两篇Nature论文同时揭示攻克血液病新方法 | 前沿

► 白血病患者Emily Whitehead,治疗前和治疗后,图片来自dailymail

撰文 | 玉   宝

责编 | 叶水送

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白血病患者Emily Whitehead可以说是CAR-T细胞治疗的代言人。最近美国两组科研团队在实验室同时成功地诱导出造血干细胞,为未来治疗这类疾病,提供了又一可能的方法。

北京时间5月18日,Nature杂志同时发表两篇论文,介绍美国两组科研团队在实验室通过转录因子诱导的方法,生成了造血干细胞样细胞,之所以称为造血干细胞“样”细胞,是因为其在小鼠体内可分化成血细胞,与血液干细胞在分子和功能层面仍有差别。

► 造血干细胞分化示意图,图片来自xjtu

血液细胞的生发和转化,要靠造血干细胞。造血干细胞是所有血细胞的原始细胞,若功能异常则会发生凝血异常、白血病等血液疾病。与全能性干细胞相比,造血干细胞为专能性干细胞,主要分化为红细胞、白细胞、血小板等血细胞,它具有干细胞自我更新和不断分化的特点。

胎儿期的造血干细胞主要产生位置依次是:卵黄囊(2-3周)、肝脏和脾脏(2-3月)和肝脏、骨髓(5月-出生)。出生后,主要的造血部位在骨髓。不过,今年三月,一篇Nature论文颠覆了教科书的观点——肺不仅是呼吸器官,还具有造血功能,人体内一半多的血小板在肺部生产。就血液细胞来说,也存在“一专多能”的现象,如红细胞不仅可以运输氧,也是人体重要的免疫细胞。

► Daley等人的论文截图,图片截自Nature

在上述本周发表的最新论文中,哈佛大学附属波士顿儿童医院George Daley实验室人工制备了造血干细胞,用的7个转录因子分别是ERG, HOXA5, HOXA9, HOXA10, LCOR,RUNX1以及SPI1。实验采用的诱导策略是:首先通过干预形态素(Morphogen)信号通路将人体多能干细胞转化为生血内皮细胞,然后通过7个转录因子,血管内皮细胞被诱导成造血干细胞样细胞。这些造血干细胞样细胞连续移植入两代小鼠体内,都具有分化成为髓系、B细胞和T细胞的能力。

► Rafii等人的论文,图片截自Nature

在同期发表的另一篇论文中,康奈尔大学医学院Shahin Rafii实验室,使用成年小鼠内皮细胞作为初始材料,用了4个转录因子Fosb, Gfi1, Runx1和Spi1,外加一个血管分泌因子,诱导内皮细胞去分化,变成造血干细胞样细胞。然后利用干细胞环境信号使造血干细胞成熟。此种方法所得的干细胞具有造血干细胞的几乎所有特征:移植入受体体内,可以分化成多种类型的血细胞。

笔者认为,两个团队的工作令人鼓舞,但这两篇文章采用的诱导技术仍需要进一步改进:提高干细胞的诱导效率、更安全的转录因子载体或工具(如CRISPR-Cas9)、解决移植后的成瘤性问题、以及造血干细胞样细胞的促分化。从而把造血干细胞样细胞变成真正的造血干细胞。对于造血干细胞样细胞的表观遗传情况,也值得进一步研究。

两个实验室的研究工作,不仅是血液学领域的重大突破,也是干细胞研究的一大进展。毋容置疑,从实验室的基础研究到临床应用有一定的距离,通过一个个这样的研究进展,距离正在一点点缩小。

在未来,上述研究有望实现个性化的白血病疗法,源于病人自身的造血干细胞就可治疗白血病;这或将解决当今骨髓库骨髓紧张、配型困难等问题。这两项进展对于细胞疗法、药物筛选和白血病治疗等可能产生很大的推动。

参考文献

Ryohichi Sugimura et al. Haematopoieticstem and progenitor cells from human pluripotent stem cells. Nature. 2017.

Raphael Lis. Conversion of adultendothelium to immunocompetent haematopoietic stem cells. Nature. 2017.

制版编辑:叶水送丨

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