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第26卷 黑龙江医学 Vo1.26.No.10 2002年第l0期 HEI LONG JIANG MEDICAL JOURNAL Oct.2002 737 ・讲座・ 细胞移植的研究与应用 宋春芳 (哈尔滨医科大学第一临床医学院普外一科,黑龙江哈尔滨150001) 作者简介:宋春芳,男,61岁。1964年毕业于哈尔滨医科大学医疗系。现任哈尔滨 医科大学第一临床医学院普外科主任,主任医师,教授,博士研究生导师,卫生部细胞移 植重点实验室主任。担任国务院学位委员会全国医学专业学位教育指导委员会委员、 中华医院管理学会医疗技术应用管理委员会常委、黑龙江省医学会副会长。 几十年来,宋春芳教授一直从事外科临床、科研与教学工作,在普外科领域成绩卓 博士生导师宋春芳 著,是国内普外科知名度较高的专家。在腺体外科(甲状腺、乳腺、胰腺)、肝胆及胃肠疾 病的诊治方面具有很深的造诣。近lO年来主持细胞移植的研究,成功的进行了甲状旁腺细胞移植治疗甲状 旁腺机能低下,受到国内外的普遍关注。在国内外发表学术水平较高论文70余篇。主编及主审著作5部。 培养硕士研究生30名,博士研究生9名。 摘要:细胞移植是通过把有功能的细胞植入人体内,以替代因退变、损伤、基因缺陷或自身免疫而毁损的 细胞,从而达到治疗疾病的目的。近年来,细胞移植已经成为移植学研究中的一个新热点。为此,本文就细胞 移植在临床各领域的研究与应用作一综述。 关键词:细胞;移植 中图分类号:R622.9 文献标识码:A 文章编号:1004—5775(2002)l0—0737—05 随着肾脏、心脏和肝脏等器官移植的相继成功,加之生物 (chf—PTG)细胞植入}{Iyr患者肾周围脂肪囊内,以试图重建 技术高速发展的推动,人们己将更多的注意力转向细胞移植, 或增补钙一PTH一钙关系轴的功能。结果表明,移植的chf— 以期通过把有功能韵细胞植入人体内,以替代因退变、损伤、 PTG细胞能较好地存活,并通过有效地分泌PrH维持受体内 基因缺陷或自身免疫而毁损的细胞,达到治疗疾病的目的。 钙磷代谢的稳定,}{Iyr患者的症状也逐渐减轻至消失。 细胞移植与器官移植的共同点:同种异体移植后必然发 chf—PTG细胞用于移植时有以下优点:(1)培养的chf— 生不同程度的排斥反应;被移植的细胞从供体到受体的全部 PTG细胞分散、分布有利于细胞汲取养份,提高了细胞的成活 操作过程中始终保持着活力。然而,细胞移植与通常所说的 率,避免了组织块培养中存在的中心性坏死;(2)可以有效地 器官移植相比较,则有其自身的特点:①它不具有器官的正常 控制用于移植的chf—PTG细胞的数量水平;(3)可以在细胞 外形及解剖结构,不再是一完整的器官,而是一细胞群,移植 生长功能状态最佳时进行移植,亦可经低温保存建立细胞库, 时常制成细胞悬液,无需吻合血管。’因此,移植是通过各种输 以备随时之需或匹配移植时机;(4)chf—gIG细胞对缺血缺氧 注途径来实现的;②供体细胞在分离、纯化、制备和输注过程 的耐受性较高;(5)通过体外培养、冷冻、紫外线及∞c0照射可 中,多有损伤和活力的丧失,为取得疗效,要做大数量高活力 以降低移植物的免疫原性,减轻移植后的排斥反应,还可降低 的细胞群团移植;③可在移植前对移植物进行体外修饰,以增 }Ⅱ —DR抗原的阳性表达,并能消除移植物中带有MHC—II 强其功能或降低免疫原性;④移植手术简单、安全、并发症少, 类抗原的过客淋巴细胞,改变移植物的表面抗原结构,提高移 即使移植物被排斥,也只导致移植物失活,而不会引起严重的 植物的成活率;(6)操作简单、实用性强、重复性好。 不良反应。 选择。肾脂肪囊内移植是由于肾脂肪囊是相对的免疫隔离 近年来,细胞移植已经成为移植学研究中的一个新热点。 区,将chf—gIG细胞移植于该部位时可进一步减轻免疫排斥 正如澳大利亚移植专家Monaco教授所说:“肾移植己不再具 反应,延长移植物的存活时间。 有新闻价值,我们寄期望于细胞移植的进展”。为此,本文就 本文为6例患者实施了人胚胎甲状旁腺细胞移植。通过 细胞移植在临床各领域的研究与应用作一综述。 对移植前后血清钙及PrH进行测定发现:移植前患者的PrH l甲状旁腺细胞移植 均较低(0~1.36ng/L),但由于服用钙剂加以维持,使其血钙 甲状旁腺细胞的主要功能是分泌甲状旁腺素(PrH),PrH 仍维持一定水平(1.6mmol/L);移植后第3~4d患者的血清钙 对维持人体内钙水平的稳定至关重要。正常情况下,细胞外 及PrH均有显著升高,患者四肢及面部痉挛抽搐减轻,第6d 液钙水平降低可引起PrH的释放,后者可提高肾脏对钙的重 时血钙浓度达正常范围(2.2~2.6mmol/L),第14d时血清PTH 吸收而减少对磷的吸收;提高l,25二羟胆固醇的合成,从而 达正常范围(13~54n L),患者症状基本消失。在随访的9~ 刺激骨释放钙离子及肠道吸收并主动转运钙离子至血液。多 l2个月中,这2项指标基本稳定,症状无复发。… 种因素如炎症、肿瘤、遗传缺陷或甲状腺手术都可能造成甲状 这一研究利用了chf—gIG细胞所具有的优点,并通过选 旁腺功能低下(I-IPT),使PrH分泌不足或生物活性降低,导致 择安全且免疫排斥反应低的部位,使移植细胞易存活生长并 钙一PrH一钙关系轴功能的失调,从而使钙磷代谢紊乱,进而 表现出较好的功能。该方法简便安全,无痛苦,可反复应用, 引发低钙血症。 . 易为患者接受,是一种较理想的治疗I-IPT的新方法。目前为 以往的治疗常仅限于服用钙剂或二氢速变固醇(ATm), 进一步解决供体来源不足及免疫排斥,我们正在尝试进行异 效果不甚理想,且副作用较大。 种及微囊化甲状旁腺细胞移植的研究。 我们在对I-IPT的大鼠进行同种异体甲状旁腺细胞。肾周 2胰岛移植 围脂肪囊内移植成功的基础上,将培养的人胚胎甲状旁腺 近l0年来,糖尿病发病率在世界各国急剧上升,已成为
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第26卷 黑龙江医学 r、 !oO? 738 2002年第l0期 HEI LONG J[ANG MEDICAL JOURNA1 全球性的卫生保健问题。预计到2010年中国的糖尿病患病 率将达14%,其中l型糖尿病约占10%~20%。鉴于如此严 峻的现实,近年来世界各国都加大了对糖尿病治疗方而的研 究力度。 通过咦岛细胞移植来增加患者的咦岛素分泌细胞,可以 有效地控制糖代谢,减少和改善糖尿病的并发症,提高生命质 量,进而达到根治糖尿病的目的。同时,可以避免外源性胰岛 素治疗引起的低血糖和胰岛素抵抗。 对于已经丧失胰岛细胞功能的糖尿病患者,包括I型糖 尿病和部分Ⅱ型糖尿病患者,从理论上讲胰岛移植是比胰腺 移植更加合理的治疗方法。其理由为:(1)手术操作简单安 全,无处理外分泌的问题。尚无手术引起死亡的报道。使用 内窥镜经门静脉内直接注入胰岛细胞的方法,患者即日可恢 复出院;(2)便于体外修饰移植物。例如,利用基因工程的方 法增强胰岛细胞功能和抗免疫能力或降低免疫源性等。因 此,胰岛移植是治疗I型糖尿病的理想方法。 2.1胰岛供体的来源与选择 在临床胰岛移植研究中,胰岛的供体主要为成人及胎儿 胰岛以及与人类具有亲缘关系的胎猪、新生猪或成年猪胰岛。 此外,转基因动物以及克隆器官亦是潜在的供体来源。 2.2胰岛移植物的制备与移植 从获得供体胰腺到胰岛细胞分离与纯化的冷缺血时问需 控制在8h以内。胰腺获取后,首先向胰管内灌注胶原酶(目 前使用Libe ̄,Roche),用mcordiL2]发明的自动胰岛分离装 置进行胰腺消化,使胰岛自胰腺外分泌组织中游离出来。在 此期问需要抽样观察胰岛的形态、游离程度和外分泌细胞脱 颗粒状态,以确定合适的消化时间。然后采用密度梯度离心 的方法进行胰岛的纯化。纯化剂主要为基于Ecoll的连续或 不连续密度梯度纯化液,其中以Euro—Ficoll效果最好,能显 著减少纯化过程中胰岛的损伤,提高胰岛的纯化效果。关于 成人胰岛的纯化装置,目前基本上均以大型细胞分离器 (Cobe2991)进行胰岛纯化,Cobe2991原用于外周血细胞分离, 将该分离器用于胰岛纯化不仅大大缩短了时间(仅为常规时 间的1/4),也减少了污染机会,有助于改善胰岛活力。1位健 康成人胰腺中包含大约100万个胰岛,经过胰岛分离、纯化. 通常只能获得50万个左右个胰岛.纯度约50%~80%。l例 患者通常需要进行1次以上的移植才能有效地控制血糖。 目前,大多数移植中心均选择经门静脉肝内移植为最佳 移植途径,这是因为肝内血供丰富,有利于胰岛移植物存活, 而且移植物释放的胰岛素直接进入门静脉系统的方式符合胰 岛素分泌的生理途径,同时肝脏亦为相对免疫豁免器官。其 它可选择的移植部位多为一些潜在的具有相对免疫豁免特性 的部位,如肾包膜下、睾丸内、脑室内以及胸腺等,但由于这些 部位皆属于腔静脉回流系统.因而移植后对糖代谢的控制较 差。胰岛移植可与肾脏同时或在肾移植后进行。 ITR的胰岛细胞移植原则为:①胰腺保存的冷缺血时问 <8h;②门静脉内移植;③移植量>6(X)01EQ/kg;④早期免疫 抑制剂应用,首选T淋巴细胞抗体。 2.3胰岛移植所面临的问题 目前,胰岛移植需亟待解决2大难题:胰岛细胞来源不足 和移植后的免疫排斥反应。 2.3.1胰岛细胞组织来源的扩充:我们面对的现实是人体胰 腺供给远远不能满足临床需要。因此,有学者开始寻找其它 的胰岛细胞来源。(1)异种移植(xenotransplantation):在许多异 种移植胰岛细胞供体中,猪胰岛可能最适合于作为糖尿病患 者的供体,其理由为:①猪胰岛素与人胰岛素的氨基酸排列最 接近,仅有1个氨基酸不同,已用于治疗I型糖尿病多年;② 猪的代谢特点,如血糖调定点等与人类相似;③组织来源广 泛:④从猪胰腺分离胰岛在技术上可能,且猪胰岛能够在人新 鲜血清组织培养中存活,增生。但是,猪胰岛细胞用于移植也 存在着许多问题尚待解决,如成年猪胰岛的高死亡率[主要为 细胞凋亡(apoptosis)]以及胚胎或新生猪映岛组织的 、战热 (其并不能很快控制受体的血糖水平 ,j外,绪组 内 曩 转录病毒,有可能传染给人类。随着免疫疗法,特别是免接隔 离技术的发展成熟,异种移植可塑成为组织替代疗法中的重 要途径;(2)扩增咦腺p细胞及制造胰岛索分泌细咆株:尽莆 胰腺3细胞有一定的生长能力.世目前尚无体外扩增 细胞 的可行方法。人们对口细胞的生长渊 ,胚胎发育等进行了 大量的研究,希望通过对其生长机制的认识找到可能的体外 扩增口细胞的有效方法。目前认为.HGF,IGF—I,Gastifn,TGF —alpha,EGF,GLP一1.Nicotinamide等对S细胞生长发育有促 进作用;在转录水平上,IPF一1(PDX一1 ,Neumgenin3,Be'ta2 / Ne叽】D,P.&X6,PAX4, F等是胰腺内分泌细胞较为持异的转 录因子,其缺陷常可导致胰岛发育及功能的低下 啮街类的 研究结果提示,即使是成年胰腺导管上皮细胞甚至外分泌细 胞,仍具有增生、分化的潜能。胰腺导管细胞可以通过快速增 生(Proliferation)丧失其导管的表现型而转变为有多潜能f 细 胞,在某些外界条件的刺激下可分化为胰岛细胞。随着实验 条件的完善,胰腺0细胞的体外扩增将会成为现实。 尽管干细胞(Stem Cel1)在神经领域的研究取得了长足的 进展,但在胰岛细胞方面仍属实验阶段。近期的Nat Med报 道了从糖尿病前期小鼠的胰腺中提取胰岛干细胞,经过体外 培养诱导了PDX一1,Reg,Beta 2/Neuro D等口细胞发育分化}1j 关基因的表达以及胰岛素分泌。在移植给I型糖尿病小鼠 (NOD)后有效地控制了血糖。重要的是这些体外培养的同种 异体细胞逃避了自身免疫这个I型糖尿病的主要病理损饬, 提示这一领域有广阔前景。 基因工程的方法使修饰细胞功能成为可能。例如,可以 使胰岛素基因表达在原本不产生胰岛素的细胞,使这些细咆 不仅可以产生胰岛素,而且对不同刺激物产生反应。通过修 饰其它相关基因,甚至可能让胰岛素分泌受血糖水平的凋节.、 虽然近年来的报道使人振奋,但事实使人们更加认识到嚓隙 B细胞其结构和功能的复杂,改变几个基因远远不能制造一 个近乎正常的胰腺p细胞。这一领域的突破仍有赖于对3细 胞生长发育生物学的深入研究。 2.3.2免疫排斥反应的预防:免疫排斥是导致临床胰岛移协 失败的重要原因之一。防止免疫排斥的方法主要有以下几个 方面:(I)减轻胰岛的免疫源性:制备纯净的胰岛可有效地降 低免疫原性,但目前受大规模纯化胰岛技术所限.其纯度往往 无法达此要求。胰岛的各种物理预处理如低温培养(24℃)、 冷冻保存(一l96℃)、紫外线照射及准分子激光照射等均可以 降低其免疫原性;(2)免疫隔离胰岛移植物:主要是指微囊化 技术,即利用人工装置将移植的胰岛和受体的免度系统隔离 的方法。免疫隔离技术是一种克服免疫排斥反应的有效手 段,可以阻止受体的淋巴细胞和抗体对胰岛组织的攻击,而允 许胰岛素和营养物质自由出入。微囊化技术最关键点是寻找 生物相容性好的材料,以避免机体最终的排斥反应.目前认为 海藻酸钠一聚赖氨酸一海藻酸钠是较为理想的村料:(3)抑制 受体的免疫反应:近年来,通过调节移植受体的免疫系统.进 而达到胰岛细胞免疫耐受的研究出现了喜人的成果 :① 单克隆抗体的应用:移植排斥反应主要以T淋巴细胞介导的 细胞免疫为主,通过调节T细胞或抗原提高细胞(3.PC)表面 的活性物质,可诱导受体对移植物的免疫耐受。Rico“ti等证 明将人胰岛移植给经CD3或CD4单克隆抗体处理过的大鼠. 移植的胰岛可长期存活。Zenapax,CD 单克隆抗体.crL — lg等已应用于临床器官移植的抗排斥反应中;②免疫抑制剂 的应用:常规应用的环磷酰胺、类固醇激素、(二sA、FK506、 IF 等在同种异体移植中已取得肯定疗效。1999年,加拿 刚一 monton的Shapior实验室改良了抗免疫排斥的用药方案.采用 Daclizumab、FK506与雷帕霉素3联免疫抑制方案.并且完全停 用类固醇激素,迄今已取得连续7例胰岛移植的成功、 该 3联抗免疫排斥药物方案有效地抑制了T淋巴细胞活性.降
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第26卷 黑龙江G 医学 Vo1.26.No.10 2002年第lO期 HEI LONG J DICAL JOURNAL Oct.2(X)2 739 低了白细胞介素2和其它细胞素的产生及其与受体的结合, 限制了淋巴细胞的复制,从而成功地抑制了异体免疫和自身 免疫。由于在整个治疗过程中没有使用糖皮质激素,减少了 化疗对胰岛细胞的损伤并防止引发胰岛素抵抗。 Edmonton的实践给临床胰岛移植提供了宝贵经验,其核 心内容如下:①胰岛分离纯化后即刻进行移植;②移植足够数 量的胰岛组织(2名供体);③采用没有糖皮质激素的药物和 单克隆抗体抑制免疫排斥反应。 尽管目前临床人胰岛移植已获得了巨大进展,但是必须 指出的是:人胰岛分离、纯化过程对其造成损伤的难题仍未能 完全解决。在James Shapiro的研究报告中亦指出:目前的技 术方法仍需要2只以上胰腺才能纯化获取1名受体所需要的 胰岛数量,而抗免疫排斥治疗方案中使用的Tacrolimus (FK5o6)对胰岛细胞仍有潜在的毒副作用,其抗人胰岛排斥治 疗的远期疗效尚不确切,部分病例需在移植1年后,才可逐步 脱离外源性胰岛素治疗。而胰岛干细胞和胚胎干细胞的研究 虽然获得突破,但距临床应用尚有很大差距。因此.如何在现 有技术方法上改良以获取足够数量且具有完整生物活性的 Iccs,以及进一步寻求高效、高选择性的新型免疫抑制剂,仍 然是目前胰岛移植领域最迫切需要解决的技术难题。 3胸腺细胞移植 睾丸问质细胞(teyi Cells)是人体合成和分泌雄激素(主 要有睾酮、雄烯二酮及双氢睾酮等)的主要功能细胞。Fox和 Boyle分别在1973年和1976年报道用小鼠睾丸组织匀浆行近 交系小鼠睾丸问质细胞自体和同种异体移植。Jo ̄ph 于 1989年报道用提纯的大鼠睾丸间质细胞移植到近亲系去势 大鼠体内。学者们希望以此方法给众多低睾酮血症患者提供 种符合生理规律、副作用小的激素补充治疗。 据Anderson报道,人Leydig氏细胞分离后,细胞的免疫性 很弱,此外,通过移植前体外培养,能进一步降低细胞的抗原 性,延长移植物的存活时间。I d 氏细胞在体外短期存放 会失去分泌睾酮的能力,但提纯的L ̄yaig氏细胞冻存可继续 保持其一般功能,并对人绒毛膜促性腺激素(HCG)刺激有反 应,可作为长期贮存并维持其功能的简便方法。研究结果显 示:睾丸问质细胞在3℃时,离体48h内有分泌功能;在2l℃ 时维持内分泌功能;在37ac时,离体3h内有分泌功能。最近 Lee.Ms等进行动物实验发现,睾丸问质细胞自体移植于肾包 膜下或腹膜腔后的睾丸酮水平高于皮下或阴囊睾丸床移植。 通过增加移植细胞数量或者利用摄取胶原,睾丸酮产生量可 增加到生理范围。从睾丸组织中分离Leydig细胞,再用Per— toll提纯后移植,其效果较睾丸组织匀浆移植为好,血清睾酮 值升高时间明显延长。组织学观察显示移植后4周出现富有 一胸腺是免疫系统中重要的中枢免疫器官,胸腺内上皮性 网状细胞分泌的胸腺素和胸腺生长素对诱导淋巴细胞的发 生、成熟,以及分化都起到重要作用。髓质上皮性网状细胞是 具有分泌功能的最主要的上皮性网状细胞。此外,胸腺皮质 的被膜下上皮性网状细胞(包括暗上皮性网状细胞和哺育细 胞),也具有相当的分泌功能。胸腺机能异常是许多疾病的根 源,包括某些免疫缺陷性综合征(如胸腺先天性发育不全和发 育异常)、自身免疫疾病(狼疮、溶血性贫血)和许多急性或慢 性感染。放免分析证明:血液中胸腺激素的含量随年龄增长 而减少,许多肿瘤的发病率随年龄增长也与胸腺激素水平下 降相平行。Aaroson等最早证明了胸腺的抗肿瘤作用。胸腺 细胞移植治疗恶性肿瘤的机制:胚胎胸腺细胞移植于人体后 能产生多种胸腺激素,而胸腺激素与机体的免疫功能直接相 关。另外,胸腺激素使来自骨髓的淋巴干细胞分化成为具有 免疫活性的T细胞,T细胞以其细胞毒作用和细胞溶解作用 而直接杀伤肿瘤细胞。 机体因免疫缺陷、变态反应而发生许多疾病,例如重症肌 无力、格林一巴利综合征、多发性肌炎、支气管哮喘及牛皮癣 等。许多自身免疫性疾病的发病机制之一就是由于CI)8不足 和/或CD4/CDs比例失调引起。胚胎胸腺细胞移植不仅可以 增加T淋巴细胞的数量和活力,而且可以改变CIP/CDs比例 状态,恢复细胞群间的相互平衡,从而提高细胞免疫功能并限 制变态反应的发生。这就是胚胎胸腺细胞移植治疗免疫缺陷 性疾病和变态反应性疾病的理论基础。 】 用胚胎胸腺细胞移植治疗再生障碍性贫血、恶性淋巴瘤、 小细胞肺癌以及难洽性肾病")等疾病均已取得明显的效果。 采用多种免疫组织、细胞移植具有促进免疫效力的作用. 其免疫功能重建的成功率比单独移植为高。临床上可采用胸 腺加骨髓加胎肝进行复合细胞移植,也可采用胸腺加骨髓、胸 腺加胎肝、胸腺加胎肝加胎脾进行复合细胞移植。复合免疫 细胞移植,对细胞免疫功能有明显的增强作用。但被植入的 胚胎胸腺细胞其存活期是有限的,一般在6~12个月后被排 斥或吸收,因此需反复多次进行移植,以长期维持或增强机体 的免疫功能。 4睾丸问质细胞移植 对于因各种原因引起的男性性腺功能低下症(低睾酮血 症),临床上多采用人工合成的激素进行替代治疗,但长期使 用睾酮类激素有许多副作用,如肝损害、垂体性腺轴萎缩.也 可能诱发前列腺癌、高血脂症、红细胞增多症等。因此,需要 探索一种新的治疗男性性腺功能低下症的方法。 新生毛细血管的嗜酸性Leydig细胞团块。3个月后出现中心 异常钙化的局部炎症性损害变化。超微结构显示,胞核有明 显压迹并有脂褐素,滑面内质网和线粒体的数量减少。体积缩 小。俄国学者KirpatovskiiIDC Bj用新生鼠Leyclig细胞体外培养 后进行同种异体移植,发现其组织结构能维持6个月。我国 学者高新 ]、钱辉军noj等进行了成人睾丸Leya ̄g细胞同种异 体移植的研究,他们将成人睾丸Leyclig细胞移植给男性性腺 功能低下症患者,术后发现患者的血清睾酮水平均明显升高。 但其效果只维持4个月。因此,如何推迟或防止Leydig细胞 结构和功能的衰变需作进一步努力。 5肝细胞移植 肝细胞移植(Hepatoeye traplantafion r ̄CT)是继原位肝移植 后又一治疗急慢性肝功能衰竭、肝脏相关遗传代谢性疾病的 开创性疗法,随着肝脏导向的体外基因治疗的出现,HCT又成 为体外基因治疗的重要手段。 HCT具有移植技术简单易行、应用灵活,且对受体影响小 等优点。与原位肝移植不同的是,在动物模型中肝细胞移植 只需移植肝组织总量的一部分,即可纠正先天性代谢疾病。 移植4×107个肝细胞,约相当于12局龄大鼠总肝细胞的 5%,可明显提高急性肝功能衰竭的存活率。对临床移植而 言,这意味着一个供肝可分配给多个受体,从而解决或缓解已 存在的供体短缺问题。肝细胞也可作为原位肝移植前的过 渡,从而使较长时间地等待1个合适的供肝成为可能或者给 自身肝脏再生提供足够的时间。 5.1肝细胞移植部位的选择 HCr除要求足够的移植肝细胞量外,还需要来自门静脉 血的亲肝因子的营养作用水平.以维持异位移植肝细胞的功 能。因此,选择门静脉分布区域作为移植部位成为HCT的解 剖学基础。如经脾实质、门静脉、小肠及其系膜作为移植部位 等。移植后存活的肝细胞可表现出清蛋白、多种酶类的合成 与分泌及胆色素的代谢。目前多数学者认为,脾实质是较理 想的移植部位,移植于脾髓的同种异体肝细胞不仅其存活期 长达18个月,而且形成肝索或假腺泡样结构,可占据脾实质 的40%,形成“肝化脾”。Rajvashi等认为.肝血管床的存在为 经脾HCr的供肝细胞提供了一个较大的生存空间,经脾实质 1次可移植1×l0s的肝细胞量,可以满足一般的治疗要求。 Gupta等观察到脾内移植的肝细胞随即迁移到受体肝窦内,但 是,其大部分(约70%)被门静脉血内的巨噬细胞清除,残留 的移植肝细胞在移植后的16~20h通过破裂的肝窦内皮进入 肝实质,这些细胞合成血管内皮生长因子及获得细胞膜再生,
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第26卷 740 2002年第1O期 黑龙江医学 Vo1.26.No.10 0ct.2oO2 HEI LoNG JIANG MEDICAL JOURNAL 在移植后3~7d可观察到移植的肝细胞与宿主肝细胞间的缝 隙连接及胆管样结构形成,肝窦内皮的破裂促进移植肝细胞 进入肝实质是其在受体肝内生存的关键因素之一。从营养、 生理及解剖角度上考虑,受体肝脏是移植肝细胞生存的最佳 环境。因此,经门静脉Hcr亦是较常选择的途径,这一途径 能使移植的肝细胞经门静脉到达有利于其生存的肝窦内。然 而,经门静脉Hcr时其安全性也是需要考虑的内容,这是因 为经门静脉Hcr可能导致一些并发症的发生,除如血栓、出 血等并发症外,对门静脉血液动力学亦有影响。如单次大量 经门静脉灌注会对肝组织造成损伤,并随着灌注细胞量的增 加导致急性死亡率增高,而多次少量灌注则无明显肝组织损 伤。Kocken等在经门静脉Hcr时观察了门静脉血流量的变 化,在狗模型上当移植量达6×108~1×109时,门静脉血流量 降到原来的23%~36%,压力增高到原来的3~4倍。为解决 经门静脉I-tiE时移植肝细胞量受限的问题,Picardo等采用分 离灌注门静脉法,提高了移植肝细胞量,使分布于受体肝内的 移植肝细胞量明显增加(71%±9%)。腹腔内移植同种异体 或异种肝细胞也可纠正肝功衰竭,但植入的肝细胞易使受体 致敏且大多数细胞在3d内被清除。 5.2肝细胞移植的免疫排斥反应 免疫学问题仍是Hcr面临的主要问题之一。在不使用 免疫抑制剂的情况下,同种异体Hcr时,移植肝细胞只能在 受体内生存不到7d。Hcr所致的免疫排斥反应发生的快慢 和强弱主要取决于供受体间组织相容性的匹配程度。转基因 动物的应用,方便了免疫学研究。通过检测受体血清中转基 因产物水平,可了解同种异体转基因肝细胞的存活及功能情 况。Buragandner等¨Ij同种异体转基因肝细胞经脾分别植入B 细胞缺失、CD;T细胞缺失和CWT细胞缺失的小鼠受体内, 移植肝细胞分泌的转基因产物10d左右逐渐消失,而移植入 T细胞缺失的受体内,长达16周均可测得转基因产物。因 此,推测HCT的排斥反应主要是由T细胞介导的。在此基础 上,他们又通过CO4、CO"单克隆抗体封闭T细胞介导的不同 免疫途径,证实了肝细胞具有较高的免疫原性,能引起宿主体 内强烈的由CO;与CD T细胞介导的免疫反应。其中,迟发 型超敏反应起重要作用,而体液免疫反应的程度很微弱。他 们认为,同种异体肝细胞经脾移植后,其表面的MHC—I类分 子所递增的抗原与受体反应T细胞表面的TCR结合,可诱导 T细胞表达FasL并使之与肝细胞表面的Fas受体结合,从而 导致肝细胞凋亡。环孢霉素A能抑制Hcr排斥反应,也有可 能是阻断了Fas系统介导的凋亡,因为CsA能抑制T细胞表 达FasL。Kawahara等通过B7抗体阻断协同刺激信号CD芦/ B ,抑制T细胞的激活;同时,通过FasL单克隆抗体阻断凋亡 信号传递,减轻了排斥反应程度。Attavar等发现,将同种异体 大鼠肝细胞悬液植入脾脏的同时植入胸腺,可诱发大鼠免疫 耐受,从而不需免疫抑制剂而长期存活,这可能是诱发了中枢 性免疫耐受的结果。 5.3移植后肝细胞的增殖 如何促进移植肝细胞的增殖,也是广大学者们关心的问 题。研究表明,宿主肝脏特异性损伤后产生的肝再生刺激可 促进移植肝细胞增殖。此现象最初在D一半乳糖胺诱发的急 性肝功衰竭鼠模型中发现。Laconi等[12]先用倒千里光碱(ret— rosine)抑制宿主肝细胞分裂,再行70%肝部分切除,此条件下 移植肝细胞的增殖能力极度活跃,2个月后达到宿主肝细胞 量的5o%以上。 实验表明,重组人类HGF(rhHGF)可促进移植肝细胞增殖。 然而rhHGF价格昂贵,限制了其临床应用。肝细胞刺激物质 (HSS)是一类能刺激肝细胞增殖生长的活性物质。有人发现, 间断静脉给予HSS可促进经CCl4诱导的肝硬化鼠脾内移植肝 细胞的增殖;肝硬化的严重程度可加强HSS对移植肝细胞的增 殖刺激作用。人类HSS可通过生物技术从胎肝组织中制备,使 得HSS向临床推广成为可能。另外,胰岛素、上皮生长因子 (EGF)、转化生长因子一a(TGF—a)等,均有促进肝细胞增殖的 作用。这些活性物质的作用均是器官特异性而非物种特异性。 在日后Hcr的临床应用中有可能发挥其作用。 5.4肝细胞移植临床应用 在家族性高胆固醇血症WHI-IL兔模型的研究基础上, Grossman等成功地为1例家族性高胆固醇血症患者进行了自 体肝细胞移植肝基因治疗。术后,患者LDIMHI)L由术前的1O ~13降至5~8,至报道时为止,治疗效果已平稳维持18个 月。随后,他们又对5例纯合型家族性高胆固醇血症患者进 行了类似的治疗。移植后5例患者均取得了良好的近期疗 效,其中,3例4个月问持续性LDL一胆固醇降低,最明显者下 降达20%。 Crigler—Naiilil"综合征是由于肝脏缺乏胆红素一UDP葡萄 糖醛基转移酶(BUGT)活性而致胆红素代谢障碍的一种隐性 遗传病。Fox等 l ]在超声引导下,对1例Ca'igler—Yajjar综合 征患儿经皮穿刺门静脉输注同种肝细胞(7.5×109,约占宿主 肝细胞5%)。移植后7d,患儿肝脏呈现出BUGT活性,是移植 前的14倍。连续4周观察,血清胆红素降至相对安全水平, 胆汁中出现结合胆红素,同时,光疗从每天12h减少到平均每 天6h。1年后,该患儿仍维持较低胆红素水平,黄疸明显减 轻。Hcr对该患儿的疗效证明,移植的异体人肝细胞也可在 受体内长期存活、保持功能,并发挥对代谢性疾病的治疗作 用。 Strom等 l ]对5例属Ⅳ期肝性脑病和多系统器官衰竭的 患者通过介入导管经脾动脉植入肝细胞。5例患者在HCT 后,等待肝移植之前的2~10d,撤除大部分药物治疗仍能维 持正常脑血液灌注和心功能稳定,肝损伤生化指标显著改善, 血氨明显降低。其中,1例遗传性a.一抗胰蛋白酶缺陷患者 在Hcr术后表现a.一抗胰蛋白酶活性。通过免疫组织化学 和电镜技术分析其中1例死亡患者的脾脏,证实了移植肝细 胞在脾内种植。最近,Bilir等通过脾动脉导管插入术向6例 肝硬化患者输注了1×109~10×109至100亿个冷藏肝细胞, 3例患者还进行了2次Hcr。移植后所有患者肝性脑病症状 消失,Child—Pu小评分增高,其中3例达Child A级,并且无1 例接受静脉输注清蛋白或新鲜冷冻血浆。HCT 6个月后对1 例患者的肝组织活检,进一步证实了功能性肝细胞移植物已 发挥作用。 Hcr历经2o余年的研究,已从动物模型阶段开始进入初 步临床实验,在治疗肝功能衰竭及多种肝脏相关遗传代谢性 疾病方面蕴涵着巨大的潜能。相信在新的世纪中,Hcr将成 为人类治疗肝病的新选择。 6中枢神经系统细胞移植 在过去的十几年里,动物实验资料表明:神经系统的细胞 移植能恢复及保护某些神经功能,从而使其可能发展成为治 疗人类神经变性疾病的一种手段。帕金森病(Parkimon dis— ease)患者的临床试验表明,胎儿多巴胺能神经元移植物能在 人脑中存活并能产生功能效应。这些事实奠定了神经细胞移 植治疗帕金森病的基础。在动物模型研究的基础上,已开展 纹状体神经组织移植治疗亨廷顿病(Hundngtorls disease)患者 的尝试。由于该疾病症状十分严重而缺乏有效的治疗方法, 从而推动了这一领域研究的发展。细胞移植在其它一些神经 变性疾病治疗中,如阿尔茨海默症(Alzheimer disease)、肌萎缩 性脊髓侧索硬化及遗传性共济失调等方面的应用还尚未成 熟。要使神经细胞移植成为有效的临床治疗手段,不仅需要 在动物模型中继续进行深入的研究,而且还要对临床受试病 人进行准确的评价。【l5j 7干细胞的研究 胚胎干细胞(Embryonic Stem cell,ES)是一种源于早期胚 胎组织并能够被诱导生成机体各种类型的细胞,具有自我更 新能力的多(全)能干细胞。目前,已成功建立小鼠、金黄地 鼠、猪,乃至人类的胚胎细胞系。ES自发现起就受到生命科
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第26卷 2OO2年第l0期 黑龙江医学 V01.26.No.10 艇I L0NG JIANG MEDICAL JOURNAL Oct.2002 74l 学各领域的关注,并在探讨个体胚胎发育、畸变及致畸机制、 发现人类的新基因及基因功能研究、药物开发、细胞组织及器 官移植、基因治疗等领域,具有极为广阔的应用前景。 ES不同于其他细胞系的2大特征:①具有多向分化潜 能,即具有象早期胚胎组织细胞那样的多(全)能性,能够被诱 导生成机体各种类型的细胞;②具有体外培养细胞系的特征, 可以在体外不断扩增。 ES具有分化成机体3个胚层组织细胞的能力,这一点无 论是在动物还是人类的体内外实验中均已被证实。在一定条 件下ES可被定向诱导形成内皮、骨、软骨 平滑肌、心肌、骨骼 肌、神经胶质、原始神经节及复层鳞状上皮细胞。这种在体外 培养体系中能不断扩增而又能定向诱导分化的ES,无疑是细 胞、组织,甚至器官移植供体的理想来源。特别是在那些仅仅 由一种或少数几种细胞死亡或功能失调所致疾病,如帕金森 病、糖尿病、骨关节炎、风湿性关节炎、白血病、再生障碍性贫 血、中风、心肌病等。ES可望为这些疾病提供一种有效的根 治手段。有实验表明,体外定向诱导可使ES生成造血干细 胞,进一步在体内分化则可生成各种血细胞、T细胞和B细 胞,这一研究结果提示,ES可作为造血干细胞的来源用于白 血病、再生障碍性贫血的造血功能重建及免疫缺陷病的免疫 重建u刮。另外,尚有诱导ES生成神经元、神经胶质细胞、胰 岛细胞、肝细胞等,从而用于神经退行性疾病、糖尿病、肝硬化 等的细胞移植治疗的实验研究ll 。 8细胞三维培养与组织工程 毒和伦理的制约。但值得欣喜的是,人类胚胎干细胞和组织 干细胞的研究进展为从根本上解决制约组织工程的种子细胞 提供了可能性[I9]。可以预见,随着干细胞及组织工程学研究 的不断深入,细胞移植的应用前景将更为广阔。 参考文献 [1]宋纯,宋春芳.人胚胎甲状旁腺细胞移植治疗甲状旁 腺功能低下症[J].中华外科杂志,2OOO,38:690—692. {2JRieordi C,I_amy PE,Finke EH,et O1.Automated method for isolation of hunum pancreatic islets[J].Diabetes,l988,37(4): 413—42O. [3]l(8 DB,Leventhal JR,Koffron A,et o1.Simultaneous panc l舾一kidney transplantation in the mycophenolate mofetil/ tacmlimus eHl:evolution from induction therapy with bladder drai旭 to noninduction therapy with enteric dI 瑾lge[J].Surgery,2000,128 (4):726—37. [4]Rossini AA,Greiner DL,Mordes JP,et nz.nducItion of im— munologictolerancefortmnsplantaiton[J].PhysiolRev,1999,79(1): 99~141. [5]Sl ̄pim AMI,lake/Ⅱ【T,Ryan EA,et o1.Islet transplants— tion in seven palieIlts itwh t),】pe l diabetes mellit ̄llsing a glucocorti— coid—free immunosuppressive regimen【J].N Eng J Med,2OOO,343 (4):230—8. [6]叶启发.器官移植临床指南[M].北京:科学出版社, 1999.234. 组织工程学是2o世纪8o年代末期发展起来的一门新兴 边缘学科。这门交叉学科的核心是综合应用工程学和生命科 学的基本原理和技术,在体外构建具有生物功能的人工替代 物,用于修复组织缺损,替代失能或衰竭的组织、器官的部分 或全部功能。在组织的生长发育过程中,不同的细胞在特定 的环境中按预定的程序定向分化并装配成与其功能相适应的 三维结构。组织工程的基本原理在于应用生物学的理论和工 程学的方法,在对细胞进行体外培养的过程中,模拟体内组织 发生的环境条件,诱导和维持细胞分化并形成特定的三维结 构。这一过程的发展依赖于对细胞分化机制的揭示和材料科 学的发展。 [7]郭汉林,肖冰莲.胸腺细胞移植治疗难治性肾病5例 报告[J].中华器官移植杂志,1990,l1(4):156—157. [8]Kirpatovskii ID,DendebelO'V ES.Allotransplantation of cul— tured neonatal androgen—pwducing ydig cells[J].Vestn Ross Akad Med№uI【,1994,(4):42—6. [9]高新,詹炳炎,张孝斌.睾丸间质细胞移植的实验与 临床研究[c].全国第二届器官移植大会论文汇编,1994.22. [10]钱辉军,詹炳炎.同种睾丸Ley ̄.s细胞移植治疗男 性性腺功能低下症[J].中华器官移植杂志,1996,17(3):105 一l0r7. 【l1]Bumgandner GL,Li J,Heininger M,et o1.In vivoim— mmmogenicity of purified allogeneic hepatocytes in a murine hepato— 目前组织工程的基本方法主要包括:(1)体外设计和培养 人体组织,用于通过移植手术替换或修复病变组织;(2)体外 构建含有功能细胞或不含细胞的替代物,用于植入体内诱导 功能组织的再生;(3)构建基于人体工程组织的植入型或外置 型装置,用以替代病变的组织或器官。其中,除了不含活细胞 成分的纯生物活性材料外,工程组织、器官的功能主要依赖于 其中的功能细胞(实质细胞)的分化表型,而功能细胞表型的 正确表达有赖于对细胞分化的定向诱导和分化表型的维持。 功能细胞与细胞外基质和/或间质细胞形成特定的三维结构 有利于功能细胞的诱导分化和分化表型的维持。细胞三维培 养,一方面能够为体外培养细胞提供与其组织来源相似甚至 相同的细胞生长微环境和细胞联系,从而既有利于各类细胞 的定向分化诱导,又有利于细胞分化表型的维持和细胞增殖; 另一方面可望在体外构建与各类组织、器官相应的细胞三维 生长类似物或等同物。因而细胞三维培养已成为组织工程学 中的关键技术,组织工程的发展将在很大程度上取决于细胞 三维培养技术的进步【l引。 细胞是体外构建工程组织、器官最为重要的材料。从组 织工程学的应用角度出发考虑,用于体外构建工程组织、器官 的细胞需满足以下3个基本前提:(1)具有特定的分化表型或 定向分化潜能;(2)可靠的细胞来源;(3)不引发移植排斥反 应。目前用于体外构建工程组织、器官的细胞按其来源分为 自体细胞、同种异体细胞和异种细胞3类。这3类细胞均不 能同时满足上述的3个基本要求。其中自体细胞存在来源严 重短缺的限制;同种异体细胞同时存在着来源受限和移植排 斥反应的问题;异种细胞存在移植排斥反应、传染动物源性病 cyte transplant medeXJ].Transplntaation,1998,65:47—52. 【12]Laconi E,Oren R,Mukho—padhyay DK,et nz.Long— term n ̄1I.'K.—total liverreplacementbytransplantaiton ofisolated hep.. atocytes ni mts treated with retrorsine【J].Am J Pathol,1998,153: 319—329. [13]Fox IJ,Roy a,Kaufman SS。et o1.Treatment of the Crigler-Na ̄ar s)1l由删 type l with hepatocyte tmmplntaaiton ̄J]. N Er珥J Med,1998,338:1422—1426. 【14]Strom SC,Fisher RA, l0trIpson MT,et o1.Hepatocyte transplntaation as a bridge to orthotopic liver transplantation in tenni— nal liverfailure[J].Transplntaaiton,1997,63(4):559—69. [15]苏泽轩.现代移植学[M].北京:人民卫生出版社, 1998.828. 【16]Nakano T.LymphoMmmtopoieitc development from emblf— onic stem cells ni vitro[J].1mmunolog,1995,7(3):197—203. 【l7]Veoovsi AL,Parati EA,Gfitti A,et a1.Isolation and do, ̄s of multipotential stem cels from the embryonic human CNS nd estaablishment oftmmraantable human neural stem cell lines by epigenetic stimulation[J].E印Neural,1999,156(1):71—83. [18]Lltll ̄r R,Vacanti JP.Ttssue engineering[J].Science, 1993.26o:920—6. 【19]Heath CA.Ceils fortissue engineering[J].Trends Biotech. nol,20O0,18(1):17—9. (编辑:谢忠艳) (收稿日期:2OO2—05—18)