干细胞移植31年后的那些干细胞现在怎么样啦？

科学家们首次追踪到了干细胞移植后几十年的情况，数十年来的医学谜团揭开了面纱。值得关注

　　

同种异体造血干细胞移植于 1956 年首次实施，自 20 世纪 70 年代起成为替代有缺陷的造血系统或治疗血液癌症的治疗手段之一。全世界每年有超过100万人被诊断患有血癌，包括白血病和淋巴瘤等，而干细胞移植，也被称为骨髓移植，通常是患者唯一的治疗选择。该手术用来自捐赠者的健康干细胞完全替换患者受损的血细胞，然后重建患者的整个血液和免疫系统，利用移植的免疫系统杀死受体中的恶性细胞。仅在英国，每年就有超过2000人接受这一手术。五十多年来关于造血干细胞移植生物学的基本问题仍然存在，例如有多少移植的造血干/祖细胞 (HSPC) 仍能维持血液生产；不同的干细胞克隆如何形成不同的成熟血细胞组成；为什么移植后数十年受者的发病率和死亡率仍然升高；以及为什么捐赠者或接受者的年龄较大与较差的结果相关。

人们对移植中干细胞动力学的大部分理解来自基于克隆追踪方法的模型生物实验——例如逆转录病毒整合位点、慢病毒条形码、转座子标签、或 CRISPR–Cas9 和 Cre-Lox-诱导编辑，直接的人体研究因缺乏适用的方法而受到限制。自发体细胞突变可用作动态谱系标记。它们在整个生命过程中以恒定的、类似时钟的速度获得，这意味着它们可以用来推断一直追溯到胎儿发育的谱系关系。这一原理已被用来量化健康寿命和疾病期间造血系统的克隆动态。

来自Wellcome Sanger研究所的研究人员和苏黎世大学的合作者使用先进的基因组测序技术分析了移植后31年的10对供体-受体兄弟姐妹的血液样本，利用全基因组体细胞突变来重建造血干细胞移植受体-供体对中造血系统的系统发育，通过对比受者的克隆动态与供者的天然、未受干扰的造血功能，来量化 HCT 对血液产生的长期影响，共同绘制移植后30年干细胞在受体体内的行为图谱，首次提供了对这些细胞长期动态的一瞥。这项研究发表在10月30日的《自然》杂志上，由英国癌症研究中心提供了部分资助。它揭示了来自老年捐赠者的移植通常不太成功的原因——在移植过程中存活的重要干细胞减少了10倍。一些存活下来的细胞也失去了产生一系列血细胞的能力，而这些血细胞对强健的免疫系统至关重要。

研究人员通过分析比较供体-受体对的干细胞在整个生命过程中发生的突变，追踪有多少干细胞在移植过程中存活下来，并继续在患者体内产生新的血细胞。研究小组发现，对于来自20、30多岁的年轻捐赠者的移植，大约有3万个干细胞能够长期存活，相比之下，老年捐献者的干细胞只有十分之一。这种下降可能导致免疫力下降和复发风险增加，这可能解释了为什么年轻的献血者往往能带来更好的结果。他们还发现，与匹配的供者相比，移植过程使受者的血液系统衰老了大约10-15年，这主要是由于干细胞多样性较低。

令人惊讶的是，尽管移植过程造成的压力很大，干细胞在快速分裂重建患者血液的过程中几乎没有获得新的基因突变。这挑战了先前关于移植过程中高突变率的假设。

该研究还发现了其他与捐赠者年龄无关的遗传因素，这些因素有助于某些干细胞在移植后茁壮成长。这一系列的遗传优势可能会导致更好的治疗方法的发展，使移植对更大范围的患者更安全、更有效。

这项研究的第一作者，Wellcome Sanger研究所Michael Spencer Chapman博士说：“当你接受移植时，就像给你的血液系统一个新的开始，但是这些干细胞到底发生了什么呢？到目前为止，我们只能引入细胞，然后监测血液计数，以寻找恢复的迹象。但在这项研究中，我们追踪了一个样本几十年来的变化，揭示了一些细胞群是如何消失的，而另一些细胞群是如何占主导地位的，随着时间的推移，这些细胞群塑造了病人的血液。能够如此详细地了解这一过程是令人兴奋的。”

这项研究的资深作者、苏黎世大学的 Markus Manz博士说：“这项研究强调，年龄不仅仅是一个数字；这是移植成功的一个重要因素。尽管随着时间的推移，造血干细胞系统非常稳定，但年轻的供体通常提供更大、更多样化的干细胞，这可能对患者的长期康复至关重要。我们希望继续探索影响长期造血干细胞动力学的其他因素，以便微调供体选择和受体骨髓环境，以获得最佳的长期干细胞功能。”

这项研究的资深作者、Wellcome Sanger研究所的Peter Campbell博士说：“移植过程迫使血液和免疫细胞通过一种基因‘瓶颈’。我们的新方法使我们能够更密切地研究这种瓶颈现象。我们发现瓶颈为一些干细胞在受体的新环境中比其他干细胞更茁壮成长提供了多种不同的机会。我们相信，有可能找到导致某些干细胞比其他干细胞生长得更好的基因——从理论上讲，这些基因可以用来提高移植手术的成功率。”

摘要

同种异体造血细胞移植（HCT）用来自捐赠者的干细胞取代负责造血的干细胞。为了量化长期干细胞移植的动态，我们对10对供体-受体的2824个单细胞衍生的造血细胞集落的基因组进行了测序，这些细胞集落是在HLA匹配的兄弟姐妹在同种异体造血细胞移植后9-31年采集的。对于来自年轻的供者（移植时18-47岁）的移植，取样时有约5,000-30,000个干细胞成功移植并在取样时仍参与造血；相比之下年龄较大的献血者（50-66岁）的估计值低10倍。移植细胞对骨髓、B淋巴和T淋巴细胞群体有多谱系贡献，尽管单个克隆经常表现出对一种或另一种成熟细胞类型的偏向性。与匹配的供体相比，受者的克隆多样性较低，相当于额外老化了大约10-15年，这是由于干细胞克隆扩张增加了高达25倍。与移植相关的细胞种群瓶颈无法解释这些差异；相反，系统发育树显示了两种不同的同种异体造血细胞移植（HCT）特异性选择模式。将造血干细胞从其原生环境中连根拔起并移植到异体环境中会加剧选择压力，与供体的未受干扰的造血干细胞相比，会扭曲并加速克隆多样性的丧失。