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编号:10214755
硫酸葡聚糖预处理方案在脐血移植中应用的初步研究
http://www.100md.com 《第二军医大学学报》 2000年第8期
     作者:吴建秋 金志军 项莺松 杨云纺 杨如俊 姚明

    单位:吴建秋(长征医院妇产科);金志军(长征医院妇产科);项莺松(第二军医大学海军医学系放射医学教研室,上海 200433);杨云纺(长征医院妇产科);杨如俊(第二军医大学海军医学系放射医学教研室,上海 200433)

    关键词:造血干细胞移植;重症联合免疫缺陷小鼠;硫酸葡聚糖

    第二军医大学学报000813

    [摘要] 目的:进一步了解脐血造血细胞回巢潜能及硫酸葡聚糖(DS)的动员作用机制。方法:重症联合免疫缺陷小鼠经亚致死剂量γ射线照射或DS预处理后,进行经冻存后的人脐血移植,利用人粒-单系祖细胞培养及流式细胞术,检测植入小鼠骨髓、脾脏等器官中的人源性细胞。结果:与未预处理组相比,DS或照射预处理组移植受体鼠内人源CD45+,CD34+及CD19+细胞植入水平明显提高;DS预处理组植入水平虽较照射预处理组差,但毒性较低,小鼠存活率高达100%。结论:DS是一种安全、有效的预处理方案;DS对造血干细胞既有动员作用又有促进龛位腾出以供移植干细胞回巢的作用。
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    [中图分类号] R 593.305 [文献标识码] A

    [文章编号] 0258-879X(2000)08-0742-03

    Application of dextran sulfate pretreatment in animal model of umbilical cord blood transplantation

    XIANG Ying-Song YANG Ru-Jun

    (Department of Radiation Medicine, Faculty of Navy Medicine, Second Military Medical University,Shanghai 200433, China)

    WU Jian-Qiu JIN Zhi-Jun YANG Yun-Fang
, 百拇医药
    (Department of Obstetrics and Gynecology, Changzheng Hospital)

    YAO Ming

    (Insititute of Cancer and Biology, Shanghai)

    [ABSTRACT] Objective: To better understand homing potentiality of hematopoietic stem cells (HSC) in human umbilial cord blood (UCB) and the mechanism of dextran sulfate (DS) mobilization. Methods: Sub-lethally irradiated or DS pretreated severe combined immunodeficient (SCID) mice were transplanted with UCB, which was cryopreserved at -80℃.Human cells in recipient mice were detected by flow cytometry and CFU-GM assay from each host organ. Results: In contrast with the controls, engraftment after irradiation or administration of DS resulted in a higher percentage of CD45+,CD34+,CD19+ cells produced in SCID mice. While comparison between the experimental groups, higher implantation level was obtained in the former if equivalent donor cells were used in both groups. Conclusion:DS is a safe and effective pretreatment, which can mobilize HSC, but also vocate niches for transplanted HSC homing.
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    [KEY WORDS] hematopoietic stem cell transplantation; severe combined immunodeficient mice; dextran sulfate

    造血干细胞回巢与移植疗效一直受到人们的关注,建立适宜而有效的动物模型对其体内研究十分必要,人脐血移植重症联合免疫缺陷(SCID)小鼠就是目前较理想的异基因移植模型[1],移植前一般采用放射线预处理。硫酸葡聚糖(DS)作为一种有效的造血干细胞动员剂已有较多研究报道[2,3],但从龛位角度来看DS也可能成为一种龛位腾出剂。本实验在此模型基础上采用DS作为预处理方案,并与常规的放射线预处理进行比较,以期为临床造血干细胞移植提供必要的理论知识及技术方法。

    1 材料和方法

    1.1 脐血 人脐血采自本院产科正常足月顺产胎儿,孕产妇无妊娠合并症或并发症,病原体检测均为阴性,无溶、凝血现象。样本采集后4℃保存,2 h内完成冻存。与100%二甲亚砜混合,直接在-80℃下冻存[4],常规复苏后立即输注给受体小鼠。
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    1.2 动物及饲养 C.B-17 SCID小鼠,6~8周龄,雌性,体质量(20±2) g,购自上海肿瘤生物技术研究所,SPF级饲养于本校东方肝胆外科医院动物中心,饲料、饮水及垫料均经高压灭菌。

    1.3 主要试剂 1% DS制备[2]:取DS(含硫量小于16%,相对分子质量1万以下,购自Sigma公司)干粉制剂1 g,去离子水100 ml混匀,无菌过滤,4℃保存备用。

    1.4 DS对SCID小鼠外周血动员作用的量效关系及毒性反应观察 参照文献[2],分别将小鼠按不同DS剂量分组:(1) 15 mg/kg;(2) 30 mg/kg;(3) 45 mg/kg;(4) 60 mg/kg;(5) 对照组(同等体积0.4 ml无菌去离子水)。经尾静脉注射,实验组每组均3只,对照组2只。同时观察其毒性反应的有无及严重程度。

    1.5 DS对SCID小鼠的外周血动员作用的时效关系观测 取DS 20 mg/kg经尾静脉注射,并分别于给药前及给药后1,3,5,7,9 h,连续监测外周血白细胞(WBC)计数,共5只小鼠。
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    1.6 不同预处理方案的应用分组 (1) 照射预处理组:受鼠照射后4 h内,经尾静脉一次输注入冻存脐血有核细胞(NC) 8×106个;(2) DS预处理组:于DS 20 mg/kg处理后3~5 h内,经尾静脉输注冻存脐血NC 8×106个;(3) 直接移植组:无预处理,经尾静脉直接输注冻存脐血NC 8×106个;(4) 照射对照组:照射后4 h内,经尾静脉输注与上述同等量RPMI 1640液;(5) DS对照组:于DS 20 mg/kg处理后2~3 h内,经尾静脉输注与上述同等量的RPMI 1640液。移植组每组均5只,对照组2只。实验重复2批。

    1.7 植入证据(水平)检测

    1.7.1 流式细胞术检测 分别取移植后4~6周受鼠骨髓及脾脏NC 1×106个,直接法标记抗人CD45-FITC,抗人CD34-FITC,间接法标记抗人CD19-PE,检测人白细胞共同抗原CD45,造血祖细胞抗原CD34以及B细胞抗原代表CD19,同时设阴性对照。用LYSIS-Ⅱ软件处理数据。各抗体均由长征医院临床实验科提供。
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    1.7.2 人粒-巨噬细胞集落形成单位(CFU-GM)培养 取移植后4~6周受鼠骨髓单个NC 2×105个,在含150 U/ml重组人粒-巨噬细胞集落刺激因子(rhGM-CSF)与1.35% 甲基纤维素的培养体系中,37℃, 5%CO2及饱和湿度条件下,培养14 d后计数。集落经洗涤后进一步用抗人CD45-FITC标记,用流式细胞仪检测,以鉴定细胞的人源性。

    1.8 统计学处理 各计量资料以±s表示,行秩和检验,组间比较用方差分析。

    2 结 果

    2.1 DS对SCID小鼠外周血干细胞动员作用的量效、时效关系及毒性反应 与文献[2]报道相似,给药后2~5 h内WBC随DS剂量增加而呈现升高趋势,剂量分别为15, 30, 45, 60 mg/kg时,对应的WBC计数分别为1.68×1010/L, 2.35×1010/L, 2.20×1010/L, 2.82×1010/L。提示给药剂量超过15~30 mg/kg后动员作用的增加已不明显。
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    取DS 20 mg/kg作时效关系观察(图1),可以发现WBC在给药后1 h开始上升,2~3 h达到高峰,5 h接近于峰值,至7 h已有明显下降趋势,其白细胞增高倍数分别为给药前的1.42,2.30,2.09倍,9 h后基本恢复正常。提示DS的动员作用在一定范围内具有时间依赖性。

    图 1 DS对SCID小鼠外周血WBC动员作用的时效关系

    Fig 1 Time-response relation of DS in mobilization

    of WBC in SCID mice peripheral blood

    在量效关系测试中,DS引起的毒性反应随DS剂量增加而增加,30 mg/kg时已有耸毛、咳嗽、轻度呼吸困难,至60 mg/kg时出现惊厥、抽搐,未见出血、死亡。故用20 mg/kg DS进行移植预处理,小鼠精神状态、饮食及活动度等较照射移植组好。经DS处理的各组小鼠均存活至实验结束。照射移植组存活3只(3/5),照射对照组均于照射后5~10 d内死亡。
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    2.2 SCID小鼠植入情况 根据文献[1]及本人先前研究结果[5],以骨髓中人CD45,CD34及脾脏中CD19作为免疫学抗原检测指标更为稳定。移植组无论是经DS预处理还是照射预处理均检出了人源性细胞,植入率以照射预处理组为高,差异显著(P<0.05,表1)。直接移植组中个别能检出阳性抗原,但含量较低,CD45最高不超过0.8%。两种预处理方案组均检出了人的CFU-GM,其集落形态较大,子代细胞以单个核或分叶核细胞为主,进一步经流式细胞术检测鉴定为人源性。

    表 1 不同预处理条件下SCID小鼠

    体内脐血细胞植入水平

    Tab 1 Engraftment levels of UCB cell in the SCID

    mice after different preparative regimens(n=5,±s, %) Group
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    Bone marrow

    Spleen

    CD45+cells

    CD34+cells

    CD19+cells

    IR

    10.25±3.85

    1.22±0.83

    8.30±5.26

    DS

    5.86±2.31*
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    0.78±0.46*

    3.88±2.05*

    IR:Pretreated with irradiation; DS: Pretreated with DS;

    * P<0.05 vs IR group 3 讨 论

    人脐血移植SCID小鼠是脐血造血干细胞体内研究的较好模型,目前对受体的预处理一般均采用放射线或化学药物,以促进外源干细胞的植入。根据龛位学说,这种预处理方法可使原位造血干细胞在损伤后数天内发生坏死和凋亡,进而使龛位腾出。而且腾出的龛位其存在又有时间性,如果没有干细胞的及时植入,则会因基质细胞的损伤、造血生长因子的重分布以及淋巴细胞的浸润而消失。另一方面,腾出的龛位可又供移植干细胞回巢。它是一个主动性过程,一般移植后在髓外经过多次迁移最后大约在24 h内完成,如果没有及时可供植入的龛位,移植干细胞则会进入肝、脾、肺等网状内皮组织中,而不能发挥其正常造血功能。本实验照射移植组采用移植前亚致死剂量γ射线对受体进行全身照射,各植入指标的水平均较直接移植组有明显增高,进一步证实了放射预处理可促进移植干细胞回巢。
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    关于造血干细胞动员剂的研究和应用是外周血干细胞移植的不可分割的技术环节,这种方法是通过对供体的预处理而使外周血干细胞含量大大增加,从而满足移植的需要。所以从龛位角度来看,这种干细胞的动员也就是龛位的腾出。骨髓等造血组织中的龛位与干细胞处于一种动态平衡状态,骨髓中干细胞可从一个龛位移至另一个龛位或者与外周网状内皮组织中的干细胞间发生互移,因此预处理会使这种平衡被打乱,继而移植干细胞可与自身进入外周循环池的干细胞共同竞争原先腾出的龛位。以DS为代表的聚离子化合物是又一类动员剂,它能使机体储存池的造血细胞失去与周围微环境的稳定与平衡,基本上不改变机体功能状态,也不对造血细胞产生杀伤作用[2]。基于此点,我们选用DS作为移植受体的预处理剂,在使龛位腾出的同时,又因其既避免了如GM-CSF等干细胞刺激因子那样改变机体造血功能状态,也避免了放射线或化学药物对造血干细胞及造血微环节的损伤与破坏,而更适于造血干细胞的体内研究。本实验动员移植组正是证实了DS促进移植干细胞回巢与SCID小鼠免疫功能的重建,也使龛位学说得到了巩固。
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    两种预处理方案中,照射预处理特点是腾出的龛位数量多,移植干细胞植入率比较高并且能廓清免疫排斥率,但对造血系统破坏太大而成为某些移植应用的突出缺陷。相比之下,DS龛位腾出作用是相对有限的,可能由于没有原位干细胞的凋亡和坏死,龛位不是逐步增加地腾出,而是始终处于饱和,但因移植干细胞比受体干细胞有一个增殖优势或者受体干细胞的增殖分化受移植干细胞的抑制,而使移植干细胞易于植入。当然,DS这种有限的动员作用对某些疾病已有足够临床意义,因为这些干细胞的应用目的是尽可能使其与受体的异基因细胞形成嵌合体,而对植入率没有过高的要求;或在器官移植联合造血干细胞移植中诱导形成免疫耐受,宿主不必要也不允许进行大剂量放/化疗预处理。因此DS为目前这些难题的解决提供了一理想途径。

    总之,两种预处理方案相得益彰,均能促进造血干细胞的回巢,在脐血移植应用的针对性方面具有各自的指导意义。并且,DS在此方面的应用尚处于初步探索阶段,有关研究仍待深入。

    [基金项目] 国家自然科学基金资助项目(39770329) .
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    [作者简介] 吴建秋(1970-),女(汉族),博士生,主治医师.

    作者单位:姚明(上海肿瘤生物研究所)

    [参考文献]

    [1] McMune JM, Peault B, Streeter PR, et al. Preclinical evaluation of human hematolymphoid function in the SCID- hu mouse[J]. Science, 1988,241(5):1632-1639.

    [2] Ma EP, Jiang YM, Wu ZZ, et al. Experimental study and normal individual trial of hematopoietic stem cell mobilizer DS[J]. Inter J Cell Cloning, 1992, 10(Suppl 1): 41-45.
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    [3] 马恩普,刘秀珍,韩 颖,等.低分子量硫酸葡聚糖对小鼠造血干细胞动员作用的研究[J].中国应用生理学杂志,1996,12(1):61-64.

    [4] 项莺松,杨如俊,杨 平,等.骨髓细胞-80℃保存及其程序移植的实验研究[J].第二军医大学学报,1999,20(2):69-71.

    [5] 吴建秋,项莺松,杨云纺,等.人脐血程序移植重症联合免疫缺陷小鼠的实验研究[J].第二军医大学学报,1999,20(10):783-785.

    [收稿日期] 2000-01-09

    [修回日期] 2000-04-15, 百拇医药