骨髓造血微環(huán)境對(duì)造血干細(xì)胞的影響及中醫(yī)藥對(duì)造血調(diào)控的認(rèn)識(shí)

周倍伊（廣西中醫(yī)藥大學(xué)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院，廣西 南寧 530200）

造血干細(xì)胞（hemopoietic stem cell，HSC）是一類具有自我更新和多向分化潛能的成體干細(xì)胞，可分化為造血系統(tǒng)的所有細(xì)胞。Schofield［1］于1978年首次提出“造血龕（niche）”的概念，用來描述HSC所處的微環(huán)境。間充質(zhì)干細(xì)胞（mesenchyma stem cells，MSCs）是國內(nèi)外研究最多的造血微環(huán)境的構(gòu)成細(xì)胞。臨床研究發(fā)現(xiàn)，造血干細(xì)胞與間充質(zhì)干細(xì)胞共移植能盡快地恢復(fù)造血微環(huán)境的造血重建［2－3］。在中醫(yī)藥方面，臨床和實(shí)驗(yàn)證明一些補(bǔ)腎填精和益氣健脾的中醫(yī)方藥對(duì)機(jī)體血細(xì)胞有提升作用，其對(duì)間充質(zhì)干細(xì)胞和造血干細(xì)胞的增殖具有促進(jìn)作用［4－5］，中醫(yī)理論認(rèn)為“腎主骨，藏精，生髓”“精血相生”和“脾為氣血生化之源”［6］，為我們探討骨髓造血微環(huán)境對(duì)造血的調(diào)控及其與中醫(yī)藥相關(guān)的問題提供了理論依據(jù)。

1 造血微環(huán)境的構(gòu)成

1.1 間充質(zhì)干細(xì)胞 間充質(zhì)干細(xì)胞是國內(nèi)外研究最多的造血微環(huán)境的構(gòu)成細(xì)胞，是造血微環(huán)境中的多潛能基質(zhì)細(xì)胞。間充質(zhì)干細(xì)胞能夠分化成纖維細(xì)胞、成骨細(xì)胞及脂肪細(xì)胞等。Méndez－Ferrer等［7］研究發(fā)現(xiàn)，造血龕是由間充質(zhì)干細(xì)胞與造血干細(xì)胞共同組成一個(gè)獨(dú)特的骨髓造血微環(huán)境，其中間充質(zhì)干細(xì)胞與造血干細(xì)胞通過細(xì)胞接觸，可以產(chǎn)生多種可溶性的和膜結(jié)合形式的細(xì)胞生長因子、細(xì)胞黏附分子和細(xì)胞外基質(zhì)成分，調(diào)控造血干細(xì)胞歸巢定位、遷移、增殖分化及凋亡。造血微環(huán)境結(jié)構(gòu)和功能的完整性對(duì)于維持機(jī)體造血功能的正常具有非常重要的意義。

1.2 成骨細(xì)胞 成骨細(xì)胞是最早發(fā)現(xiàn)的造血干細(xì)胞微環(huán)境關(guān)鍵組成細(xì)胞，其可以由間充質(zhì)干細(xì)胞分化而成。成骨細(xì)胞具有維持造血干細(xì)胞活性的能力，還能產(chǎn)生多種造血關(guān)鍵因子。Nakamura等［8］研究表明，不同分化階段的成骨細(xì)胞對(duì)造血干細(xì)胞作用不同，比如部分成骨細(xì)胞亞型支持造血干細(xì)胞長期重建的活性，有些則促進(jìn)其黏附和歸巢，還有的亞型產(chǎn)生造血干細(xì)胞前體細(xì)胞因子。

1.3 內(nèi)皮細(xì)胞 內(nèi)皮細(xì)胞在維持造血干細(xì)胞生物特性及促進(jìn)其增殖方面起著重要作用。內(nèi)皮細(xì)胞能夠分泌細(xì)胞因子擴(kuò)增體內(nèi)未成熟的造血細(xì)胞，并在造血干細(xì)胞移除骨髓后維持造血干細(xì)胞功能。研究表明內(nèi)皮特異性細(xì)胞黏附分子E－選擇素能夠誘發(fā)造血干細(xì)胞的體內(nèi)增殖，進(jìn)一步證實(shí)內(nèi)皮細(xì)胞對(duì)造血干細(xì)胞增殖的影響［9］。

2 造血微環(huán)境內(nèi)間充質(zhì)干細(xì)胞、造血干細(xì)胞相互作用的分子機(jī)制

2.1 造血微環(huán)境（造血龕）內(nèi)的細(xì)胞因子 間充質(zhì)干細(xì)胞在造血微環(huán)境通過與造血干細(xì)胞接觸產(chǎn)生、分泌多種細(xì)胞因子，Knan－Shanzer等［10］提出不同造血生長因子的組合可促使造血干細(xì)胞從G0期進(jìn)入增殖期。還有一些細(xì)胞因子，如干細(xì)胞因子、成纖維細(xì)胞生長因子、胰島素樣生長因子、集落刺激因子、白細(xì)胞介素等對(duì)造血干細(xì)胞的分化、增殖和發(fā)育起重要的調(diào)節(jié)作用［11］。Tamkun 等［12］提出整合蛋白具有調(diào)節(jié)細(xì)胞膜的性質(zhì)，造血干/祖細(xì)胞表達(dá)的有關(guān)細(xì)胞黏附分子正是通過與間充質(zhì)干細(xì)胞上相應(yīng)的配體形成“配體－整合蛋白－細(xì)胞骨架跨膜系統(tǒng)”，對(duì)造血干/祖細(xì)胞的形態(tài)產(chǎn)生影響，決定細(xì)胞的遷移、歸巢定位及調(diào)控基因表達(dá)，促進(jìn)細(xì)胞的增殖分化及凋亡。

2.2 造血微環(huán)境內(nèi)的主要信號(hào)通路

2.2.1 趨化因子 12（CXCL12）及其受體（CXCR4）信號(hào)通路 造血微環(huán)境中的基質(zhì)細(xì)胞能夠分泌CXCL12，CXCL12能與HSC表面其受體CXCR4結(jié)合，運(yùn)用CXCR4拮抗劑阻斷后，外周血中HSC數(shù)目增加，表明CXCL12/CXCR4信號(hào)通路參與調(diào)節(jié)HSC處于靜止?fàn)顟B(tài)及調(diào)控HSC增殖［13－14］。此外，應(yīng)用CXCL12抗體和CXCR4抗體能夠顯著減低HSC的歸巢定位［15］。CXCL12/CXCR4信號(hào)通路對(duì)骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞趨向遷移也具有調(diào)控作用［16］，從而對(duì)造血微環(huán)境造血功能產(chǎn)生影響。

2.2.2 Notch信號(hào)通路 Notch基因編碼一類高度保守的細(xì)胞表面受體，它們調(diào)節(jié)多種生物細(xì)胞的發(fā)育。研究表明，當(dāng)造血微環(huán)境中的間充質(zhì)干細(xì)胞表達(dá)配體Jagged，結(jié)合造血干細(xì)胞表面的Notch受體后，Notch信號(hào)通路激活，在核內(nèi)激活Notchl以及Notch4能夠促進(jìn)HSC的自我更新能力，并抑制HSC的分化［17］。也有試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，在造血干細(xì)胞中過表達(dá)Notch1，會(huì)導(dǎo)致造血干細(xì)胞數(shù)目增多［18］。但是在研究中又發(fā)現(xiàn)，敲除鼠 Notch－1、Notch－2 和Jagged－1并不影響造血干細(xì)胞和造血微環(huán)境的功能［19－20］。這表明可能還有其他信號(hào)通路的參與并發(fā)揮著同樣的作用。

2.2.3 Wnt信號(hào)通路 Wnt信號(hào)通路是由配體蛋白質(zhì)Wnt和膜蛋白受體結(jié)合激發(fā)的一組多下游通道的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑。已知Wnt信號(hào)通路至少有兩個(gè)路徑：非經(jīng)典的Wnt/鈣離子通路和經(jīng)典的Wnt/β－連環(huán)蛋白通路［21］。經(jīng)典的Wnt信號(hào)通路能增強(qiáng)HSC自我更新及修復(fù)［22］。非經(jīng)典的Wnt信號(hào)通路也有同樣的作用，但是這一作用是通過阻滯經(jīng)典的Wnt信號(hào)通路實(shí)現(xiàn)的，其機(jī)制尚不清楚［23］。此外，研究發(fā)現(xiàn)Wnt信號(hào)通路對(duì)于HSC處于靜止?fàn)顟B(tài)也有影響，F(xiàn)leming等［24］通過體內(nèi)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，抑制HSC的Wnt信號(hào)通路會(huì)導(dǎo)致移植后造血再生能力的下降，這顯示W(wǎng)nt信號(hào)通路也與限制HSC增殖以及維持HSC的造血重建功能相關(guān)。另外，有研究顯示應(yīng)用Wnt/βcatenin信號(hào)通路激活因子Wnt3a體外作用于大鼠骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞后能夠顯著促進(jìn)其增殖［25］。Wnt信號(hào)通路與Notch信號(hào)通路之間存在整合，協(xié)同調(diào)控 HSC 及造血微環(huán)境的功能［26－27］。

2.3 造血微環(huán)境內(nèi)外泌體的調(diào)控作用 外泌體作為細(xì)胞間通訊連接的媒介，對(duì)HSC的自我更新、遷移、分化、衰老及干性的維持都有重要作用［28］。De Luca等［29］將骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞來源的外泌體與臍血造血干細(xì)胞（UCB－CD34＋）共同培養(yǎng)，對(duì)外泌體的單鏈小分子RNA（microRNA）進(jìn)行檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)其中有103個(gè)基因上調(diào)表達(dá)，它們中大部分可編纂趨化因子及其受體，趨化各類型骨髓細(xì)胞（比如CXCR4超表達(dá)促進(jìn)UCB－CD34＋從外周血向骨髓的遷移）。外泌體所包含的RNA可以影響UCB－CD34＋基因表達(dá)模式。他們還發(fā)現(xiàn)骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞來源的外泌體的miRNA對(duì)UCB－CD34＋細(xì)胞有相同的功能調(diào)控，可增強(qiáng)UCB－CD34＋細(xì)胞活性，抑制細(xì)胞凋亡或壞死，減少細(xì)胞分化。

3 中醫(yī)藥對(duì)干細(xì)胞及造血微環(huán)境調(diào)控作用的認(rèn)識(shí)

3.1 干細(xì)胞在中醫(yī)理論的歸屬 在中醫(yī)理論中，腎最主要的生理功能是：腎藏精，主生長發(fā)育和生殖。腎所藏的先天之精是人體生長、發(fā)育的根本［6］。張進(jìn)等［30］認(rèn)為干細(xì)胞具先天之精屬性，是先天之精在細(xì)胞層次的存在形式。中醫(yī)學(xué)理論認(rèn)為，腎藏精主生殖，腎藏精生髓，張進(jìn)等還認(rèn)為生殖功能與神經(jīng)系統(tǒng)之間的調(diào)控關(guān)系均屬腎藏精的功能。卞琴等［31］認(rèn)為骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞（BMSCs）的生物特性之一是向成骨細(xì)胞分化，蔡光先等［32］研究發(fā)現(xiàn)地黃多糖對(duì)BMSCs的增殖和分化為神經(jīng)細(xì)胞均有促進(jìn)作用，這與中醫(yī)“腎藏精，精生髓，髓生骨”的理論有較高的吻合。在此“腎主骨”可能是通過補(bǔ)腎藥物作用到“髓”中的間充質(zhì)干細(xì)胞，促使其成骨分化來實(shí)現(xiàn)的。因?yàn)楣撬栝g充質(zhì)干細(xì)胞主要來自于骨髓，而在特定環(huán)境下能向成骨轉(zhuǎn)化，即實(shí)現(xiàn)“髓生骨”。從而證實(shí)了“腎”“髓”“骨”之間的關(guān)聯(lián)。BMSCs分化為其他成體干細(xì)胞的功能與先天之精化生后天之精類似，因此BMSCs屬于中醫(yī)“精”“髓”范疇?！捌⒅骷∪?，脾為后天之本”，益氣健脾方藥能促使BMSCs的增殖，定向分化成肌細(xì)胞［33］，為“后天濟(jì)先天”提供了一定的理論依據(jù)。臨床和實(shí)驗(yàn)研究表明，BMSCs可能是“脾腎相關(guān)”細(xì)胞層次的表達(dá)形式，但究其實(shí)質(zhì)仍屬于“先天之精”范疇。另一方面”精可以生血“。唐宗海在《血證論·藏府病機(jī)論》［34］中提出：“心之能事，又主生血，而心竅中數(shù)點(diǎn)血液，則又血中之最精微者，乃生血之源泉，亦出神之淵海?！睆奶谱诤！把兄罹⒄摺薄吧慈钡拿枋錾峡矗把兄罹⒄摺迸c現(xiàn)在的造血干細(xì)胞極為相似。中醫(yī)理論認(rèn)為“脾為氣血生化之源”“后天濟(jì)先天”“精氣互化”“精血相生”，所以中醫(yī)在臨床上對(duì)血液病的治療多以補(bǔ)腎填精、益氣健脾的扶正固本的治法為主。

3.2 中藥對(duì)干細(xì)胞及造血微環(huán)境的調(diào)控作用 大量的實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)補(bǔ)腎填精、益氣健脾方藥對(duì)HSC與MSCs都有促進(jìn)其增殖及調(diào)控其定向分化的作用［35－38］。益氣健脾方藥復(fù)方扶芳藤合劑由扶芳藤、黃芪、人參三味中藥組成，臨床用于治療氣血不足、心脾兩虛等證?；颊叽髣┝炕熀停ɑ颍┓暖熀髮?dǎo)致血細(xì)胞減少，患者可將復(fù)方扶芳藤合劑用作血細(xì)胞減少的輔助治療藥品，以此提高血細(xì)胞數(shù)量［39－42］。實(shí)驗(yàn)研究表明，黃芪的有效成分黃芪甲甙和人參中的有效成分人參皂苷Rg1均可促進(jìn)骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞的體外增殖。黃芪甲甙此作用可能與其誘導(dǎo)骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞分泌干細(xì)胞生長因子有關(guān)，而人參皂苷Rg1促進(jìn)大鼠MSCs增殖的機(jī)制可能是通過上調(diào)轉(zhuǎn)錄因子GATA1和GATA2的表達(dá)以及其與DNA的結(jié)合活性來實(shí)現(xiàn)的［43］。周倍伊等［44－45］研究發(fā)現(xiàn)，以人參和黃芪為主要藥物成分的復(fù)方扶芳藤合劑能激活Notch、Wnt兩條信號(hào)通路，使通路上的關(guān)鍵基因的mRNA及其表達(dá)蛋白水平上調(diào)，促進(jìn)大鼠骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞增殖，增加小鼠外周血的白細(xì)胞和單個(gè)核胞數(shù)量。體外造血祖細(xì)胞培養(yǎng)顯示，經(jīng)復(fù)方扶芳藤合劑干預(yù)的小鼠造血祖細(xì)胞集落（CFU－Mix）產(chǎn)率顯著高于空白對(duì)照組，同時(shí)小鼠外周血中造血干細(xì)胞抗原 1（stemcellantigen－1，Sca－1）陽性細(xì)胞百分率比對(duì)照組明顯提高。

4 問題和展望

造血微環(huán)境對(duì)造血調(diào)控有著十分重要的作用，既往對(duì)造血干細(xì)胞移植失敗的研究多側(cè)重在造血干細(xì)胞單方面，而對(duì)造血干細(xì)胞賴以生存的造血干細(xì)胞微環(huán)境則不夠重視。間充質(zhì)干細(xì)胞與造血干細(xì)胞共移植在血液病治療方面療效肯定，特別是其加速造血重建作用已經(jīng)得到證實(shí)，但是，造血微環(huán)境對(duì)造血調(diào)控機(jī)制仍待研究。通過了解造血微環(huán)境對(duì)造血調(diào)控的作用機(jī)制，可以更好地解決血液疑難病治療中的難題。

在中醫(yī)藥方面，臨床發(fā)現(xiàn)一些補(bǔ)腎填精和益氣健脾方藥可以提升機(jī)體的血細(xì)胞，實(shí)驗(yàn)研究也發(fā)現(xiàn)其對(duì)間充質(zhì)干細(xì)胞與造血干細(xì)胞有促進(jìn)增殖及調(diào)控其定向分化作用，同時(shí)對(duì)造血微環(huán)境調(diào)控造血有影響。中醫(yī)藥對(duì)造血微環(huán)境調(diào)控機(jī)制的研究仍待解決，闡明其作用機(jī)制才能充分發(fā)揮中醫(yī)藥整體辨證和低副作用的優(yōu)勢(shì)，使得中醫(yī)藥可望成為配合解決治療血液病難題的重要方法。