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编号:10271488
脐血细胞因子的研究进展
http://www.100md.com 《中国病理生理杂志》 1999年第7期
     作者:林旭滨 陈运贤

    单位:林旭滨 陈运贤 中山医科大学附属第一医院(广州 510080)

    关键词:

    脐血细胞因子的研究进展Studies on cytokine profile of umbilical cord blood

    LIN Xu-Bin, CHEN Yun-Xian

    Department of Hematology, First Affiliated Hospital of

    Sun Yat-sen University of Medical Sciences, Guangzhou (510080)

, 百拇医药     【A Review】 The cytokine profile of cord blood (CB) and a dult peripheral blood (APB) is different. Levels of HGFs are higher in cord bloo d. Decreased mRNA expression and protein production of spectific cytokines from stimulated CB versus APB cells may partly contribute to the immaturity of CB he matopoiesis and cellular immunity.

    80年代末以来,随着脐血移植获得成功,脐血造血干细胞及脐血生长 因子成为了研究热点。脐血移植的成功,除了脐血中含有造血干细胞以外,还与脐血含有丰 富的细胞生长因子有关。脐血细胞生长因子,主要包括集落刺激因子(如EPO、G-CSF、GM-CS F等)和白细胞介素(如IL-3、IL-6、IL-11等)两大类,是一组具有调节造血细胞增殖、发育 及分化、 增强血细胞功能的高生物活性糖蛋白。目前的研究表明脐血细胞生长因子浓度及脐血血细胞 表 达造血因子能力与成人外周血不一致。研究脐血细胞因子,不仅能了解细胞因子对胎儿造血 、免疫系统的调控,而且有助于了解脐血移植的机制,进一步开发脐血的潜在应用价值。
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    一、集落刺激因子(Colony stimulating factors):

    1.促红细胞生成素(erythropoietin, EPO):EPO在胎儿期主要由胎肝产生,出生后则主 要由肾脏皮质间质细胞产生。它特异地作用于红系细胞,刺激红系祖细胞增殖,分化、成熟 ,对其他系造血细胞无明显作用[1]。Kling等用RIA法测出脐带血浆EPO平均值 为(23.9±11.9) mU/mL。脐血血红蛋白(Hb)平均值为(142.0±15.2) g/L。出生后婴儿 血浆EPO水平则与外周血Hb浓度的开始成反比关系。成人血浆EPO值为(15.0±9.6) mU/mL,Hb则为(139.0±12.2)g/L[2]

    2.粒细胞集落刺激因子(Granulocyte colony stimulating factor, G-CSF):G-CSF主 要调节中性粒细胞的生成,刺激粒系祖细胞的增殖,分化、成熟,增强成
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    熟中性粒细胞的趋 化性、吞噬作用和细胞杀伤作用,动员造血干细胞和成熟中性粒细胞向外周血移行,另外还 可刺激髓性白血病细胞和部分实体肿瘤增殖。G-CSF与IL-3等其他造血因子协同可刺激其 他系细胞的生长发育[3].Schibler等用ELISA法测得正常成人血清G-CSF浓度为(45 ±13)pg/mL,正常足月胎儿脐带血清G-CSF浓度则为(114±13)pg/mL,正常产妇胎盘浸出液 中G-CSF浓度则高达(440±210)pg/mL。而在单核细胞体外培养(1×106/mL)试验中,予IL- 1α刺激24 h后,脐血单核细胞上清液中G-CSF浓度为(2557±442)pg/mL,成人外周血G-CSF 浓度则为(8699±5529)pg/mL[4]。Cairo等用PMA和PHA刺激48 h后,成人外周血单 个核细胞(MNC)产生的G-CSF量是脐血MNC的2倍[5]

    3.粒-巨噬细胞集落刺激因子(Granulocyte and macrophage-colony stimulating fac tor, GM-CSF):GM-CSF主要诱导粒系及单核-巨噬系细胞的增殖分化,并可促进红系及巨核系 集落形成,增强成熟中性粒细胞、巨噬细胞的功能。脐带血GM-CSF活性较成人外周血高,但 体外培养中脐血MNC和T淋巴细胞产生GM-CSF能力较成人差。在ConA刺激下,脐血MNC分泌的G M-CSF为成人外周血MNC的42%,分别为(157±78)pg/mL和(373±112)pg/mL;在ConA及PMA刺 激下脐血T细胞分泌的GM-CSF为成人的48%,分别为(2577±1006)pg/mL和(5275±1962)pg/mL(ELISA法测定)。对GM-CSF mRNA的表达,脐血T细胞则为成人的25%~50%[6]
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    4.巨噬细胞集落刺激因子(macrophage-colony stimulating factor, M-CSF):M-CSF由 成纤维细胞、血管内皮细胞、巨噬细胞产生,妊娠期子宫上皮细胞也可产生M-CSF。M-CSF主 要促进单核-巨噬系细胞的增殖,分化、成熟,增强成熟单核及巨噬细胞功能,诱导单核细 胞产生多种细胞因子如G-CSF,GM-CSF、TNF等[8]。Roth用RIA法测定成人血清M-CS F浓度为(4.5±0.1) ng/mL,正常足月胎儿脐血则为(13.8±0.3) ng/mL,为成人血清的3 倍[9]。体外培养120 h,成人外周血MNC产生的M-CSF是脐血MNC的2.8倍,前者为( 4.7±1.8) ng/mL ,后者为(1.6±0.4) ng/mL;用GM-CSF刺激120 h,成人和脐血MNC产 生M-CSF水平分别为(22.3±4.6) ng/mL和(11.4±2.8) ng/mL。GM-CSF刺激24 h,成 人外周血MNC表达M-CSF mRNA水平是脐血MNC的4倍[10]
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    5.干细胞因子(Stem cell factor, SCF):SCF是迄今发现的作用于造血最早阶段的细胞 因子,对造血干细胞及早期祖细胞的生存更新及增殖起关键作用,并协同IL-3、GM-CSF或G- CS F共同作用促进粒系祖细胞的增殖和分化,与EPO协同促进BFU-E和CFU-E的增殖、分化,与IL -3、GM-CSF协同促进B淋巴细胞增殖与分化,但对T淋巴细胞的影响尚不清楚。内皮细胞覆盖 全部外周血管,在骨髓体外长期培养中构成其基质细胞的10%~20%,是产生SCF的主要细胞 之一。脐血清SCF水平明显高于成人(2000 pg/mL比850 pg/mL,ELISA法),Yamaguchi检测不 同 组织表达SCF mRNA的能力,其中脐静脉内皮细胞(HUVEC)能表达高水平的SCF,说明内皮细胞 是胎儿及新生儿血SCF的主要来源[11]。Buzby等比较HUVEC和成人主动脉内皮细胞( HAEC)表达SCF的能力,在内皮细胞蛋白提取物中,HUVEC产生膜结合型SCF的基础水平为0.9 ng/mg,HAEC为0.4 ng/mg;予PMA刺激8 h后,HUVEC和HAEC产生的膜结合型SCF分别为1. 64 ng/mg和0.73 ng/mg,二者产生游离型SCF的能力则成人略高于脐带。对SCF mRNA的表达 ,HUVEC的基础水平是HAEC的3倍[12]
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    二、白细胞介素(Interleukin, IL):

    1.白细胞介素3(IL-3):IL-3又称多潜能克隆刺激因子,可作用于除T和B淋巴细胞系以 外的各系祖细胞,刺激巨噬、中性粒、嗜酸、嗜碱性粒、巨核和红系细胞的增殖和分化,IL -3还可作用于原始的多能干细胞。IL-3半衰期短,不结合成大分子,在血清中难以检测出 [2]。体外试验中脐血MNC产生IL-3能力远远低于成人外周血MNC。Cairo用PMA和A2318 7刺激成人和脐血MNC(1×106/mL)72h, 其上清液IL-3浓度分别为6 000 pg/mL和1 700 pg/ mL[5]

    2.白细胞介素6(IL-6)与白细胞介素11(IL-11):IL-6与IL-11对免疫的调节功能表现为 诱导B细胞分化产生免疫球蛋白,活化T细胞和NK细胞。在造血调控方面,在IL-3、SCF、GM- CSF等因子协同下,具有维持和促进原始多潜能祖细胞的生长,刺激红系、髓系、巨核系细 胞增殖等作用。IL-11最突出的生物学活性是可以直接作用于各阶段巨核细胞,促进其增殖 分化,体内试验具有提高外周血小板数的作用[13~14]。正常足月胎儿脐血IL-6水 平 约50 pg/mL,成人血浆中未测出(RIA法)。Schibler用ELISA法检测正常足月胎儿血单核细胞 和成人外周血单核细胞体外培养(1×106/mL)上清液中IL-6浓度,分别为(2 343±958) pg /mL与(6 148±990) pg/mL,在IL-1刺激下,二者产生IL-6的峰值分别为(14 117±2592) pg /mL和(28 937±1 683) pg/mL,脐血明显少于成人[15]。但Sautois报道在LPS+PHA 刺激下, 二者MNC产生IL-6的水平无明显差异[7]。Suen等比较新生儿及成人皮肤成纤维细胞 (NFb与AFb)表达IL-11的能力,NFb与AFb产生IL-11的基础水平无明显差异。但PMA刺激16至2 4 h,NFb与AFb产生的IL-11分别为(4 050±400) pg/mL与(1 400±40) pg/mL,新生儿成纤 维细胞产生IL-11的能力远远高于成人成纤维细胞[16]
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    3.IL-1:IL-1对造血的调节功能为诱导骨髓基质细胞产生GM-CSF、G-CSF、M-CSF等因 子,加速造血干细胞自我更新与分化,协同G-CSF、GM-CSF、IL-6、IL-3促进粒、单、巨核 、红系的增殖。在LPS刺激下,脐血单核细胞体外培养上清液的IL-1活性为(2084±986) cou nt s.min-1,远远低于成人的(11928±2230) counts.min-1[17]。 但在LPS+PHA刺激下,二者MNC产生IL-1β的能力无差别[7]

    4.IL-4与IL-8:IL-4与IL-8在造血方面主要起负调控作用,IL-4通过抑制IL-3、GM-CS F、IL-6,SCF等因子而抑制单核、巨核及红系细胞的增殖,但可促进G-CSF诱导的粒系细胞 的增殖。IL-8通过IL-8R直接作用于髓系造血祖细胞,抑制其增殖[8]。体外培养脐 血MNC表达IL-4及IL-8的能力均较成人外周血差[7,19]
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    5.IL-12、IL-2与IL-15:IL-12主要调节NK细胞和T细胞功能,促进激活的T细胞和NK细 胞增殖并增强其细胞毒性作用。IL-2可刺激T、B淋巴细胞增殖,增加T细胞、NK细胞、巨噬 细胞数量和细胞毒性作用。IL-15是近年发现的一种细胞因子,其生物学活性与IL-12类似。 体外培 养在LPS刺激下,成人外周血MNC产生IL-12水平为脐血MNC的7倍,脐血单核细胞产生IL-15水 平则为成人的30%。Chalmers用流式细胞仪从单个细胞水平分析,脐血淋巴细胞产生IL-2等 细胞因子水平较成人低。脐血细胞产生IL-2、IL-12、IL-15及TNF-α、IFN-γ等细胞因子不 足影响了脐血NK、CTL、LAK等细胞毒性作用,是脐血细胞免疫功能不成熟的原因之一。体外 实验IL-2、IL-12、IL-15可增强脐血NK、LAK细胞活性达到成人的水平[20~23]

    三、其他:

    肿瘤生长因子β(tumor growth factor-β, TGF-β)又称转化生长因子β。TGF-β由生 长活跃的组织和细胞生成,胎盘与血小板有少量存在。TGF-β是早期造血细胞生理性负调控 因 子,抑制红系、巨核系及淋巴细胞的增殖,并抑制多种白细胞介素及其他细胞因子的正性造 血调控作用。
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    MIP-1α(macrophage-inflammatory protein 1α)能阻止造血干细胞进入细胞周期的S 期,从而抑制其增殖[24~26]。脐血MNC对这两种因子的表达能力均低于成人外周 血MNC,这对于胎儿造血有利。

    综上所述,正常足月胎儿脐血造血调控因子有如下特点:①与成人外周血相比较,脐血 中含有丰富的多种造血因子如EPO、GM-CSF、G-CSF、M-CSF等;②脐带血细胞在体外培养下 表达多种细胞因子的能力明显较成人外周血差,这间接反映了脐血细胞造血与免疫功能尚未 发育成熟,多数作者认为这是新生儿易发生感染及感染时易出现白细胞,血小板减少的机制 之一; ③胎儿成纤维细胞,内皮细胞以及胎盘、子宫组织等可产生高水平的造血因子,对调节胎儿 及新生儿的造血起到重要作用。目前对脐血细胞造血及免疫功能的研究多为体外实验,不同 培养条件及刺激物的选择对实验结果影响较大,甚至出现相反结论。脐血细胞在体内产生细 胞因子的能力尚未见报道。因而充分认识脐血细胞因子的生成特点及其对造血与免疫的调控 对于脐血的临床应用具重要意义。
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    * 广东省卫生厅“五个一”工程重点课题资助

    参考文献

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    (1998年11月9日收稿,1999年3月16日修回), http://www.100md.com