微环境 干细胞 抗体 白血病科研新焦点

在干细胞治疗领域，造血干细胞移植治疗白血病已成为成熟技术。然而在研究者眼中，这一领域未解的谜团仍然数不胜数。为此，我国血液学领域唯一的实验血液学国家重点实验室——中国医学科学院血液学研究所进行了大大小小100多项研究，其中以“干细胞”、“肿瘤/白血病”、“微环境”为关键词的几项研究格外引人注目，加上专家精选的国外同行的研究，相信这样的精彩会让我们大开眼界！


　　诱导多能干细胞记忆难消

　　国际著名干细胞专家Irving L. Weissman和G. Q. Daley在《Nature》上发表文章称，诱导的多潜能干细胞在表观遗传学上具有记忆。

　　体细胞核移植和基于转录因子的重编程，都能将体细胞恢复到胚胎干细胞的状态，并形成全身各组织的多潜能性干细胞。这两种不同的重编程方法通过不同的机制和动力学重新设定基因组甲基化的水平（影响基因表达的DNA表观遗传修饰）。由此，研究者认为这两种方法形成的多潜能干细胞可能具有不同的特性。在这篇文章中，他们发现基于转录因子的成体小鼠组织产生的多潜能干细胞，在传代次数少的情况下保留原有组织残存的DNA甲基化特性，这促使他们更偏向于向供体细胞相关的细胞系进行分化，因此限制了细胞向其他方向分化的命运。这种对供体组织残存的表观遗传学记忆效应在分化过程、重编程过程或是通过针对诱导多功能干细胞（iPS）染色体修饰的药物都可以重新恢复。然而通过核移植形成的多潜能干细胞与iPS却十分不同。与iPS相比，通过核移植形成的多潜能干细胞无论在分化过程中还是甲基化过程中都更贴近于胚胎干细胞。

　　点评：由于可能会提供针对个人的干细胞治疗方法，因此将成体细胞诱导成多潜能性干细胞被认为是再生医学的一个重大突破。然而，这篇文章证实了iPS细胞对原有组织保留了记忆功能，这一功能可能影响到iPS细胞在疾病模型或治疗模型分化方向的应用，同时也提示iPS细胞可能更容易向来源组织分化。这项研究表明我们对干细胞表观遗传学差异的认识仍然有限，而重编程方法有待进一步改进。 （刘延风）



　　肿瘤微环境改变正常造血干细胞

　　干细胞是具有自我复制和多向分化潜能的细胞，是组织器官的起源与再生细胞，其研究已成为目前生物医学最受关注的热门研究领域。

　　在白血病发病过程中，白血病细胞恶性克隆逐步确立，同时正常造血功能逐渐丧失。我们与世界先进实验室同步从细胞、分子水平研究白血病发病过程中白血病微环境对正常造血干细胞的影响。

　　我们的结果阐明在Notch1诱导的小鼠淋巴细胞白血病发病过程中，正常干、祖细胞在动力学和功能方面发生了重大改变，白血病环境对造血干、祖细胞的影响是不同的。正常造血干细胞在白血病环境下处于静止状态，但二次移植后造血重建能力却更强；正常造血祖细胞在白血病环境下快速增殖直至衰竭。进一步研究发现，白血病环境下的造血干细胞多种基因表达水平发生了改变。这些结果说明，在白血病环境下造血干细胞的功能受到可逆性抑制，该研究为探索白血病的发病机制和过程，进而为研究肿瘤微环境在肿瘤发生、发展中的作用提供了有益的实验基础。

　　点评：肿瘤发展过程中逐渐形成有利于肿瘤细胞生存的微环境，即肿瘤微环境，它与正常细胞间的相互作用在肿瘤的发展中起着十分重要的作用。探索白血病微环境对正常造血干细胞的作用机制，不仅可从正常干细胞角度阐明白血病发展规律，为白血病的控制、治疗提供重要的理论依据，而且也为其他肿瘤的诊断、治疗研究提供了必要的方法和有益的借鉴。该项成果发表在国际权威刊物《Blood》上。（郑国光）



　　遗传学打击诱发白血病

　　在细胞的生命周期中经常受到DNA损伤，轻度的损伤可以被修复，但是重度广泛的损伤则有致癌的危险。因此生物体需要清除危及生命的细胞，这个过程通常由细胞的凋亡程序来调控，这种细胞命运的抉择则依赖于p53。

　　我所研究人员发现，iASPP是一种p53结合蛋白，抑制p53对其靶基因Bax和p21的转录激活。iASPP在急性白血病的表达中升高，使用逆转录病毒载体将iASPP转导入小鼠骨髓细胞，回输给小鼠，可以引起白血病的发生。为进一步阐明iASPP引发白血病的机制，我们建立了iASPP转基因小鼠，发现iASPP可使造血干细胞数量增加，凋亡减少。但是，iASPP同时可使造血干细胞累积的DNA损伤显著增多。目前，人们正在研究iASPP的调控网络。

　　点评：白血病细胞来源于造血细胞，造血细胞转变为白血病细胞是一个多步骤的过程，至少经历了两次遗传学打击，使造血细胞分化发育受阻，增殖能力提高，凋亡减少。对白血病发生中遗传学打击事件的研究可以认识白血病的发生机制，并且为白血病的治疗和干预提供新的思路。

　　我们研究发现iASPP和AML1a可以使造血细胞凋亡或分化受阻，导致白血病的发生，是白血病发生过程中遗传学打击事件之一。（王  敏）



　　造血干细胞需要低氧微环境

　　国际知名干细胞学家Toshio Suda领导的小组近期发现低氧环境及低氧诱导因子（HIF-1α）对造血干细胞静息状态的维持起着至关重要的作用，相关实验结果发表在国际著名杂志《Cell Stem Cell》上。

　　研究人员首先应用HIF-1α缺陷型的骨髓细胞移植致死剂量照射过的受体小鼠进行造血重建。第一次移植后，发现受体小鼠外周血嵌合率升高，干细胞的嵌合率降低，这表明HIF-1α缺陷型的静息造血干细胞正在逐渐减少。在第二次骨髓移植后，发现HIF-1α缺陷型的骨髓细胞已经失去了造血重建的能力。以上实验说明，HIF-1α的缺失严重影响了造血干细胞功能。为了进一步研究HIF-1α的功能，作者利用HIF-1α蛋白的E3泛素化连接酶VHL缺陷型小鼠进行骨髓移植，发现VHL蛋白的不同缺陷型对干细胞的功能有着不同的影响。由于VHL蛋白的不同缺陷型会造成HIF-1α表达的量不同，因此，进一步说明HIF-1α量的变化也会对造血干细胞的功能造成影响。

　　作者通过以上实验证明，骨髓微环境中的低氧条件通过其诱导的HIF-1α蛋白，严密调控着造血干细胞的功能。

　　点评：众所周知，造血干细胞维持在体内的一个特定的微环境——干细胞龛（niche）中，体内的诸多因素均会对干细胞龛产生影响。在这诸多因素中，干细胞龛所在区域的低氧环境对于造血干细胞的维持起着至关重要的作用。本文则进一步发现了低氧环境及HIF-1α对干细胞静息状态进行着极其精细的调控。文中作者利用HIF-1α缺陷型的小鼠发现，失去HIF-1α的造血干细胞将不能继续维持其静息状态。在骨髓移植、衰老等各种压力下，造血干细胞的数量将急剧减少，而这一现象的发生与细胞周期蛋白激酶抑制因子Ink4a/Arf密切相关。同时作者通过对HIF-1α的E3泛素化连接酶VHL进行研究发现，HIF-1α在造血干细胞内量的变化将会对干细胞的命运产生不同甚至截然相反的影响。因此可以表明，HIF-1α对造血干细胞的调控是极其严密和精细的。

　　HIF-1α在造血干细胞周期调控中所起的重要作用拓宽了我们对造血微环境的理解，使我们对低氧环境如何影响干细胞有了更深刻的认识。这将有助于我们改变以往体外培养扩增造血干细胞的策略，为最终成功扩增造血干细胞提供有力的支持。（张英驰）



　　血液肿瘤靶向治疗让抗体带路

　　靶向治疗是肿瘤治疗的研究热点，抗体因其特异的靶向性，已成为肿瘤靶向治疗的重点研究领域，取得了令人振奋的临床治疗效果。我们的实验室建立了人鼠嵌合抗体片段Fab、F(ab’)2和微型双功能抗体技术平台，研制出抗CD20嵌合抗体片段Fab和F(ab’)2、抗CD20抗肿瘤烯二炔强化抗体融合蛋白Fab-LDM、抗CD3/抗CD20微型双功能抗体和抗Pgp/抗CD3微型双功能抗体等基因工程抗体，证明其对CD20+或Pgp+的肿瘤细胞生长具有明显的抑制作用。此外还发现共刺激分子4-1BBL胞膜外区蛋白能增强微型双功能抗体介导T淋巴细胞对CD20+或Pgp+肿瘤细胞的杀伤作用。

　　点评：化疗是血液肿瘤治疗的常用方法之一，常规的化疗药物一般为细胞毒药物，缺乏特异的选择性，肿瘤细胞一旦对化疗药物产生耐药，尤其是对多药耐药，常常导致血液肿瘤化疗的失败和复发。因此，人们尝试对肿瘤细胞进行更为精细的靶向治疗，其中抗体靶向治疗是近十余年来在临床肿瘤治疗中最成功的策略。

　　1997年美国FDA批准人鼠嵌合抗CD20抗体Rituxan用于治疗非霍奇金淋巴瘤（NHL）。临床研究显示，其不但对初治的NHL有效，而且对难治和复发的NHL同样有效，与化疗联用，疗效进一步提高。目前已有十余种抗体用于肿瘤的临床治疗，其中几个抗体已成为重磅炸弹级药物，显示出良好的发展前景。我们实验室研制的一系列基因工程抗体，为血液肿瘤治疗奠定了实验基础，同时我们实验室建立的有关抗体技术平台，将进一步推动基于抗体的肿瘤治疗新策略的研究。（熊冬生）



　　RUNX1/AML1是一种重要的转录调节因子，在造血细胞中普遍表达，调节造血细胞的分化和增殖。RUNX1/AML1通过选择性剪接产生至少三种异构体：AML1a、AML1b和AML1c。

　　AML1a通常不具有转录激活功能，但可以与AML1b/1c竞争结合靶基因的DNA结合位点，导致靶基因不能正常转录。我们之前的研究发现，AML1a的高表达可能造成造血细胞的恶性转化，导致白血病发生。为证实这一推测，我们通过逆转录病毒感染将AML1a转导入小鼠骨髓细胞中，观察它对造血的影响。结果显示，AML1a可以抑制小鼠造血细胞的增殖分化，并使小鼠发生白血病，生存期缩短，肝、脾肿大，表明AML1a在白血病的发生中发挥着重要作用。

A.小鼠生存曲线。B.对照小鼠（上）与AMLa转导组小鼠脾脏（下）。C. 对照小鼠（右）与AMLa转导组小鼠肝脏（左）。（王  敏）