源自骨髓的間葉細胞移植對成骨不全症兒童的治療成效

Posting date: October 15, 2010

原理上，移植間葉祖幹細胞有機會減輕或糾正骨，軟骨或肌肉等遺傳性疾病問題。但至目前(1999年)尚沒有臨床證據支持這個概念。這裡，我們會顯示三個成骨不全症小孩接受同種異體骨髓移植的初步結果。成骨不全症是一種遺傳疾病，成骨細胞產生有缺陷的Ⅰ型膠原，從而導致骨質密度欠佳，多發性骨折，嚴重的骨性畸形，並大大縮短了體形。經過三個月的成骨細胞移植後（捐贈者細胞的1.5-2.0％），小梁骨標本顯示的病理變化中，有新密度的骨形成。所有患者全身骨礦含量均由21增加至29克（中位數，28），相對那些有類似體重改變的健康兒童，預測值只是0至4克（中位數，0）。這些症狀的改善與提高了增長速度，及降低骨折頻率。因此，異體骨髓移植可以植入有效的間葉祖細胞。這說明了用這種策略治療成骨不全症以及其他間葉幹細胞疾病的可行性。

三個患嚴重變型的成骨不全症孩子，在接受了自身骨髓的清除手術後，會經他們的靜脈輸注無添加的骨髓。骨髓是來自人類白細胞抗原(HLA)相同或只有單一抗原不符合的兄弟姐妹。三名患者都顯示有捐贈者造血細胞的植入。第一名病人顯示混合的造血嵌合體（21％屬捐贈者的細胞）並持續穩定超過 6個月。嵌合體是指人體的基因嵌合現象,所謂的基因嵌合,其實是指一個人的體內擁有兩種並不相同的DNA。在第二名和第三名病人中，分析指出，超過99％的造血細胞是源自捐贈者。從新鮮的骨解剖標本培養成骨細胞。黏附在培養器上的個體細胞，都具典型成骨細胞的形態，並表達鹼性磷酸酶和展現可著色的矩陣。流式細胞儀分析顯示，這些細胞沒有污染的淋巴造血細胞。第一名病人在移植後的101天，透過熒光原位雜交技術檢測成骨細胞的Y染色體。1.5％的細胞是來自捐贈者。移植後80天，第二名病人的成骨細胞DNA多態性分析， 2.0％細胞是屬捐贈者。成骨細胞在第三名病人中並不能生長。

骨髓移植從未被視為一種糾正間葉細胞紊亂的方法。它治療骨質石化症兒童的成功，是用了破骨細胞的造血幹細胞來解釋而非間葉幹細胞。破骨細胞是骨質石化症基因疾病中出現缺陷的細胞。我們的研究表明，移植的骨髓間葉祖細胞可以移植到成骨不全症兒童的骨骼。繼而產生成骨細胞，改善骨骼結構和功能。間葉細胞移植到成骨不全症病人中或許是可行的，因為源於同種異體的正常成骨細胞競爭贏了基因缺陷的受者成骨細胞。雖然全身骨礦含量的增加和實際線性增長速度在三名病人均顯示不同。但接受差不多有核骨髓細胞劑量的受者，礦物質含量增加相似。這指出礦化的增加可能與間葉細胞劑量相輔相承。

選擇成骨不全症作為骨疾病的原型，主要是因為觀察到小鼠中，間葉祖細胞能移動並融入骨中。此外，研究遺傳疾病家系的淵源者--父母，擁有致命的成骨不全症的基因，這些父母會給後代鑲嵌同樣的I型膠原突變基因，產生嚴重成骨不全症。這些鑲嵌的父母並沒有病徵，即使受影響的後代，某些組織(包括皮膚成纖維細胞)突變成正常基因的比例接近1:1。這一發現表明，這種疾病的嚴重程度主要是依賴於突變率和正常pro 合成肽鏈之間的相對平衡。事實上，不同族系基因轉化的小鼠都會有不同程度的COL1A1基因突變，出現不同的成骨不全症。因此，即使植入少量的間葉祖細胞，也已足夠可能令突變和pro 鏈之間的取得平衡。從而將嚴重的成骨不全症形態改善至輕微的形態。

這個預測有助於解釋，為何患者身上只有捐贈者1.5-2.0％間葉細胞就能改善全身骨礦含量，身體發育，骨折的發生率和骨組織學。原理是遺傳缺陷的輕微修正，就能對眾所周知的疾病慢性肉芽腫症和骨質石化症產生具大的臨床效益。另一個考慮是，研究骨質石化症的建議指出，如果有部份正常的成骨細胞存在，就能改善成骨的微環境。這種解釋可能也說明了為甚麼在移植後的6個月，成骨細胞比預期增加了。

另一種可能是，植入物可能是短暫的，因此，移植早期的捐贈者成骨細胞數目會比後期採集標本的間隔(移植後80-101天)多。這些細胞增加了正常膠原纖維沉積數目，很可能提供了一個礦物沉積的平台。結果，持續形成比捐贈者更強壯的成骨細胞。這也可以解釋我們觀察到，當每個孩子身高和體重出現最小的變化時，全身骨礦含量同時增加。

這療效的第三種解釋是在低劑量的間葉細胞植入後，這些礦量等變化並不依賴捐贈者的成骨細胞，而是靠異體移植過程所誘導。不過，這似乎是不可能的，因為類似的效果並沒有在動物模型中觀察到。異體移植時使用全身輻射和毒性藥物通常會抑制（不刺激）兒童的生長和發育。

骨髓移植治療成骨不全症的最終價值，取決於是否注入足夠數量的間葉祖細胞和制定的臨床方案，兩者均需安全又容易。繼續的跟進研究也是重要的。以了解骨骼結構和功能的早期改善是否反映了幹細胞的自我更新活動，或祖細胞的增殖能力僅僅有限。最後，捐贈者的間葉祖細胞對成骨不全症患者的治療成效，或開創了骨髓移植對其他間葉祖細胞疾病治療的可行性，如低磷酸酯酶或肌肉疾病。