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干细胞因子及其应用

 自1990年美国3个研究组几乎同时报道干细胞因子以来,世界各地进行了广泛深入的研究。现将干细胞因子(SCF)的研究现状作一综述。

 

  1 SCF的结构和理化性质

 

  干细胞因子又称肥大细胞生长因子(MGF),Kit配体(KL)及Steel因子(SLF)。它是由骨髓微环境中的基质细胞产生的一种酸性糖蛋白。其糖基连在肽键的N和O基团上,相对分子质量31 000~36 000,由非共价结合的两个相同亚基组成。等电点PI=3.8。SCF共有273个氨基酸。从-25~-1为信号肽,+1~+189为膜外功能区,+190~+216为跨膜区,+217~+248为胞浆功能区。鼠与人的SCF有83%的同源性[1]。

 

  SCF在小鼠由10号染色体Steel位点编码。在人位于12 q22~24。SCF有2种存在形式:可溶性和膜结合型。在人,编码248个氨基酸的mRNA(SCF248),其第6个外显子中有一蛋白切割位点。由此mRNA表达165个氨基酸的可溶性SCF。编码220个氨基酸的mRNA(SCF220),其第6个外显子中无蛋白切割位点。由此mRNA表达膜结合型SCF。在鼠,可溶性SCF可由SCF248在第6外显子切割或SCF248和SCF220的第7外显子切割而成。膜结合型SCF由SCF220表达。2种形式SCF均有生物学活性[2]。鼠和人SCF对人造血细胞几乎有相等的生物学活性,但对鼠细胞,鼠SCF比人SCF生物效应强800倍[3]。

 

  2 SCF的生物学活性

 

  基因重组SCF和天然SCF有着相同生物学活性。2种形式SCF对造血都起重要作用。但Dolci等[4]发现结合型SCF比可溶性SCF支持造血长几个星期,对原始胚细胞存活刺激作用以结合型SCF为强。可溶性SCF激活c-kit受体短暂,诱导细胞表面c-kit受体下调更迅速。

 

  SCF和其他细胞因子一起诱导干和祖细胞增生、延长其存活期及引起干和祖细胞动员。虽然SCF的受体在祖细胞无显著不同,但SCF诱导红系祖细胞增生比粒-单祖细胞强,可能是其他特异性因素影响祖细胞对SCF的反应性[5]。给小鼠应用SCF和粒细胞集落刺激因子(G-CSF),外周血干细胞和祖细胞第1天即达高峰,6周后正常。骨髓中干和祖细胞第1天下降,第14天升高达10倍,6周后正常。表明最初外周血干和祖细胞升高是由骨髓中动员到外周血[6]。Mauch等[7]报道SCF和IL-11合用增加长期骨髓增殖细胞(LTMRC)从骨髓动员到未切脾鼠的脾和切脾鼠的血液。Yonemura等[8]认为SCF单独在体外不能维持干细胞数量,体内作用是SCF和其他细胞因子相互作用的结果。

 

  在体外SCF和IL-7协同促进前体B细胞增生。Takeda等[9]认为体内B细胞发育不是受体c-kit和SCF相互作用,而另一受体型酪氨酸激酶(FLK2)对B细胞发育比c-kit更重要。

 

  SCF在肥大细胞发育和存活中起关键作用。小鼠SCF的基因缺失导致结缔组织和粘膜表面肥大细胞缺乏。由于SCF引起肥大细胞脱粒,应用时一般以减少剂量为代价。Nocka等[10]发现二硫化物相联系的二聚体SCF比普通SCF刺激细胞增生强10~20倍。但对肥大细胞脱粒并不比普通SCF强。

 

  SCF既有化学激动性,也有化学趋化性。膜结合型SCF促进造血祖细胞回到骨髓。静脉输注kit+造血祖细胞后其沿着SCF的梯度移动到骨髓。这是由kit粘附到骨髓基质细胞表面的SCF引起[11]。Kim等[12]认为基质细胞源因子-1(SDF-1)只有化学趋化性,它作为生理抗移动因子抑制造血祖细胞移出骨髓。

 

  应用SCF、促血小板生长因子(TPO)、IL-12、IL-3处理冷冻骨髓细胞移植给鼠,其恢复血小板和中性粒细胞比用未处理的骨髓移植早3~6 d[13]。在鼠模型中,受者在应用5-FU前和后给予SCF注射,可以使干细胞从静止期进入细胞周期。这样干细胞对5-FU敏感,易于杀死,为供者骨髓移入受者提供了稳定的内环境,有利于骨髓移植的成功[14]。

 

  将虫荧光素酶基因连在质粒上,该基因以聚赖氨酸(PL)与抗生蛋白链菌素(SA)共价连接,生物素酰基化的SCF以生物素与SA连接,腺病毒与PL共价连接,用此载体转染人MBO2和MO-7e细胞(两者均表达c-kit),孵育2 h通过SCF与c-kit结合转染效率可达90%[15]。但Fielding等[16]报道逆转录病毒载体通过连接SCF使SCF与造血细胞表面c-kit粘附,则病毒不能转染造血细胞,对不表达c-kit的非造血细胞却能转染。

 

  3 临床应用

 

  曾经将血清SCF低下作为引起造血功能障碍的原因。据报道在再障、骨髓增生异常综合征,骨髓移植后患者血清SCF水平低下。Abkowitz等[17]检测了34例纯红系再障患者血清SCF与正常人比较,无显著统计学意义。认为血清SCF水平可能与临床无相关性。但血清SCF是可溶性SCF,至于膜结合型SCF尚无法检测。

 

  Weaver等[18]将48例上皮卵巢癌患者第1天给予3 g·(m2)-1环磷酰胺输注,4 h输完,美司钠6 g·(m2)-1输注12 h。然后48例随机分成4组,每人均注射5 μg·kg·d-1G-CSF,每组中有9例加用重组人的SCF。按组别分别给予5 μg·kg-1.d-1、10 μg·kg-1.d-1、15 μg·kg-1.d-1、20 μg·kg-1.d-1。化疗后48 h开始应用,直到外周血WBC≥4.0×109 L-1。这时进行外周血单成分采集。结果发现长期培养起始细胞(LTC-IC)在SCF 20 μg·kg-1.d-1组比单用G-CSF组增加5.8倍,CD34+细胞增加3倍,CD34+CD33-细胞增加64倍。Glaspy等[19]将215例高危期乳癌患者化疗后随机分组,单用G-CSF 10 mg·kg-1.d-1达7 d,G-CSF 10 μg·kg-1.d-1和重组人SCF 5、10、15、20、25、30 μg·kg-1.d-1联合用药达7、10、13 d。每种疗法的最后3 d进行外周血白细胞单成分采集,结果发现应用20 μg·kg-1.d-1SCF和10 μg·kg-1.d-1G-CSF后,第5天开始进行外周血单采是动员外周血祖细胞的最适剂量和最佳方案。Begley等[20]将62例早期乳癌患者化疗前随机分组接受12 μg·kg-1.d-1G-CSF和同剂量G-CSF加rhSCF 5、10、15 μg·kg-1.d-1达7 d,以及用10 d 10 μg·kg-1.d-1SCF且第4天加用G-CSF达7 d。结果发现先用SCF 3 d作预治疗,再用二者联合治疗组,外周血造血祖细胞升高更加明显。SCF一般为皮下注射。最普遍的副反应是注射局部皮肤有轻度水肿,外有一圈红肿。一般在注射后4 h开始,持续24~48 h,以后恢复正常。偶有过敏反应报道,应用前可给予抗过敏预防[19]。

 

  虽然干细胞因子的研究已经深入,但仍有尚未解决的问题。(1)SCF和其受体c-kit相互作用触发细胞内变化的具体机制有待继续阐明;(2)SCF的基础研究较多,临床应用不够广泛,对再障治疗效果尚不确定;(3)SCF在体外能引导载体转染,体内尚缺乏证据。

 

参考文献

 1 Lyman SD,Williams DE.Biological activity of mast cell growth factor,a ligand for the c-kit proto-oncogene and product of the murine SL locus. Exp Hematol,1992,20(1):132

2 Huang EJ,Nocka KH,Buck J,et al.Differential expression and processing of twocell associated forms of the kit ligand:KL-1 and KL-2.Mol Biol Cell,1992,3:349

 3 Martin FH,Suggs SV,Langley KE,et al.Primary structure and functional expression of rat and human stem cell factor DNAs.Cell,1990,63(1):203

4 Dolci S,Williams DE,Ernst MK,et al.Requirement for mast cell growth factor for primordial germ cell survival in culture.Nature,1991,352(6338):809

5 Olweus J,Terstapen LWMM,Thompson PA,et al.Expression and function of receptors for stem cell factor and erythropoietin during lineage commitment of human hematopoietic progenitor cells.Blood,1996(5),88:1594

 6 Bodine DM,Seidel NE,Orlic D.Bone marrow collected 14 days after in vivo administration of granulocyte colony stimulating factor to mice has 10 fold more repopulating ability than untreated bone marrows.Blood,1996,88(1):89

 7 Mauch P,Lamont C,Neben TY,et al.Hematopoitetic stem cells in the blood after stem cell factor and interleukin-11 administration:evidence for different machanisms of mobilization.Blood,1995,86(12):4674

 8 Yonemura Y,Ku H,Lyman SD,et al.In vitro expansion of hematopoitic progenitors and maintenance of stem cells:comparison between flt3/flt2 ligand and kit ligand.Blood,1997,89(6):1915

 9 Takeda S,Shimizu T,Rodewald HR.Interaction between c-kit and stem cell factor are not required for B cell development in vitro.Blood, 1997,89(2):518

 10 Nocka KH,Levine BA,Ko JL,et al.Increased growth promoting but not mast cell degranulation potential of a covalent dimer of c-kit ligand.Blood, 1997,90(10):3874

11 Okumura N,Tsuji K,Ebihara Y,et al.Chemotactic and chemokinetic activities of stem cell factor on murine hematopoietic progenitor cells.Blood, 1996,87(10):4100

 12 Kim CH,Broxmeyer HE.In vitro behavior of hematopoietic progenitor cells under the influnce of chemoattractants:stromal cell derived factor-1,steel factor,and the bone marrow environment.Blood, 1998,91(1):100

13 Ratajczak MZ,Ratajczak J,Machalinski B,et al.In vitro and in vivo evidence that ex vivo cytokine priming of donor marrow cells may ameliorate posttransplant thrombocytepenia.Blood, 1998,91(1):353

 14 Van os R,Dawes D,Mislow JMK,et al.Host conditioning with 5-fluorouracil and kit-ligand to provide for long term bone marrow engraftment.Blood, 1997,89(7):2376

 15 Schwarzenberger P,Spence SE,Gooya JM,et al.Targeted gene transfer to human hematopoietic progenitor cell lines through the c-kit receptor.Blood, 1996,87(2):472

 16 Fielding AK,Maurice M,Morling FJ,et al.Inverse targeting of retroviral vectors:selective gene transfer in a mixed population of hematopoietic and nonhematopoietic cells.Blood, 1998,91(5):1802

 17 Abkowitz JL,Hume H,Yancik SA,et al.Stem cell factor serum levels may not be clinically relevant [letter].Blood, 1996,87(9):4017

18 Weaver A,Ryder D,Crowther D,et al.Increased numbers of long-term culture-initiating cells in the apheresis product of patients randomized to receive increasing doses of stem cell factor administered in combination with chemotherapy and a standard dose of granulocyte colony-stimulating factor.Blood, 1996,88(9):3323

19 Glaspy JA,Shpall EJ,Lemaistre CF,et al.Peripheral blood progenitor cell mobilization using stem cell factor in combination with filgrastim in breast cancer patients.Blood, 1997,90(8):2939

20 Begley CG,Basser R,Mansfield R,et al.Enhanced levels and enhanced clonogenic capacity of blood progenitor cells following administration of stem cell factor plus granulocyte colony stimulating factor to humans.Blood, 1997,90(9):3378

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