansion of mice 5FU treated 3 days′ bone marrow cells(d3-5FU-BMC )in vitro using the method of colony culture and hematopoietic recovery in lethally irradiated mice transplanted with the expanded cells .The result demonstrated that the number of granulocyte-macrophage colony forming units(GM-CFU) and high proliferative potential colony forming units(HHP-CFU) increased (24.2±6.1) fold and (1.5±0.3) fold(P<0.05) respectively compared with the control group when SCF was used alone.When SCF combined with IL-3,the number of GM-CFU and HHP-CFU was (30.5±9.5) (P>0.05 compared with SCF alone)and (13.6±4.5) times of that of the control group(P<0.05 compared with SCF alone). The result of mice bone marrow cells transplantation experiment demonstrated that the number of recipients’ peripheral blood cells which received lethally irradiation transplanted with expanded d3-5FU-BMC with SCF,SCF+IL-3 recovered earlier by 1-5 days than the control group.Not only the number of the peripheral blood cells of SCF+IL-3 group recovered the earliest,but also the number of transplanted cells were reduced more than 10 folds. The result suggested that SCF had an effect on expansion of mice bone marrow cells in vitro.There was synergistic effect between SCF and IL-3.The expanded bone marrow cells could accelerate early hematopoietic reconstitution and reduce the number of transplanted cells.
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    Key words: hematopoietic growth factor; expansion; hematopoietic reconstitution

    骨髓移植(BMT)是治疗恶性血液病、重型再生障碍性贫血、免疫缺陷病等的一种有效方法,移植中回输的造血干细胞(HSC)数量是BMT成功的最基本要素。我们应用体外集落培养的方法,研究干细胞因子(SCF)与白介素-3(IL-3)联合对小鼠骨髓细胞的体外扩增作用,并进一步观察了体外扩增的骨髓细胞对致死量照射的小鼠造血重建能力的影响。

    1 材料和方法

    1.1 材料

    实验动物为8~12周龄的清洁级近交系BALB/c小鼠(医科院血液学研究所动物室提供),性别不限。致死量照射后的小鼠单独放入层流架内喂养,以便计数死亡数,予消毒的食物和水喂养。
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    SCF和IL-3均购自上海贝特生物技术有限公司,白介素-1β(IL-1β) 和巨噬细胞刺激因子(M-CSF)购自Sigma公司。

    1.2 d3-5FU-BMC悬液的制备

    BALB/c小鼠(每次实验至少3只)腹腔注射5-氟尿嘧啶(5FU)1次,剂量为150 mg/kg。喂养3 d后颈椎脱臼处死,立即取出双侧股骨,1640培养液冲洗骨髓腔,4号针头过滤制成单个细胞悬液,计数有核细胞数,调整细胞含量备用。

    1.3 小鼠骨髓细胞体外半固体培养

    粒-巨噬细胞形成单位(GM-CFU)培养:制备好的小鼠骨髓细胞加入含20%胎牛血清(FCS)、20%植物血凝素A刺激的小鼠脾细胞条件培养液(PHA-SCM)、0.3%琼脂的IMDM培养液1.0 mL中,其细胞终含量为1×108 L-1。混匀后接种于24孔板中,每组设3个平行孔,置于CO2孵箱中培养。7 d后在倒置显微镜下计数集落数(每个集落细胞数>40个)。
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    高增殖潜能集落形成单位(HPP-CFU)培养:5FU处理3 d的骨髓细胞(d3-5FU-BMC)加入含20%FCS、1%牛血清白蛋白(BSA)、1.0 ng IL-3,50 ng IL-1β,80 U M-CSF、0.9%甲基纤维素的IMDM培养液1.0 mL中,其细胞终含量为5×107 L-1。混匀后接种于24孔板中,每组设3个平行孔,置于CO2孵箱中培养。14 d后在倒置显微镜下计数集落数,直径>0.5 mm者为HPP-CFU。

    1.4 d3-5FU-BMC体外短期液体培养

    d3-5FU-BMC加入含20%FCS、100 ng SCF和(或)1.0 ng IL-3的IMDM培养液1.0 mL中,细胞终含量为1×109 L-1。混匀后接种于24孔板中,置于CO2孵箱中培养。7 d后收集有核细胞,再移种GM-CFU、HPP-CFU(方法同上)。
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    1.5 骨髓细胞移植

    骨髓细胞回输:BALB/c小鼠(每组5只)给予8.0 Gy全身照射(剂量率为103 cGy/min)后2~3 h,由尾静脉输入新鲜或体外给与SCF、SCF +IL-3共同培养7 d的d3-5FU-BMC,回输的细胞数分别为:SCF组为5×105;SCF+IL-3组包含4组:1组5×105、2组1×105、3组1×104,4组5×103。新鲜d3-5FU-BMC组分2组:1组5×105;2组1×105。输入的液体量为0.2 mL/只,空白对照组每只输入0.2 mL IMDM培养液。

    血常规:骨髓细胞回输后每天采眼静脉血做血常规。

    1.6 统计学分析
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    结果采用均值或均值±标准差计算。 统计学分析采用医学统计软件BAS-STA两样本均数间t检验,P<0.05有显著差异。

    2 结果

    2.1 SCF与IL-3单独或联合应用对d3-5FU-BMC的扩增作用

    SCF与IL-3单独或联合应用对d3-5FU-BMC的GM-CFU的影响:如图1所示,单用SCF组的GM-CFU明显增加,是新鲜d3-5FU-BMC组的(24.2±6.1)倍(P<0.05);SCF+IL-3组的GM-CFU是新鲜d3-5FU-BMC组的(30.5±9.5)倍,但与SCF单用组比较无显著性差异(P>0.05)。

    SCF与IL-3单独或联合应用对d3-5FU-BMC的HPP-CFU的影响:如图1所示,单用SCF、IL-3组的HPP-CFU分别为新鲜d3-5FU-BMC组的(1.2±0.3)倍和(1.5±0.3)倍;SCF+IL-3组的HPP-CFU是新鲜d3-5FU-BMC组的(13.6±4.5)倍,与单用SCF、IL-3组比较,均有显著性差异(P均<0.05)。
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    图1 SCF与IL-3对d3-5FU-BMC的体外扩增作用

    2.2 骨髓细胞移植后血象恢复情况

    在液体培养体系中d3-5FU-BMC与SCF、SCF+IL-3 共同培养7 d,回输给致死量照射的小鼠,移植后小鼠血红蛋白、白细胞数和血小板数的变化分别见图2、3、4。空白对照组和1×105新鲜d3-5FU-BMC 2组均于照射后8~10 d死亡。SCF组、SCF+IL-3 1组、2组和3组血红蛋白水平均明显高于新鲜d3-5FU-BMC 1组;SCF+IL-3 4组稍低于新鲜d3-5FU-BMC 1组。新鲜d3-5FU-BMC 1组、SCF组、SCF+IL-3 1组、2组和3组的白细胞数均于移植后第6天降至最低点,分别于移植后第12、9、7、9和第12天达1.0×109 L-1水平;血小板数降至最低点的时间均为移植后第8天,达100×109 L-1水平的时间分别为移植后第12、10、9、10和第11天。
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    图2 移植后血红蛋白的变化

    2.3 骨髓细胞移植后小鼠存活情况

    共做2次移植实验,每次每组5只小鼠,每组骨髓细胞移植后小鼠死亡情况见表1。

    图3 移植后白细胞数的变化

    图4 移植后血小板数的变化

    表1 骨髓细胞移植后小鼠死亡数 组别

    死亡数/只

    空白对照组
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    10

    d3-5FU-BMC 1组

    5

    d3-5FU-BMC 2组

    10

    SCF组

    1

    SCF+IL-3 1组

    0

    SCF+IL-3 2组

    0

    SCF+IL-3 3组

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    SCF+IL-3 4组

    1

    3 讨论

    大量的研究结果表明SCF在液体培养体系中对纯化或部分纯化的HSC的增殖没有或仅有轻度刺激活性,当与其他细胞因子联合时,有协同作用,体系中的有核细胞数、粒系祖细胞、HPP-CFU等明显增多[1~4]。本研究SCF与IL-3联合时,GM-CFU和HPP-CFU比单用SCF组明显增多,与文献报道的相似。越早期的HSC对IL-3越敏感[5],随着HSC向下分化,敏感性逐渐减低。本研究SCF+IL-3对HPP-CFU的扩增效应比GM-CFU强,可能与IL-3对不同阶段的HSC敏感性不同有关。

    在体外实验的基础上,进一步观察了体外扩增的d3-5FU-BMC对致死量照射小鼠早期造血重建功能的影响。在液体培养体系中,SCF、SCF+IL-3分别与d3-5FU-BMC共同培养7 d后,回输给致死量照射的小鼠,移植受体的外周血细胞计数快速恢复(图2~4)。SCF、SCF+IL-3和新鲜d3-5FU-BMC组比较,SCF+IL-3组外周血细胞计数恢复最快,新鲜d3-5FU-BMC组最慢。Muench等报道[6]:新鲜d1-5FU-BMC、SCF+IL-1体外扩增的d1-5FU-BMC和新鲜d8-5FU-BMC含有相同数量的HPP-CFU、CFU-S,而新鲜d1-5FU-BMC的LPP-CFU明显低于SCF+IL-1体外扩增的d1-5FU-BMC和新鲜d8-5FU-BMC。分别将数目相同的上述3种细胞回输给致死量照射的小鼠,d1-5FU-BMC的早期造血重建明显落后于后两者,因此认为移植后早期造血重建与较成熟的HPP-CFU密切相关。本实验SCF+IL-3体外扩增的骨髓移植后早期造血重建提前可能与细胞因子有促进HSC向下分化的作用有关。本研究结果还显示SCF+IL-3能明显减少移植所需的骨髓细胞数,而造血重建功能不受影响。
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    本研究结果表明: SCF单独对骨髓细胞无明显的扩增作用, SCF与IL-3联合时扩增作用明显增强。体外扩增后的骨髓细胞能减少移植所需的骨髓细胞数和加速移植受体的早期造血重建,减少移植后早期死亡。参考文献

    1.Hao Q L, Thiemann F T,Petersen D, et al. Extended long-term culture reveals a highly quiescent and primitive human hematopoietic progenitor population. Blood,1996,88:3306

    2.Brandt J E, Bhalla K, Hoffman R. Effects of interleukin 3 and c-kit ligand on the survival of various classes of human hematopoietic progenitor cells. Blood, 1994, 83:1507
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    3.Neben S, Donaldson D, Sieff C, et al. Synergistic effects of interleukin 11 with other growth factors on the expansion of murine hematopoietic progenitors and maintenance of stem cells in liquid culture. Exp Hematol, 1994, 22: 553

    4.Kobari L, Giarratana M C, Poloni A, et al. Flt3 ligand, MGDF, EPO and G-CSF enhance ex vivo expansion of hematopoietic cell compartments in the persence of SCF,IL-3 and IL-6.Bone Marrow Tranplantat,1998,21:759
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    5.Koike K, Ihle J N, Ogawa M, et al. Declining sensitivity to interleukin-3 of murine multipotential hematopoietic progenitors during their development: Application to a culture system that favors blast cell colony formation.J Clin Invest,1986,77:8942

    6.Serrano F, Varas F, Bernad F, et al. Accelerated and long-term hematopoietic engraftment in mice transplanted with ex vivo expanded bone marrow. Bone Marrow Transplant, 1994, 14: 855

    收稿日期:1998-09-17, 百拇医药