骨髓造血微环境对造血干细胞的影响及中医药对造血调控的认识

周倍伊（广西中医药大学基础医学院，广西 南宁 530200）

造血干细胞（hemopoietic stem cell，HSC）是一类具有自我更新和多向分化潜能的成体干细胞，可分化为造血系统的所有细胞。Schofield［1］于1978年首次提出“造血龛（niche）”的概念，用来描述HSC所处的微环境。间充质干细胞（mesenchyma stem cells，MSCs）是国内外研究最多的造血微环境的构成细胞。临床研究发现，造血干细胞与间充质干细胞共移植能尽快地恢复造血微环境的造血重建［2－3］。在中医药方面，临床和实验证明一些补肾填精和益气健脾的中医方药对机体血细胞有提升作用，其对间充质干细胞和造血干细胞的增殖具有促进作用［4－5］，中医理论认为“肾主骨，藏精，生髓”“精血相生”和“脾为气血生化之源”［6］，为我们探讨骨髓造血微环境对造血的调控及其与中医药相关的问题提供了理论依据。

1 造血微环境的构成

1.1 间充质干细胞 间充质干细胞是国内外研究最多的造血微环境的构成细胞，是造血微环境中的多潜能基质细胞。间充质干细胞能够分化成纤维细胞、成骨细胞及脂肪细胞等。Méndez－Ferrer等［7］研究发现，造血龛是由间充质干细胞与造血干细胞共同组成一个独特的骨髓造血微环境，其中间充质干细胞与造血干细胞通过细胞接触，可以产生多种可溶性的和膜结合形式的细胞生长因子、细胞黏附分子和细胞外基质成分，调控造血干细胞归巢定位、迁移、增殖分化及凋亡。造血微环境结构和功能的完整性对于维持机体造血功能的正常具有非常重要的意义。

1.2 成骨细胞 成骨细胞是最早发现的造血干细胞微环境关键组成细胞，其可以由间充质干细胞分化而成。成骨细胞具有维持造血干细胞活性的能力，还能产生多种造血关键因子。Nakamura等［8］研究表明，不同分化阶段的成骨细胞对造血干细胞作用不同，比如部分成骨细胞亚型支持造血干细胞长期重建的活性，有些则促进其黏附和归巢，还有的亚型产生造血干细胞前体细胞因子。

1.3 内皮细胞 内皮细胞在维持造血干细胞生物特性及促进其增殖方面起着重要作用。内皮细胞能够分泌细胞因子扩增体内未成熟的造血细胞，并在造血干细胞移除骨髓后维持造血干细胞功能。研究表明内皮特异性细胞黏附分子E－选择素能够诱发造血干细胞的体内增殖，进一步证实内皮细胞对造血干细胞增殖的影响［9］。

2 造血微环境内间充质干细胞、造血干细胞相互作用的分子机制

2.1 造血微环境（造血龛）内的细胞因子 间充质干细胞在造血微环境通过与造血干细胞接触产生、分泌多种细胞因子，Knan－Shanzer等［10］提出不同造血生长因子的组合可促使造血干细胞从G0期进入增殖期。还有一些细胞因子，如干细胞因子、成纤维细胞生长因子、胰岛素样生长因子、集落刺激因子、白细胞介素等对造血干细胞的分化、增殖和发育起重要的调节作用［11］。Tamkun 等［12］提出整合蛋白具有调节细胞膜的性质，造血干/祖细胞表达的有关细胞黏附分子正是通过与间充质干细胞上相应的配体形成“配体－整合蛋白－细胞骨架跨膜系统”，对造血干/祖细胞的形态产生影响，决定细胞的迁移、归巢定位及调控基因表达，促进细胞的增殖分化及凋亡。

2.2 造血微环境内的主要信号通路

2.2.1 趋化因子 12（CXCL12）及其受体（CXCR4）信号通路 造血微环境中的基质细胞能够分泌CXCL12，CXCL12能与HSC表面其受体CXCR4结合，运用CXCR4拮抗剂阻断后，外周血中HSC数目增加，表明CXCL12/CXCR4信号通路参与调节HSC处于静止状态及调控HSC增殖［13－14］。此外，应用CXCL12抗体和CXCR4抗体能够显著减低HSC的归巢定位［15］。CXCL12/CXCR4信号通路对骨髓间充质干细胞趋向迁移也具有调控作用［16］，从而对造血微环境造血功能产生影响。

2.2.2 Notch信号通路 Notch基因编码一类高度保守的细胞表面受体，它们调节多种生物细胞的发育。研究表明，当造血微环境中的间充质干细胞表达配体Jagged，结合造血干细胞表面的Notch受体后，Notch信号通路激活，在核内激活Notchl以及Notch4能够促进HSC的自我更新能力，并抑制HSC的分化［17］。也有试验发现，在造血干细胞中过表达Notch1，会导致造血干细胞数目增多［18］。但是在研究中又发现，敲除鼠 Notch－1、Notch－2 和Jagged－1并不影响造血干细胞和造血微环境的功能［19－20］。这表明可能还有其他信号通路的参与并发挥着同样的作用。

2.2.3 Wnt信号通路 Wnt信号通路是由配体蛋白质Wnt和膜蛋白受体结合激发的一组多下游通道的信号转导途径。已知Wnt信号通路至少有两个路径：非经典的Wnt/钙离子通路和经典的Wnt/β－连环蛋白通路［21］。经典的Wnt信号通路能增强HSC自我更新及修复［22］。非经典的Wnt信号通路也有同样的作用，但是这一作用是通过阻滞经典的Wnt信号通路实现的，其机制尚不清楚［23］。此外，研究发现Wnt信号通路对于HSC处于静止状态也有影响，Fleming等［24］通过体内试验发现，抑制HSC的Wnt信号通路会导致移植后造血再生能力的下降，这显示Wnt信号通路也与限制HSC增殖以及维持HSC的造血重建功能相关。另外，有研究显示应用Wnt/βcatenin信号通路激活因子Wnt3a体外作用于大鼠骨髓间充质干细胞后能够显著促进其增殖［25］。Wnt信号通路与Notch信号通路之间存在整合，协同调控 HSC 及造血微环境的功能［26－27］。

2.3 造血微环境内外泌体的调控作用 外泌体作为细胞间通讯连接的媒介，对HSC的自我更新、迁移、分化、衰老及干性的维持都有重要作用［28］。De Luca等［29］将骨髓间充质干细胞来源的外泌体与脐血造血干细胞（UCB－CD34＋）共同培养，对外泌体的单链小分子RNA（microRNA）进行检测，发现其中有103个基因上调表达，它们中大部分可编纂趋化因子及其受体，趋化各类型骨髓细胞（比如CXCR4超表达促进UCB－CD34＋从外周血向骨髓的迁移）。外泌体所包含的RNA可以影响UCB－CD34＋基因表达模式。他们还发现骨髓间充质干细胞来源的外泌体的miRNA对UCB－CD34＋细胞有相同的功能调控，可增强UCB－CD34＋细胞活性，抑制细胞凋亡或坏死，减少细胞分化。

3 中医药对干细胞及造血微环境调控作用的认识

3.1 干细胞在中医理论的归属 在中医理论中，肾最主要的生理功能是：肾藏精，主生长发育和生殖。肾所藏的先天之精是人体生长、发育的根本［6］。张进等［30］认为干细胞具先天之精属性，是先天之精在细胞层次的存在形式。中医学理论认为，肾藏精主生殖，肾藏精生髓，张进等还认为生殖功能与神经系统之间的调控关系均属肾藏精的功能。卞琴等［31］认为骨髓间充质干细胞（BMSCs）的生物特性之一是向成骨细胞分化，蔡光先等［32］研究发现地黄多糖对BMSCs的增殖和分化为神经细胞均有促进作用，这与中医“肾藏精，精生髓，髓生骨”的理论有较高的吻合。在此“肾主骨”可能是通过补肾药物作用到“髓”中的间充质干细胞，促使其成骨分化来实现的。因为骨髓间充质干细胞主要来自于骨髓，而在特定环境下能向成骨转化，即实现“髓生骨”。从而证实了“肾”“髓”“骨”之间的关联。BMSCs分化为其他成体干细胞的功能与先天之精化生后天之精类似，因此BMSCs属于中医“精”“髓”范畴。“脾主肌肉，脾为后天之本”，益气健脾方药能促使BMSCs的增殖，定向分化成肌细胞［33］，为“后天济先天”提供了一定的理论依据。临床和实验研究表明，BMSCs可能是“脾肾相关”细胞层次的表达形式，但究其实质仍属于“先天之精”范畴。另一方面”精可以生血“。唐宗海在《血证论·藏府病机论》［34］中提出：“心之能事，又主生血，而心窍中数点血液，则又血中之最精微者，乃生血之源泉，亦出神之渊海。”从唐宗海“血中之最精微者”“生血之源泉”的描述上看，“血中之最精微者”与现在的造血干细胞极为相似。中医理论认为“脾为气血生化之源”“后天济先天”“精气互化”“精血相生”，所以中医在临床上对血液病的治疗多以补肾填精、益气健脾的扶正固本的治法为主。

3.2 中药对干细胞及造血微环境的调控作用 大量的实验研究发现补肾填精、益气健脾方药对HSC与MSCs都有促进其增殖及调控其定向分化的作用［35－38］。益气健脾方药复方扶芳藤合剂由扶芳藤、黄芪、人参三味中药组成，临床用于治疗气血不足、心脾两虚等证。患者大剂量化疗和（或）放疗后导致血细胞减少，患者可将复方扶芳藤合剂用作血细胞减少的辅助治疗药品，以此提高血细胞数量［39－42］。实验研究表明，黄芪的有效成分黄芪甲甙和人参中的有效成分人参皂苷Rg1均可促进骨髓间充质干细胞的体外增殖。黄芪甲甙此作用可能与其诱导骨髓间充质干细胞分泌干细胞生长因子有关，而人参皂苷Rg1促进大鼠MSCs增殖的机制可能是通过上调转录因子GATA1和GATA2的表达以及其与DNA的结合活性来实现的［43］。周倍伊等［44－45］研究发现，以人参和黄芪为主要药物成分的复方扶芳藤合剂能激活Notch、Wnt两条信号通路，使通路上的关键基因的mRNA及其表达蛋白水平上调，促进大鼠骨髓间充质干细胞增殖，增加小鼠外周血的白细胞和单个核胞数量。体外造血祖细胞培养显示，经复方扶芳藤合剂干预的小鼠造血祖细胞集落（CFU－Mix）产率显著高于空白对照组，同时小鼠外周血中造血干细胞抗原 1（stemcellantigen－1，Sca－1）阳性细胞百分率比对照组明显提高。

4 问题和展望

造血微环境对造血调控有着十分重要的作用，既往对造血干细胞移植失败的研究多侧重在造血干细胞单方面，而对造血干细胞赖以生存的造血干细胞微环境则不够重视。间充质干细胞与造血干细胞共移植在血液病治疗方面疗效肯定，特别是其加速造血重建作用已经得到证实，但是，造血微环境对造血调控机制仍待研究。通过了解造血微环境对造血调控的作用机制，可以更好地解决血液疑难病治疗中的难题。

在中医药方面，临床发现一些补肾填精和益气健脾方药可以提升机体的血细胞，实验研究也发现其对间充质干细胞与造血干细胞有促进增殖及调控其定向分化作用，同时对造血微环境调控造血有影响。中医药对造血微环境调控机制的研究仍待解决，阐明其作用机制才能充分发挥中医药整体辨证和低副作用的优势，使得中医药可望成为配合解决治疗血液病难题的重要方法。