造血干细胞移植的概述

赖耿良 叶中绿

造血干细胞移植是指患者在输血前接受包括全身照射和/或大剂量化疗在内的调理方案，以清除体内的异常细胞，根除潜在疾病并抑制免疫系统，然后将提前收集的多能干细胞（骨髓、外周血或胎儿脐带血）静脉输注至患者体内，以重新填充骨髓，重建造血功能和免疫功能，从而获得治愈[1]。造血干细胞移植（hematopoietic stem cell transplantation，HSCT）技术是现代医学发展的一个重要里程碑，已成为治疗许多具有治愈潜力的血液肿瘤，免疫和遗传疾病的既定方法，越来越多的患者也从中幸存下来。到2012 年，全世界进行的造血干细胞移植数量达到100 万[2]。如今，经过临床医生和科研学者的不断探索和研究，HSCT 的预处理、移植物抗宿主等研究已经十分深入，本文就目前关于人类白细胞抗原（human leukocyte antigens，HLA）系统的定义及分类、HSCT 技术的分类及特点、移植前的预处理、移植后的继发并发症等作一系统综述，旨在推广及帮助人们加深对HSCT 的认识，在临床实践中提供诊疗参考。

1 HLA系统的定义及分类

主要组织相容性复合体（major histocompatibility complex，MHC）是法国免疫学家Jean Dausset 于1958 年在人类中发现，其包含高度多态的基因，编码参与区分自我和非自我的蛋白质，被称为HLA。HLA 基因分型在实体器官和HSCT 中的用途已被不断探索。早期HLA 分型包括低分辨率或抗原水平的鉴定，但高分辨率基因分型已被成功应用于HSCT[3-5]。1999 年，人类主要组织相容性测序联合会确定了整个HLA 区域3.6 Mb 的连续基因组序列，在同一年，阐明了224 个基因位点，并公开了基于该基因序列的整个HLA 区的完整结构和基因图谱[6]。MHC 区域包括了3 类，其中Ⅰ类区域的基因包括经典的HLA-A、HLA-B 和HLA-C 基因和非经典的HLA-E、HLA-F、HLA-G 基因；Ⅱ类区域的基因包括HLA-DPA1、HLA-DPB1、HLA-DQA1、HLA-DQA2、HLA-DQB1、HLA-DRA、HLADRB1、HLA-DRB3、HLA-DRB4 和HLA-DRB5[7]。Ⅰ类和Ⅱ类分子都向T 淋巴细胞呈递短肽。Ⅰ类MHC 向CD8 阳性T 淋巴细胞呈递内源性产生的肽，包括天然蛋白和突变、损坏、降解或错误折叠的蛋白，以及病毒蛋白。Ⅱ类MHC 将外源产生的肽（例如细菌蛋白）呈递给CD4 阳性T 淋巴细胞[8]。Ⅰ类和Ⅱ类之间的区域称为Ⅲ类区域。其中包含了与炎症反应，白细胞成熟和补体级联有关的基因，在免疫反应中具有重要的意义[7]。移植排斥的主要原因为供体和受体之间的HLA 差异。排斥反应可以是T细胞介导的，也可以是抗体介导的，或者两者都可以。T 细胞介导的激活是T 细胞受体与外源HLA-肽组合之间直接相互作用的结果。抗体介导的排斥反应需要炎症反应和Th 细胞共刺激产生的抗体，该抗体可识别外源HLA 分子。一旦引发，产生抗体的细胞就不需要T 细胞的进一步帮助，并且在重复攻击时可以引发急性排斥反应，该器官具有与原始致敏事件相同的错配HLA 分子[4]。目前HLA 分子已被证明对生理，保护性免疫和有害的，致病性的自身免疫反应至关重要，随着对HLA 多样性、HLA与人类疾病的关系、HLA-肽-TCR 相互作用及其机制的研究的进一步发展，人们希望利用它实现精准医疗。

2 HSCT技术的分类及特点

HSCT 从不同的角度具有多种分类方式，一般从以下5 个方面进行分类：（1）根据造血干细胞的来源可分为外周血、骨髓、脐带血HSCT 等；（2）根据供体与受体的关系分为自体、异体HSCT；（3）根据供者与受者HLA 配型相合程度，异体HSCT 分为HLA 全相合、不全相合、单倍体相合HSCT；（4）根据供者与受者的血缘关系分为血缘、非血缘HSCT；（5）根据移植前的预处理方案强度可分为清髓性、非清髓性HSCT。

2.1 外周血干细胞移植 外周血干细胞（peripheral blood stem cell，PBSC）是用于同种异体干细胞移植治疗恶性和非恶性血液系统疾病的来源，通过外周静脉通路进行血液分离获得[9]。通过单采血液分离术收集那些细胞因子周围化的祖细胞，其中包括多能干细胞，以在主要恶性血液病患者进行清髓治疗后实现完全和永久的同种异体移植[10]。PBSC 是CD34+/CD38-，不表达髓样或淋巴谱系特异性标志物（Lin-）的完整互补物，但表达Thy-1 分化抗原。这些CD34+/CD38-/Lin-/Thy-1+细胞是负责启动长期培养启动集落（LTC-IC）分析的细胞。通过使用重组人粒细胞集落刺激因子（G-CSF），可以增加释放到血液组中的干细胞数量。该因子已被证明具有低毒性和良好的动员能力，但使用G-CSF 可能导致移植物中T 细胞表型向T 型辅助2 型（Th2）反应转变，另外也影响了移植物抗宿主病（GVHD）的发生和严重程度[11]。在白血病、骨髓瘤、非霍奇金淋巴瘤和骨髓增生异常中使用PBSC 可缩短中性粒细胞和血小板的植入时间，但要以增加慢性移植物抗宿主病的发病率为代价。移植物抗宿主病的增加主要是由于随移植物转移的供体T 细胞的对数增加。PBSC 移植后，移植物中注入的T 细胞和CD34+细胞数量增加可能会降低复发疾病的风险，但总体而言尚无令人信服的生存优势[9-11]。

2.2 脐带血移植 人脐带血（human umbilical cord blood，HUCB）是天然细胞的丰富来源，并且是多能细胞，包括约40%单核细胞（巨噬细胞前体），40%淋巴细胞，10%中性粒细胞和其他白细胞以及10%干细胞和祖细胞。干细胞、祖细胞部分由脐带血来源的CD34+造血干细胞（UCB-HSCs），CD90+脐带血来源的间充质干组成细胞（UCB-MSCs），脐带血来源的内皮干细胞（UCB-ESCs）和CD34-CD45+脐带血来源的多能干细胞（UCB-SCs）[12]。目前脐带血（UCB）已被证明是缺乏合适相关或不相关供体的患者移植的造血干细胞（HSC）的宝贵替代来源[13]。1991 年，在纽约血液中心成立了第一个公共脐带血库。此后不久，1993 年，首次对一名4 岁的急性淋巴细胞白血病男孩进行了不相关的UCB 移植，并报道了使用不相关的UCB 进行可行性试验的结果[14]。目前普遍认为脐带血移植（UCBT）为患有某些血液系统恶性肿瘤，血红蛋白病，严重形式的T 淋巴细胞和其他免疫缺陷以及代谢性疾病的婴儿、儿童和成人提供了另一种确定的治疗方法[15]。UCBT 的使用具有一些潜在的优势：（1）与成年细胞相比，可立即获得，移植日期灵活。（2）由于新生婴儿的细胞在免疫学上较幼稚，因此UCBT 后免疫介导的移植物抗宿主病并发症风险降低。（3）在某些研究中，UCB 移植与降低复发风险相关。（4）作为免疫初生细胞的来源，其免疫并发症的发生率可能低于成人干细胞。（5）UCB 中造血干细胞和祖细胞的频率和具有很高的克隆形成潜力。（6）HLA 错配的高容许性[16-19]。

2.3 自体造血干细胞移植 自体造血干细胞移植（autologous hematopoietic stem cell transplantation，auto-HSCT）具有采集安全简便、移植后造血及免疫功能恢复快、移植后并发症相对较少和较轻、治疗费用相对较低等优点[20]。对于初次完全缓解的高危和中危的急性髓系白血病（acute myeloid leukemia，AML）患者，以及第二次完全缓解的急性早幼粒细胞白血病患者，如果没有寻找到合适的同胞供者，建议考虑使用auto-HSCT[21]。同时在无可用供体的AML 患者中，AHSCT 可作为一种复发率低于单独化疗的替代方法，一些专家主张缺乏合适的组织相容性供体的患者，除了进行化疗巩固外，还可以考虑进行auto-HSCT，尽管最初受到高移植相关死亡率（TRM）和缺乏移植物抗白血病（graft versus leukiemia，GVL）的限制，但随着外周血细胞动员和移植后支持疗法的完善，它已成为非高危人群的一线巩固选择方案[22]。对于患有骨髓瘤和侵袭性淋巴瘤的患者，auto-HSCT 已成为标准[23]。auto-HSCT 主要导致免疫系统的抑制，它的早期非神经系统不良反应中有79%是由此导致，包括中性粒细胞缺乏伴发热，败血症，尿路感染和病毒再激活，同时它还可能产生多种脱靶不良反应，患者能否从auto-HSCT 中获益主要取决于他们的临床状况[24]。目前随着异体造血干细胞移植技术的不断发展，虽然自体造血干细胞移植的临床应用已有所减少。但是，随着时间的推移和技术的发展，与auto-HSCT 相关的临床疗效和不良反应将会有进一步的改善。

2.4 同种异体造血干细胞移植 异基因造血干细胞移植（allogeneic hematopoietic stem cell transplantation，allo-HSCT）最初是作为一种在血液系统恶性肿瘤的大剂量“清髓”治疗后挽救造血功能的方法而发展起来的。研究人员认识到通过免疫活性供体T 细胞和同种异体干细胞移植介导的抗肿瘤效应可以诱导抗血液系统恶性肿瘤。对于许多进行规范化疗后无法获得治愈的血液系统恶性肿瘤患者来说，同种异体造血干细胞移植是一种有效且可以考虑的治疗方法[25]。HLA 相合同胞供体是allo-HSCT 的首选，但只有少数人可以获得，单倍体相合亲属、无血缘的志愿供体和脐血为次选供者[26]。HLA 不匹配的HCT 在文献中定义不准确，但通常在Ⅰ类（HLA-A、HLA-B、HLA-C）和/ 或Ⅱ类（HLA-DRB1、HLA-DQ、HLA-DP）的1 或2 个HLA 位点不匹配。HLA 不匹配的HSCT 对于缺乏HLA 匹配的患者具有吸引力，因为供体的可用性大大增强[27]。在没有找到首选的相合同胞供体时，供体的选择应结合患者情况（病情是否为复发、高危、年龄、身体状况）、备选供者具体情况及移植单位的经验综合考虑[26]。

3 造血干细胞移植前的预处理

当对恶性疾病患者进行HSCT 前，患者须进行一个疗程的化疗或联合大剂量放疗的准备，以提供足够的免疫抑制来防止移植物排斥并减轻肿瘤负担，同时为新的造血干细胞注入骨髓中腾出了空间。方案包括清髓性、减低强度和非清髓性方案。预处理方案的选择受到多因素的影响，其中包括疾病的病种及状态、身体的状况、移植供者的来源等[26，28]。清髓性方案由烷化剂和全身照射（TBI）组成，可以最大限度地清除受者的造血细胞[29]，所以通常会产生严重的不可逆转的全血细胞减少，而且在大多数情况下是致命的，除非通过HSCT 恢复造血功能[30]。目前常用的主要有四种方案：Cy/TBI、Bu4/Cy、Flu/Bu4、BEAM。由于认识到供体细胞对恶性宿主细胞产生的移植物抗肿瘤效应（GVT）实质上有助于HSCT 的有效性，因此开发了非清髓方案，在非清髓性环境中，移植的T 细胞、CD14+细胞、自然杀伤细胞和CD34+细胞数量越多，供体T 细胞嵌合体水平就越高，移植排斥的风险越低。充分的供体嵌合体对于发挥GVT 作用来控制恶性疾病可能是必要的[28]。非清髓方案不能根除宿主造血，允许相对快速的自体造血恢复，因此无需移植非清髓方案不能根除宿主造血，允许相对快速的自体造血恢复，因此无需移植[29]。目前常用的非清髓性方案包括：TLI/ATG、Flu/TBI。不符合清髓性或非清髓性条件的定义的治疗方案被归类为降低强度预处理方案（reduced-intensity conditioning，RIC），它减少与方案相关的毒性，发生可逆性的骨髓抑制（可自体血液学恢复），同时导致潜在的血细胞减少症时间延长，并且需要造血干细胞的支持[28]。RIC 方案可减少组织损伤，释放较低水平的促炎细胞因子，并诱导T 细胞混合嵌合体，这可能会降低移植物抗宿主病的发生率和严重性[31]。目前常用的主要有四种方案：Flu/Mel、Flu/Bu2、Flu/Cy、Flu/Bu/TT。因为预处理方案中所包含的一系列化疗药物的剂量及种类都较繁多，所以常会对机体产生严重的毒副作用，如骨髓毒性、黏膜炎、恶心和呕吐、脱发、腹泻、皮疹、周围神经病、不孕/不育、间质性肺疾病和肝窦阻塞综合征等。

4 造血干细胞移植后的继发并发症

造血干细胞移植是目前应用历史最久，也是最成功的干细胞治疗技术。它是目前有希望能够治愈遗传性或恶性血液病、部分免疫缺陷性及骨髓造血衰竭疾病的最主要方法之一，但由于预处理的损伤以及对机体造血系统的清除，免疫系统的抑制，常常会导致感染、腹泻、移植物抗宿主病（GVHD）、植入功能不良（PGF）、出血性膀胱炎（hemorrhagic cystitis，HC）、移植相关血栓性微血管病（TA-TMA）等并发症的发生[32-33]。细胞和体液免疫系统的充分重建发生在自体HCT 发生后的6～12 个月内，异基因HCT 接受者可能需要2 年或更长时间。发生GVHD 的患者可以进一步延迟治疗。因此，感染是造血干细胞移植后出现相关死亡的最重要原因之一。需要长期进行免疫抑制治疗的患者尤其容易受到多种病原体的感染，其中包括细菌（如肺炎链球菌、脑膜炎奈瑟菌和流感嗜血杆菌）、真菌（如曲霉菌、念珠菌和罗氏肺孢子虫）、病毒（巨细胞病毒、流感病毒和腺病毒），所以需要适当的预防治疗。同时有相关研究表明，在移植后3 个月时通过接种灭活疫苗可以增强机体抵抗各种病原体的能力，患者有可能从中受益[33-34]。值得注意的是，约60%的患者在HCT 后22～82 个月可出现神经认知功能障碍[35]。在存活2 年或更长时间的HCT 接受者中，继发性癌症占死亡的5%～10%，通常，HCT之后发生继发性实体癌的潜伏期为3～5 年，但随后，其发生率会随着时间的推移而持续上升，并且尚未观察到其发生率处于平稳状态。继发性癌症可大致分为移植后淋巴增生性疾病（post-transplant lymphoproliferative disorder，PTLD），血液系统恶性肿瘤和实体癌。PTLD 几乎仅在同种异体HCT 受体中可见，并且包括异类淋巴样增生，主要涉及B 淋巴细胞，这是由爱泼斯坦-巴尔病毒（EBV）感染引起的。它通常表现在移植后早期，第一年内诊断出的病例超过80%，免疫抑制强度的增加会增加其风险[36]。

5 总结

造血干细胞移植技术自开发及应用于临床后，得到了快速的发展，不仅在造血干细胞移植技术的基础理论方面有了更充分的认识，而且在临床应用的各个方面如适应证、禁忌证、并发症预防等方面也有了更大的拓展，国内也相继建立了多个造血干细胞移植中心。本文只对其中部分机制和应用做了综述，目前国内外对HSCT 的一些机制和功能还尚不清楚或存在争议，如（1）移植进去体内的多能干细胞所分化出的哪些细胞是能起到研究者所希望的作用的；（2）造血干细胞发育的具体过程还不是很清楚；（3）接受供者来源的干细胞移植后受者体内T 细胞多样性的变化与复发之间的关系；（4）HSCT 对于肿瘤的治疗目前相对成熟，它还能应用解决其他哪些问题。但就目前的研究来看，HSCT 不仅可以带来可观的社会效益，相对于长疗程的化疗及疗效来说，也为患者家属带来了一定的经济效益。随着造血干细胞移植技术的不断向前推动，将会对人类的健康贡献出巨大的力量。