造血干細胞臨床研究熱點分析*

李玲琍 張 雪 胡正銀 覃筱楚

(四川大學華西醫(yī)院血液科成都 610041) (中國科學院成都文獻情報中心成都 610041) (中國科學院廣州生物醫(yī)藥與健康研究院信息情報中心 廣州 510530)

1 引言

造血干細胞(Hematopoietic Stem Cell，HSC)是發(fā)現(xiàn)最早、研究歷史最長、臨床應用最為有效的多能成體干細胞[1]，具有高度自我更新能力、多向分化潛能和組織融合性好等生物學特性，其研究和應用推動干細胞生物學和再生醫(yī)學的發(fā)展[2-3]。目前HSC已成為血液系統(tǒng)腫瘤、部分免疫性疾病和遺傳性疾病的重要治療手段[2-3]。本文利用文獻計量方法、文本挖掘和可視化技術，基于2009-2018年間HSC論文、專利與藥物研發(fā)及臨床實驗數(shù)據(jù)，分析其發(fā)展趨勢、研究主題、重點藥物及重大病癥，旨在從臨床視角揭示HSC研究與應用熱點。

2 資料與方法

2.1 數(shù)據(jù)來源

本研究中的科技論文來自PubMed數(shù)據(jù)庫[4]，專利來自德溫特數(shù)據(jù)庫[5]，藥物與臨床實驗數(shù)據(jù)來自Cortellis數(shù)據(jù)庫[6]，時間限定為2009年1月1日-2018年12月31日，具體檢索策略及檢索結果，見表1。

表1 數(shù)據(jù)檢索策略及檢索結果

2.2 研究方法

首先利用德溫特分析師[7]按時間對HSC論文、專利、藥物及臨床實驗數(shù)據(jù)進行年度趨勢分析，按國家/地區(qū)、機構分析論文與專利的地理分布，歸納HSC整體發(fā)展態(tài)勢。其次，利用VOSviewer[8]對論文和專利中的主題詞(關鍵詞)進行聚類,揭示HSC重要研究主題。然后利用Cortellis中的藥物與臨床試驗標引數(shù)據(jù)分析HSC重點藥物及重大病癥。最后以上述分析結果為基礎，結合專家咨詢總結HSC臨床研究與應用熱點。

3 結果與分析

3.1 發(fā)展態(tài)勢

3.1.1 年度發(fā)展趨勢 HSC論文、專利、藥物及臨床實驗年度發(fā)展趨勢，見圖1。HSC領域2009-2014年期間論文量逐年遞增，自2015年略微下降，而專利申請量則一直呈逐年遞增態(tài)勢(因時間原因，數(shù)據(jù)庫中2018年論文與專利可能尚未收錄全)，說明HSC已進入技術轉移和成果轉化的發(fā)展期。HSC領域每年新研發(fā)藥物數(shù)量較少且增幅不大，而臨床實驗數(shù)量卻呈逐年遞增趨勢，這說明雖然目前HSC藥物研發(fā)尚未成熟，但已經(jīng)較廣泛地開展相關臨床實驗。

圖1 HSC論文、專利、藥物及臨床實驗年度發(fā)展趨勢

3.1.2 國家/地區(qū)分布 HSC論文量及專利申請量最多的國家均為美國，共3 352篇論文與736件專利，說明美國在HSC研究方面居領先地位，其科研產(chǎn)出遠高于其他國家/地區(qū)。中國大陸地區(qū)論文量及專利申請量排第3及第2位，共785篇論文與293件專利。其中論文量不高，說明我國仍需加強HSC基礎研究；而專利申請量與美國差距不大，且已超過加拿大、日本、英國等國家，說明我國在HSC技術創(chuàng)新方面發(fā)展較好。HSC論文、專利數(shù)量排名前10位國家/地區(qū)分布，見圖2。

圖2 HSC論文、專利數(shù)量排名前10位國家/地區(qū)分布

3.1.3 機構分布 HSC論文發(fā)文量排名前10的機構全部是高校和科研機構。哈佛大學的發(fā)文量遠遠超出其他機構，中國醫(yī)學科學院和中國科學院排第7和第10位。HSC專利申請主體企業(yè)和高校各占一半。在專利申請量位居前10的機構中來自美國的有8家，表明美國專利產(chǎn)出更集中。我國雖然HSC總體專利申請量較多，但申請機構較為分散，沒有一家機構進入前10位，尚未形成集中優(yōu)勢。HSC論文、專利數(shù)量排前10機構，見圖3。

圖3 HSC論文、專利數(shù)量排名前10機構

3.2 研究主題

3.2.1 論文 基于MeSH主題詞，利用VOSViewer進行HSC論文主題詞聚類分析[8-9]，見圖4。

圖4 HSC論文研究主題分布

從論文視角HSC基礎研究重點集中在細胞分化(cell differentiation)(綠色點區(qū)域)、細胞增殖(cell proliferation)(紅色點區(qū)域)、HSC移植(HSC transplantation)(紫色點區(qū)域)、基因(gene)(黃色點區(qū)域)與免疫(immunity)(青色點區(qū)域)5個方面。細胞分化熱點主題包括造血作用(hemopoiesis)、細胞譜系(cell lineage)、細胞分離(cell separation)等。細胞增殖熱點主題包括干細胞培養(yǎng)(stem cell culture)、細胞分離(cell separation)、信號傳導(singal transduction)等。HSC移植熱點主題包括粒細胞集落刺激因子(granulocyte colony-stimulating)、HSC歸巢(HSC homing)、HSC動員(HSC mobilization)等?；驘狳c主題包括基因治療(gene therapy)、基因表達(gene expression)、轉基因(transgenic)等。免疫熱點主題包括免疫治療(immunotherapy)、轉錄因子(transcription factor)、免疫表型分型(immunophenotyping)等。

3.2.2 專利 基于從專利標題與摘要中抽取的關鍵詞，利用VOSViewer進行關鍵詞聚類分析[8-9]，見圖5。從專利視角HSC應用研究重點集中在HSC產(chǎn)品(HSC product)(黃色點區(qū)域)、核酸基因序列(Nucleic acid, gene, sequence)(綠色點區(qū)域)、淋巴瘤白血病(lymphoma, leukemia)(青色點區(qū)域)與自身免疫性疾病(autoimmune disease)(紅色點區(qū)域)4個方面。造血干細胞產(chǎn)品熱點主題包括HSC制備(HSC produce)、干細胞培養(yǎng)、生長因子(growth factor)等。核酸基因序列熱點主題包括核酸結合(nuclear acid bind)、基因啟動子(gene promoter)、DNA結合(DNA binding)等。淋巴瘤白血病熱點主題包括多發(fā)性骨髓瘤(multiple myeloma)、急性髓細胞樣白血病(acute myeloid leukemia)、再生障礙性貧血(aplastic anemia)等。自身免疫性疾病熱點主題包括骨髓綜合征(bone marrow syndrome)、HSC移植、移植物抗宿主病(graft versus host disease)等。綜上，HSC基礎研究集中在細胞分化增殖、基因表達、HSC移植等主題，而技術應用則集中在HSC制備、治療白血病與骨髓綜合征等疾病方面的主題。其中干細胞培養(yǎng)、HSC移植等主題同時是基礎研究與技術應用的熱點主題。

圖5 HSC專利研究主題分布

3.3 重點藥物與重大疾病

3.3.1 治療領域及適應癥分布 Cortellis是生命科學與制藥領域的權威情報數(shù)據(jù)庫，除匯集藥物研發(fā)與臨床實驗科學數(shù)據(jù)外還提供專家標引數(shù)據(jù)[6]。其藥物研發(fā)標引數(shù)據(jù)包括治療領域(Therapy Area)、適應癥(Indication)、靶向作用(Target-based Action)等。本文從臨床視角分析HSC藥物研發(fā)涉及的前10治療領域與適應癥，見圖6。可知HSC藥物的治療領域非常集中，以免疫(Immune)、血液(Hematologic)與癌癥(Cancer)為主，分別有56、48和28種；而適應癥則分布較廣泛，以骨髓移植和HSC移植為主。

3.3.2 干預藥物及病癥分布 Cortellis臨床實驗標引數(shù)據(jù)包括病癥(Disease Condition)、藥物干預(Drug Intervention)、生物標志物(Biomarkers)等。本文分析HSC臨床實驗中涉及的前10干預藥物與病癥，見圖7?？芍贖SC臨床實驗中干預藥物使用較廣泛，尤其是抗腫瘤藥物氟達拉濱(fludarabine)，在136次(16.5%)臨床實驗中使用。其他使用次數(shù)較多的藥物還包括能有效刺激粒細胞系造血的非格司亭(filgrastim)與免疫抑制劑他克莫司(tacrolimus)，分別在80次(9.7%)與74次(9.0%)臨床實驗中使用。人鼠嵌合性單克隆抗體藥利妥昔單抗(rituximab)不僅在臨床實驗用藥出現(xiàn)頻次較高，而且還大量出現(xiàn)在腫瘤、造血紊亂疾病與淋巴系統(tǒng)疾病相關研究中。HSC臨床實驗涉及的病癥非常廣泛，高達324種。其中出現(xiàn)超過10次的病癥有32種，超過20次的有16種。涉及次數(shù)最多的病癥包括急性粒細胞白血病(Acute myelogenous leukemia)134次、多發(fā)性骨髓瘤(Multiple myeloma)90次、骨髓增生異常綜合征(Myelodysplastic syndrome)77次、急性淋巴細胞白血病(Acute lymphoblastic leukemia)72次、HSC移植65次。其中急性血液病和惡性腫瘤是人體HSC異常時的常見病癥，HSC移植則是目前臨床治療這些疾病最為廣泛與成熟的技術。

圖6 HSC藥物前10治療領域及適應癥分布

圖7 HSC臨床實驗前10干預藥物及病癥分布

3.4 臨床研究與應用熱點

綜合HSC研究主題、重點藥物與重大疾病的分析結果，結合專家咨詢，從臨床視角來看HSC移植、HSC歸巢、基因治療、免疫治療、HSC制備、白血病、再生障礙性貧血、多發(fā)性骨髓瘤、移植物抗宿主病及骨髓綜合征等主題既是研究熱點，又是應用熱點,見圖8。

圖8 臨床視角下HSC研究與應用熱點

4 討論

4.1 概述

普賴斯指數(shù)將科技發(fā)展分為萌芽期、發(fā)展期、成熟期與衰退期4個階段[10]。綜上，可認為HSC基礎研究已處于成熟期，而其應用研究則處于發(fā)展期。邀請專家對圖8所列HSC臨床研究與應用熱點進一步解讀，認為HSC歸巢、制備及基因治療是研究前沿，具有廣闊的應用和發(fā)展前景。

4.2 HSC歸巢

指血液系統(tǒng)中的HSC定向遷移至人體組織或器官微環(huán)境，維持或重塑其細胞命運的生命過程[2]?；跉w巢的HSC移植已在臨床被廣泛應用，促進移植后HSC歸巢是決定移植效果的關鍵因素之一[2,11]。由于HSC歸巢過程的時空跨度大，觀察手段有限，歸巢發(fā)生機制、微環(huán)境結構及如何幫助HSC歸巢等關鍵科學問題尚待深入研究[2,11]。2018年我國科學家利用先進的實時成像技術建立HSC標記系統(tǒng)，對斑馬魚造血組織中的HSC歸巢進行高分辨率分析，生動地呈現(xiàn)HSC從誕生到歸巢的全過程[10,12]。該成果標志著我國在HSC歸巢研究方面達到世界先進水平。

4.3 HSC制備

HSC移植是目前治療血液系統(tǒng)等重大疾病最有效的方法，但HSC的來源是制約臨床治療的瓶頸，HSC的體內發(fā)育和體外誘導擴增等制備技術是研究前沿之一[13]。波士頓兒童醫(yī)院的研究人員首次在實驗室利用人多能性干細胞制備出HSC[14]；康奈爾大學威爾康奈爾醫(yī)學院的研究人員使用成年小鼠內皮細胞作為初始材料，通過改變關鍵轉錄因子的表達水平將其轉化成具有小鼠造血干細胞特性的細胞[15]。這些研究利用來自生物體自身的細胞制備HSC，為治療白血病等重大疾病提供新的思路和線索。

4.4 HSC基因治療

由基因治療技術和HSC移植技術融合和發(fā)展而來，主要研究內容包括富集和純化HSC、體外HSC擴增培養(yǎng)及基因修飾/編輯、自體干細胞移植等[16]。目前HSC基因治療已進入臨床并取得初步成功，如已用于治療維-奧德里奇綜合癥、X-連鎖嚴重聯(lián)合免疫缺陷和β-地中海貧血等疾病，取得較好的療效[17-18]。隨著CRISPR-Cas9基因編輯技術的發(fā)展，研究人員開始利用其改造HSC，取得一定成效，但轉基因載體的有效性、安全性及靶向準確性等問題尚未得到有效解決[19]。未來需在這些方面探索創(chuàng)新性解決辦法，為HSC基因治療技術大規(guī)模應用奠定基礎。

5 結語

隨著相關基礎科學和新技術的發(fā)展，HSC臨床應用會進一步拓展，未來可能會更廣泛應用于免疫、細胞和基因治療等領域。本文基于多源數(shù)據(jù)，從臨床視角分析HSC研究與應用熱點，其結果可為臨床決策與科技管理提供借鑒，也可為HSC研究布局提供一定的參考。