白血病干细胞(LSC)是白血病发生、复发和耐药的关键根源。深入理解LSC的生物学特性,对于开发靶向LSC的诱导分化疗法具有重要意义。本文系统综述LSC的发现历程、起源争议、分析方法及治疗前景。
人的血液由血浆和血细胞组成。血细胞源自造血干细胞(HSC)的逐步分化:HSC先分化为造血祖细胞(HPC),再进一步分化为成熟血细胞。HSC具有自我更新能力,即一个HSC分裂成两个子代细胞时,至少一个子代保持与亲代相同的功能,从而维持体内HSC池的稳定。
白血病是造血干/祖细胞转化并无限增殖的疾病。白血病细胞中,各细胞的增殖能力不同:有的完全不能增殖,有的增殖能力有限,有的则如同正常HSC,既强增殖又具自我更新能力。这部分细胞即白血病干细胞(LSC)。
近年来,LSC已被成功分离,其特征研究为白血病新疗法奠定了基础。本文以急性髓性白血病(AML)为例,介绍LSC的研究进展。
发现LSC的关键人物
加拿大多伦多大学的John Dick教授是LSC研究的先驱。1994年,他发现具有CD34+CD38-表型的细胞能在裸鼠体内建立人AML模型,而CD34-和CD34+CD38+细胞则不能。1997年,他又发现AML细胞具有与正常造血细胞类似的等级组织结构,奠定了LSC领域的地位。1999年美国血液学年会上,Dick做了LSC专题演讲,此后LSC概念逐渐被接受,并扩展到实体瘤领域(如乳腺癌、胶质瘤)。
另一重量级人物是Irving Weissman。他在正常HSC研究上早于Dick,地位更高。他的工作证实了Dick在慢性髓性白血病干细胞方面的观点,近年来也开始涉足急性白血病干细胞领域。但在LSC领域,领军人物非John Dick莫属。
AML起源于HSC
LSC究竟来源于HSC,还是已分化的HPC?这一问题尚有争议。不同白血病类型,LSC起源细胞可能不同。例如,慢性髓性白血病的bcr-abl融合基因存在于粒细胞、红细胞祖细胞及B细胞甚至T细胞中,提示最初融合发生在HSC。目前,多数人认为正常HSC存在于CD34+CD38-细胞中。从AML-M1、M2、M4、M5亚型分离的CD34+CD38-细胞能在NOD/SCID小鼠体内移植并导致白血病,其中人CD45阳性细胞表型与供者白血病细胞相似。因此,M1、M2、M4、M5型AML可能来自HSC。而M3型可能来自CD34-CD38+细胞,但尚未分离出M3的LSC。
需注意,LSC起源细胞与LSC是两个不同概念。LSC起源细胞是LSC对应的正常细胞,被转化后获得白血病细胞和干细胞特征(如染色体异常、无限增殖、自我更新),即成为LSC。
如何分析LSC
LSC分析包括两个层面:干细胞特性(产生子代细胞并自我更新)和白血病特征。体外分析常用甲基纤维素集落形成实验评价产生子代细胞的能力;与基质细胞共培养可观察自我更新。正常HSC与基质细胞共培养两周后,在相差显微镜下可见干细胞在基质细胞下方形成鹅卵石区,分化细胞浮于上方,LSC同样如此,这些细胞称为鹅卵石形成细胞。共培养5-6周后,可收集CFC进行CFU分析。取不同数量LSC共培养可计算LSC频率。
体内分析将分离的LSC注射到NOD/SCID小鼠体内,不同时间取血或骨髓,用流式细胞仪检测人CD45阳性细胞。通过二次移植(将一次移植小鼠体内的人白血病细胞取出,注射到另一只小鼠体内)可进一步证实LSC特性。结果已证实,CD34+CD38-白血病细胞确能在NOD/SCID小鼠体内存活、增殖并导致白血病。
诱导分化治疗新思路
LSC对常规化疗耐药,是白血病复发的根源。诱导分化治疗旨在促使LSC分化为终末成熟细胞,从而丧失自我更新能力。全反式维甲酸(ATRA)治疗急性早幼粒细胞白血病(M3)的成功,为诱导分化提供了范例。然而,针对其他AML亚型,尚缺乏有效诱导分化方案。未来研究需进一步阐明LSC的分子机制,寻找特异性靶点,开发新型诱导分化药物。