上周四，Cell杂志发表了一项重磅研究。美国科学家报告了全球第一位可能被脐带血治愈的艾滋病患者，一名有色人种女性。

这项研究的意义在于，脐带血对配型的要求较低，显著增加了少数族裔通过干细胞移植治愈艾滋病的潜力。但目前，该研究团队也只搜集了300份携带关键突变的脐带血。

今年2月，发表在Nature杂志上的另一项研究，或许能为这一治疗策略提供支持。斯坦福大学中内啓光教授、东京大学山崎聡博士等科学家取得了一项关键的进展，他们建立了一种纯化学、无细胞因子的培养体系，为最终实现造血干细胞体外扩增的临床应用迈出了关键的一步。



脐带血作为造血干细胞的重要来源之一，它能在短时间内满足临床使用。对于和时间赛跑的医生和患者来说，这一点弥足珍贵。不仅如此，脐带血移植后的复发率和移植物抗宿主病发病率都显著较低。

虽然中内啓光教授在筑波大学任免疫学教授时，证明了单个造血干细胞就可以重建整个造血系统，但量的问题在脐带血应用中始终很重要。

欧美地区的脐带血移植数量在下降，这一趋势和亚洲地区相反，主要原因是欧美患者体重更大。与此同时，随着标准提高，全球脐血库中出现了一批容易被忽略的脐带血单位，形成了浪费。

如果能实现脐带血造血干细胞的扩增，这些问题都将迎刃而解，而这也一直是中内啓光教授的人生目标之一。

“造血干细胞的体外扩增技术一直是干细胞领域的圣杯。”而为了触碰这座圣杯，中内啓光采取了逆向思维。

造血干细胞体外扩增的研究一直在尝试添加某种因子，而中内啓光认为，“当方案无效时，人们通常会以为缺少了什么。我们决定尝试相反的方法，清除传统培养环境中的所有杂质，同时优化其他环节，刺激造血干细胞自我更新。”

基于这种理念，中内啓光等人开始着手用化学小分子组合替换培养体系中的血清、细胞因子，因为它们更稳定、更可控。

在2019年发表在Nature的研究中，中内啓光建立的造血干细胞长期体外扩增系统包括：重组干细胞因子（SCF）、促血小板生成素（TPO）和聚乙烯醇 (polyvinyl alcohol，PVA) 。这一体系的亮点，是用普通胶水中含有的聚乙烯醇替代了血清白蛋白，不仅大幅降低成本，还可以减少杂质污染。

但这一体系似乎只对小鼠有效，人类造血干细胞的扩增还有限。研究者也发现了症结所在，人类细胞中PI3K-AKT信号通路活性显著降低。随后，研究者进一步证明，化学激动剂740Y-P（PI3K激活剂）可以替代SCF，丁酰胺（TPO受体激动剂）可以替代TPO。

一个不含细胞因子的双激活剂（2a）培养体系（740Y-P+丁酰胺）就建好了。然而，这个体系仍不足以支持造血干细胞的长期扩增，而且研究者发现有巨核细胞（MgK）谱系细胞的意外增加。于是，他们考虑引入潜在的MgK抑制剂，来维持造血干细胞长期体外扩增的稳定。

通过比较，研究者找到了能融入2a培养体系的新激活剂：UM171，这种小分子是加拿大科学家2014年从5200多种化合物中筛选出来的。研究显示，通过使用3a培养体系，实现了造血干细胞的长期稳定的体外扩增。与此同时，研究者进一步优化了合成血清白蛋白。在10种候选聚合物中，筛选出 Soluplus（即聚乙烯醇己内酰胺-聚乙烯醇-聚乙二醇接枝共聚物，PCL-PVAc-PE）来替代PVA，进一步提高了扩增效率。

最终的扩增结果显示，新的3a培养体系支持更久、更快的细胞增殖。在30天的培养后，总细胞数扩增约75倍，CD34+细胞扩增约55倍，异种移植试验也证明了这些细胞可用于移植。

接下来的研究证明了3a培养体系的安全，突变与血液系统恶性肿瘤或克隆造血无关。而且3a培养体系还具有更低的异质性，支持造血干细胞的克隆扩增。

除了脐带血，造血干细胞扩增技术可以带来的改变远不止于此。

研究人员已经证明，在不清除受体自身干细胞的情况下，将大量造血干细胞成功移植到小鼠体内是可以实现的。如果这同样能适用于人体，患者就可以免于移植前的放化疗。这一点对于儿童、老年或重症患者来说，意味着更大的生机。

“我们相信这种方法可以改变造血干细胞移植和基因治疗在人体应用的形式。”中内啓光教授说，“在细胞的培养过程中，我们可以利用基因编辑技术来修正原始造血细胞中的任何遗传缺陷。这些经过基因修正的细胞可以扩增后用于移植，这可以允许我们使用病人自己的细胞开展基因治疗。”

通过基因编辑造血干细胞，来治疗艾滋病的研究还在进行中。2019年，发表在《新英格兰医学杂志》上的一项研究显示，陈虎、邓宏魁等中国科学家已经首次将基因编辑技术用于艾滋病患者。

伴随着扩增技术的进步，经过基因编辑的脐带血干细胞，将给我们带来了新的希望。这些技术突破也将刺激更广泛的细胞和基因治疗研究，使更多的患者受益。

参考资料
[1]www.nature.com/articles/s41586-023-05739-9
[2]www.nature.com/articles/s41586-019-1244-x
[3]www.nature.com/articles/d41586-019-01690-w
[4]www.nejm.org/doi/full/10.1056/NEJMoa1817426
[5]med.stanford.edu/news/all-news/2019/05/radiation-free-stem-cell-transplants-may-be-within-reach.html（中内啓光教授接受采访内容）
[6]theglobeandmail.com/canada/article-canadian-cord-blood-procedure-passes-key-milestone-in-cancer-trial
[7]研究发现普通胶水成分可用于培养造血干细胞（中国科技网）