脐带血临床应用研究进展

范维 周海洋

1988年10月，世界第一例脐带血移植（umbilical cord blood transplantation，UCBT）在法国巴黎圣路易斯医院完成，Gluckman教授和Broxmeyer教授等用5岁范可尼患儿胞妹的脐带血开展造血干细胞移植[1]，该患儿临床症状完全治愈，生存至今[2]。1989年，美国印第安纳大学医学院Broxmeyer教授等在美国科学院院报（Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America，PNAS）发表的文章首次提出，一份脐带血含有丰富的造血干细胞和造血祖细胞可供临床使用，这对脐带血的临床应用提供了极大的鼓舞和支持，也为脐带血大规模存储及广泛应用奠定了理论基础[2]。1993年，全球第一家脐血库在纽约建立，脐带血的储存量逐年增加。目前，接近100万份脐带血储存在40多个国家的公共脐血库（数据来自World Marrow Donor Association, WMDA）；接近500万份脐带血储存在100余个国家的自体（家庭）脐血库[2,3]。1996年，我国第一家由卫生部批准的脐血库北京库成立，此后在国家卫生部批准下成立广东库、浙江库、山东库、天津库、上海库、四川库，全国共7家脐血库，共储存了接近200万份脐带血。据不完全统计，全球脐带血移植已超过5万例（WMDA），国内脐带血移植接近15 000例，用于临床上100余种疾病的治疗[3]。

随着临床上的广泛应用和科研工作者们对脐带血的深入研究，脐带血不仅仅被用于治疗血液系统疾病，也被广泛地用于各种免疫缺陷、代谢性疾病、神经系统疾病的治疗，以及用于开展再生医学领域的研究。本文旨在对脐带血在国内外临床应用研究的最新进展进行综述，使得相关从业人员对脐带血的前沿应用情况有一个更好的了解。

1 脐带血的应用领域

1.1 异基因脐带血移植

1.1.1 血液病：脐带血含有丰富的造血干细胞，在临床上被广泛地应用于急/慢性白血病、再生障碍性贫血（aplastic anemia, AA）、地中海贫血、血红蛋白病、骨髓增生异常综合征（myelodysplastic syndromes, MDS）等血液疾病的治疗。1990年，美国开展了第一例UCBT治疗儿童白血病[4]，随后在1995年开展了第一例UCBT治疗成人白血病[5]。随着在临床上的广泛开展，UCBT在诸多方面已显示出优于骨髓及外周血干细胞移植的特性。据Eapen等报道，使用无关供者来源造血干细胞治疗白血病，行UCBT患者中性粒细胞累积植入率约为80%，血小板累积植入率约为65%，2年总生存率达到47%左右，患者的移植物抗宿主病（graft versus host disease，GVHD）发生率也较低[6]，治疗效果优于骨髓移植。一项对患急性髓系、淋巴细胞白血病或者MDS且首次接受无关供者造血干细胞移植患者的研究表明，对于移植前有微小残留病灶的患者，UCBT总生存期（overall survival，OS）与人类白细胞抗原（human lymphocyte antigen，HLA）相合的骨髓或外周血移植相当，显著高于HLA不全相合的骨髓或外周血移植。与此同时，UCBT的复发率显著低于骨髓或外周血移植[7]。中国第一个对比脐带血和外周血移植治疗急性白血病效果的多中心研究发现，UCBT（无ATG）与外周血移植患者OS相当，但使用UCBT（无ATG）方案患者发生慢性GVHD率更低，移植后的生活质量也更好[8]。此外，国内脐血移植量最多的中国科学技术大学附属第一医院汪丽钰等人对非血缘UCBT治疗急性髓系白血病（acute myeloid leukemia, AML）58例进行疗效分析，指出UCBT治疗AML安全有效，且慢性GVHD发生率和复发率均较低[9]。这些研究结果表明，UCBT治疗白血病优势明显，具有广泛的临床应用前景。

对于骨髓衰竭和血红蛋白病的治疗，UCBT似乎比骨髓移植取得更好的效果[2]。AA是一种骨髓衰竭性疾病，以贫血、出血、感染为主要表现。结合使用ATG和环孢素（CsA）的免疫抑制疗法是目前治疗AA的标准疗法，研究发现，在此基础上输注无关供者的脐带血能够很好地促进造血恢复，提高患者的存活率[10]。对于35岁以下诊断为重型AA的患者，异基因造血干细胞移植（allogenic hemapoietic stem cell transplantation，allo-HSCT）是首选方案，一项包含146例患者的研究表明，若无全相合的成年供者造血干细胞，单倍体+无关供者UCBT也被证实为一个可行的方案[11]。地中海贫血是一种遗传性珠蛋白合成障碍性贫血，东南亚为高发地区之一，我国广东、广西、四川多发。传统治疗地贫以输血为主，患者得不到根治，频繁的输血也给患者家庭带来巨大的经济负担。随着技术的进步，地贫已能通过allo-HSCT达到治愈，在没有合适的全相合相关供者情况下，UCBT也能获得很好的治疗效果。一位2个月大的重型β-地贫患儿在接受一份HLA 4/6相合的无关供者UCBT后100%供者嵌合，5年随访，患儿无病生存，生长发育正常，唯一的移植并发症自身免疫溶血性贫血，也在移植2年后痊愈[12]。目前，使用同胞或无关供者的脐带血治疗地贫已在多家移植医院开展，越来越多的地贫患儿通过UCBT得到治愈。一项多中心联合研究显示，相关供者UCBT治疗地贫，患者的OS显著长于无关供者UCBT。该研究亦发现，植入失败是影响UCBT治疗地贫效果的主要原因，而结合骨髓和脐带血进行移植可以很好地改善UCBT的预后[13]。阵发性睡眠性血红蛋白尿症（paroxysmal nocturnal hemoglobinuria，PNH）临床上主要表现为慢性血管内溶血，造血功能衰竭和反复血栓形成，被列入第一批罕见病目录，唯一的治愈方式为allo-HSCT[14]，无关供者脐带血是一个理想的造血干细胞来源。朱小玉等应用无关供者脐带血治疗一例PNH，获得理想效果，并建议对于反复发作的PNH患者，若无相合的成年供者，且患者无严重的重要脏器病变，可以选择强化清髓性预处理的UCBT进行治疗[15]。此外一项来自美国国际血液和骨髓移植研究中心（Center for International Blood and Marrow Transplant Research, United States，CIBMTR）关于多中心176例成年MDS患者行UCBT的数据表明，在没有全相合的同胞和无关供者情况下，选择UCBT可使患者获得更长的无病生存期，但其较高的移植相关死亡率对移植效果产生重要影响，这也是未来需要解决的问题之一[16]。

1.1.2 非血液病：2009年4月，中国的第一例脐带血移植在北京儿童医院完成，用于治疗1岁的神经母细胞瘤患儿。神经母细胞瘤是婴幼儿最常见的肿瘤，是儿童肿瘤的“癌中之王”。大剂量化疗后自体干细胞移植促进造血恢复是治疗神经母细胞瘤的常规疗法，外周血和骨髓是最常用的干细胞来源。近年来研究发现，脐带血也是一个治疗Ⅳ期神经母细胞瘤的很好的干细胞来源，而且其治疗效果被证明优于骨髓和外周血移植[17]。在内分泌领域，广东省第二人民医院的专家将脐带血干细胞用于糖尿病的治疗取得良好的成果。治疗结果显示脐带血干细胞输注对1型糖尿病合并系统性红斑狼疮患者有较好的治疗效果[18]，对2型糖尿病患者血糖的控制和β细胞功能的恢复都显示有一定的帮助[19]。在代谢领域，UCBT被用于粘多糖病的治疗，上海儿童医学中心近年来已开展多例应用，2018年7月北京京都儿童医院亦开展了一例UCBT治疗戈谢病的治疗。此外，Matthew等开展的一项历时15年的研究表明，行UCBT治疗早期婴幼儿克拉伯病可以延长患儿的生存时间并改善患儿运动功能[20]。

脐带血富含造血干细胞，可作为免疫重建的干细胞的重要来源，被用于湿疹、血小板减少伴免疫缺陷综合征（Wiskott-Aldrich syndrome，WAS），慢性肉芽肿病（chronic granulomatous disease, CGD），重症联合免疫缺陷病（severe combined immunodeficiency, SCID）等原发性免疫缺陷病（primary immunodeficiency，PID）的治疗[21]。在国内，2014年中国科学技术大学附属第一医院首次发表文章报道使用无关供者脐带血治疗一例儿童WAS，移植后患儿全身湿疹消失，无病生存[22]。东南大学附属中大医院对5例行单份脐带血移植治疗的患儿做回顾性分析得出，无关供者UCBT治疗WAS安全且效果明显[23]。Shekhovtsova等的研究表明，在没有全相合的成年干细胞供者的情况下，UCBT是治疗幼儿WAS的极佳选择[24]。2013～2016年复旦大学附属儿科医院实施了4例UCBT治疗SCID，结果显示采用清髓预处理方案行UCBT植入率高，患者发生的GVHD可控，疗效显著[25]。此外，2018年7月该院亦率先开展了一例UCBT治疗免疫缺陷病高IgE综合征。中国人民解放军总医院第六医学中心结合半相合造血干细胞（骨髓联合外周血）和allo-UCBT治疗26例CGD患儿取得较好效果[26]：在6～51个月的随访过程中，25个患儿存活，其中24个无病生存且NADPH水平恢复正常，患儿5年无事件生存率和总生存率分别达到（81±12）%和（89±10）%。台湾彰化基督教儿童医院给一位19个月大的CGD患儿实施allo-UCBT治疗，移植后患儿无病生存，健康成长[27]。这些成功的案例显示了UCBT治疗CGD方案的可行性和有效性。

最新研究亦发现，异基因脐带血来源间充质干细胞（hUCB-MSC）可改善患者膝关节炎，韩国128例全层软骨损伤患者接受膝骨打孔混合输入异基因hUCB-MSC和透明质酸，随访2年，发现该治疗方式无副作用且具有一定的效果[28]。hUCB-MSC也可以非常好地使软骨再生，在60岁以上的老年人膝中间室关节炎治疗上呈现出令人满意的效果[29]。

1.2 自体脐带血应用：国内脐带血储存分为公共库和自体库，国外则基本为家庭库（自体库）。公共库脐带血使用即通过配型使用他人捐献的脐带血，移植后患者会产生或轻或重的GVHD。自体脐带血使用则不需要配型，移植后也不会产生GVHD。国内外各领域的医学研究工作者对自体脐带血的应用进行了广泛的临床和实验研究，将自体脐带血的应用扩展到诸多领域。

近年来，自体脐带血被用于AA患儿的治疗，波兰科学家发表文章报道1例患儿在接受自体脐带血输注治疗后，达到完全缓解且恢复正常造血功能[30]。目前，中山大学附属孙逸仙纪念医院已经开展了5例自体脐带血治疗AA。2007年～2010年，美国CBR（cord blood registry）脐血库出库了11例脐带血用于储存者本身的1型糖尿病治疗，该治疗项目在美国佛罗里达大学Shands医院开展，已在Clinical Trials备案确认安全性和有效性，并经过FDA认证。此外研究显示，儿童神经性耳聋与神经认知功能损害相关，目前没有有效的方法可以进行修复性治疗。然而大量的研究表明，脐带血单个核细胞可部分改善患者的神经性耳聋症状。美国科学家对11例患有不同程度神经性耳聋的儿童静脉输注自体脐带血，观测输注过程患儿的反应，以及输注后的副作用发生情况和听力改变情况，结果表明自体脐带血输注治疗儿童神经性耳聋安全且可行，对患儿的听力情况有一定的改善[31]。作为脐带血应用的先驱，美国杜克大学Joanne Kurtzberg教授团队率先开展自体脐带血用于神经运动发育方面有缺陷的患儿的治疗研究，并推入临床试验。他们的研究结果表明自体脐带血对患儿缺氧缺血性脑病的治疗安全且有一定的效果[32]；二期临床试验显示自体脐带血的输注可以有效改善脑瘫患儿的大脑连接和粗大运动功能[33]；一期临床试验显示，自体脐带血输注6个月后，自闭症患儿的行为功能包括社交、标准词语表达、眼神聚焦等都会有所提高[34]。在国内，广东省妇幼保健院、深圳市儿童医院已开展自体脐带血治疗脑瘫、发育迟缓等精神运动发育疾病的研究项目，并已完成多例患儿的治疗，治疗后患儿在认知、运动、发音、互动等方面均有不同程度的改善。

2 脐带血应用的优势与挑战 脐带血是婴儿娩出断脐后从脐静脉中采集的血液，收集过程对母亲和新生儿无伤害。收集的脐带血于液氮深低温条件下储存，目前液氮深低温冷冻技术已经非常成熟，理论上可以长期保存脐带血。Broxmeyer教授等[35]的研究证实，脐带血造血干/祖细胞在保存超过20年后仍可保持其细胞活性。2015年3月，广东省脐血库1份冻存长达15年的脐带血，复苏活性高达94.2%，在广州南方医院儿科用于一例11岁急性髓细胞白血病女孩进行造血干细胞移植。与成人资源相比，脐带血的大量储存大大缩短了寻找供者的时间。在美国，通过骨髓捐献者组织寻找无关供者外周血和骨髓的平均时间为3～4个月，而找到匹配的无关供者脐带血的平均时间为12 d；在中国，一个工作日内，脐血库便可为患者完成公共库脐带血的匹配，超过99%的患者可以在脐血库匹配到4个以上位点相合的脐带血。尽管目前HLA 8/8相合的骨髓还是造血干细胞移植选择供者的金标准，在没有HLA相合的成年供者，病情危急的情况下，脐带血是一个极佳的选择，毕竟耽搁的时间极有可能会对治疗产生重要的影响。由于胚胎屏障的天然保护，脐带血受到病毒污染的可能性极低，因此引起受者的病毒性感染可能性也低于骨髓和外周血移植。此外，脐带血中的免疫细胞较为幼稚，免疫原性低，因此移植后引起的GVHD反应也较轻。诸多研究表明，UCBT可使患者获得与骨髓移植、外周血移植相当的存活率，却表现出更弱程度的Ⅱ～Ⅳ度GVHD[36,37]。临床治疗经验亦提示，脐带血与骨髓和外周血相比有较强的移植物抗白血病效应，以及较低的复发率[38]。美国国家骨髓移植项目/美国国际血液和骨髓移植研究中心（National Marrow Donor Program/Center for International Blood and Marrow Transplant Research, United States，NMDP/CIBMTR）的研究表明，对于骨髓和外周血移植，任何一个HLA（HLA-A,-B, -C，-DRB1）位点不合都可能严重缩短患者的OS，HLA相合数＜7/8的移植都无法使患者获得理想的OS。然而对于UCBT，美国血液和骨髓移植协会（American Society for Blood and MarrowTransplantation，ASBMT)的脐血配型指南指出，高分辨HLA相合数≥4/8即可获得较好的移植效果[39]。由此可知，UCBT对HLA相合的要求低于骨髓和外周血，这给脐带血的移植应用提供了更多可能性。由于每一位新生儿的脐带血量有限，因此每一份脐带血所含的造血干细胞和祖细胞的数量也是有限的。使用公共库脐带血行allo-UCBT，有限的造血干细胞和祖细胞会导致中性粒细胞和血小板植入和恢复的延迟，增加患者感染的概率和住院的时间，尤其对于成年患者而言，这些影响更为明显。因此，便有很多人质疑UCBT的实施效果，因为这个质疑，一直以来人们都觉得脐带血只适合小体重儿童移植使用。随着脐带血采集处理技术的进步，以及移植专家对脐带血应用的深入了解和移植方案的不断改进，UCBT越来越多地被用作成年人的治疗方案，单份脐带血已经可以满足成人的移植需求，并取得可喜的效果。截至2020年3月底，广东省脐血库公共库临床应用脐带血1 607份，患者最大体重达117 kg，其中成年患者（y≥18）占比46%，平均体重为59.8 kg；青少年患者（12＜y＜18）占比9%，平均体重为50.4 kg；儿童患者（y≤12）占比45%，平均体重为21.1 kg。

为了得到更好的治疗效果，有的专家会选择给患者行双份脐带血移植。双份脐带血移植最初的概念提出是为了评估体外扩增脐带血的安全性和有效性，输入第二份未扩增的脐带血作为安全措施，以防扩增的那份脐带血的植入能力降低。法国的一项研究显示，双份脐带血移植比单份脐带血移植更有效，因为双份脐带血移植可使患者获得更长的生存时间[40]。然而也有研究结果显示，双份脐带血移植会使患者发生较单份移植更强烈的Ⅱ～Ⅳ度急性GVHD[41]。此外，移植机构采用脐带血+单倍体相合移植方式治疗恶性血液疾病，显示出较好的治疗效果。这类患者早期开始造血重建，发生GVHD概率较低，达到持续缓解，较低概率发生机会性感染，输血需求降低，住院时间短，长期预后也较好[42,43]。因此快速的造血干细胞植入和造血重建，是降低感染机率和预后良好的重要因素。

通过静脉输注到患者体内的造血干细胞和造血祖细胞需要转移并归巢到骨髓微环境发生植入，细胞数量的增多可以增加植入的概率，很多相关科研工作者们在朝着体外扩增脐带血干细胞的方向努力。然而研究表明，输注到患者体内的绝大部分干细胞都不会到达骨髓微环境，因此提高脐带血造血干细胞和造血祖细胞的归巢能力才是提高UCBT实施效果的重要方式[44]，这也是今后脐带血应用研究领域一个亟待解决的问题。

3 结论 脐带血正被越来越多地用于血液系统、神经系统、免疫系统、代谢系统等多领域相关疾病的治疗。UCBT在儿童和成年人血液疾病中的良好表现，使其在造血干细胞移植领域扮演着越来越重要的角色。随着脐带血储存量的增加，科研技术水平的进步和临床应用的扩大，脐带血将会为更多患者带来新的希望。

利益冲突 所有作者均声明不存在利益冲突