造血干细胞临床研究热点分析*

李玲琍 张 雪 胡正银 覃筱楚

(四川大学华西医院血液科成都 610041) (中国科学院成都文献情报中心成都 610041) (中国科学院广州生物医药与健康研究院信息情报中心 广州 510530)

1 引言

造血干细胞(Hematopoietic Stem Cell，HSC)是发现最早、研究历史最长、临床应用最为有效的多能成体干细胞[1]，具有高度自我更新能力、多向分化潜能和组织融合性好等生物学特性，其研究和应用推动干细胞生物学和再生医学的发展[2-3]。目前HSC已成为血液系统肿瘤、部分免疫性疾病和遗传性疾病的重要治疗手段[2-3]。本文利用文献计量方法、文本挖掘和可视化技术，基于2009-2018年间HSC论文、专利与药物研发及临床实验数据，分析其发展趋势、研究主题、重点药物及重大病症，旨在从临床视角揭示HSC研究与应用热点。

2 资料与方法

2.1 数据来源

本研究中的科技论文来自PubMed数据库[4]，专利来自德温特数据库[5]，药物与临床实验数据来自Cortellis数据库[6]，时间限定为2009年1月1日-2018年12月31日，具体检索策略及检索结果，见表1。

表1 数据检索策略及检索结果

2.2 研究方法

首先利用德温特分析师[7]按时间对HSC论文、专利、药物及临床实验数据进行年度趋势分析，按国家/地区、机构分析论文与专利的地理分布，归纳HSC整体发展态势。其次，利用VOSviewer[8]对论文和专利中的主题词(关键词)进行聚类,揭示HSC重要研究主题。然后利用Cortellis中的药物与临床试验标引数据分析HSC重点药物及重大病症。最后以上述分析结果为基础，结合专家咨询总结HSC临床研究与应用热点。

3 结果与分析

3.1 发展态势

3.1.1 年度发展趋势 HSC论文、专利、药物及临床实验年度发展趋势，见图1。HSC领域2009-2014年期间论文量逐年递增，自2015年略微下降，而专利申请量则一直呈逐年递增态势(因时间原因，数据库中2018年论文与专利可能尚未收录全)，说明HSC已进入技术转移和成果转化的发展期。HSC领域每年新研发药物数量较少且增幅不大，而临床实验数量却呈逐年递增趋势，这说明虽然目前HSC药物研发尚未成熟，但已经较广泛地开展相关临床实验。

图1 HSC论文、专利、药物及临床实验年度发展趋势

3.1.2 国家/地区分布 HSC论文量及专利申请量最多的国家均为美国，共3 352篇论文与736件专利，说明美国在HSC研究方面居领先地位，其科研产出远高于其他国家/地区。中国大陆地区论文量及专利申请量排第3及第2位，共785篇论文与293件专利。其中论文量不高，说明我国仍需加强HSC基础研究；而专利申请量与美国差距不大，且已超过加拿大、日本、英国等国家，说明我国在HSC技术创新方面发展较好。HSC论文、专利数量排名前10位国家/地区分布，见图2。

图2 HSC论文、专利数量排名前10位国家/地区分布

3.1.3 机构分布 HSC论文发文量排名前10的机构全部是高校和科研机构。哈佛大学的发文量远远超出其他机构，中国医学科学院和中国科学院排第7和第10位。HSC专利申请主体企业和高校各占一半。在专利申请量位居前10的机构中来自美国的有8家，表明美国专利产出更集中。我国虽然HSC总体专利申请量较多，但申请机构较为分散，没有一家机构进入前10位，尚未形成集中优势。HSC论文、专利数量排前10机构，见图3。

图3 HSC论文、专利数量排名前10机构

3.2 研究主题

3.2.1 论文 基于MeSH主题词，利用VOSViewer进行HSC论文主题词聚类分析[8-9]，见图4。

图4 HSC论文研究主题分布

从论文视角HSC基础研究重点集中在细胞分化(cell differentiation)(绿色点区域)、细胞增殖(cell proliferation)(红色点区域)、HSC移植(HSC transplantation)(紫色点区域)、基因(gene)(黄色点区域)与免疫(immunity)(青色点区域)5个方面。细胞分化热点主题包括造血作用(hemopoiesis)、细胞谱系(cell lineage)、细胞分离(cell separation)等。细胞增殖热点主题包括干细胞培养(stem cell culture)、细胞分离(cell separation)、信号传导(singal transduction)等。HSC移植热点主题包括粒细胞集落刺激因子(granulocyte colony-stimulating)、HSC归巢(HSC homing)、HSC动员(HSC mobilization)等。基因热点主题包括基因治疗(gene therapy)、基因表达(gene expression)、转基因(transgenic)等。免疫热点主题包括免疫治疗(immunotherapy)、转录因子(transcription factor)、免疫表型分型(immunophenotyping)等。

3.2.2 专利 基于从专利标题与摘要中抽取的关键词，利用VOSViewer进行关键词聚类分析[8-9]，见图5。从专利视角HSC应用研究重点集中在HSC产品(HSC product)(黄色点区域)、核酸基因序列(Nucleic acid, gene, sequence)(绿色点区域)、淋巴瘤白血病(lymphoma, leukemia)(青色点区域)与自身免疫性疾病(autoimmune disease)(红色点区域)4个方面。造血干细胞产品热点主题包括HSC制备(HSC produce)、干细胞培养、生长因子(growth factor)等。核酸基因序列热点主题包括核酸结合(nuclear acid bind)、基因启动子(gene promoter)、DNA结合(DNA binding)等。淋巴瘤白血病热点主题包括多发性骨髓瘤(multiple myeloma)、急性髓细胞样白血病(acute myeloid leukemia)、再生障碍性贫血(aplastic anemia)等。自身免疫性疾病热点主题包括骨髓综合征(bone marrow syndrome)、HSC移植、移植物抗宿主病(graft versus host disease)等。综上，HSC基础研究集中在细胞分化增殖、基因表达、HSC移植等主题，而技术应用则集中在HSC制备、治疗白血病与骨髓综合征等疾病方面的主题。其中干细胞培养、HSC移植等主题同时是基础研究与技术应用的热点主题。

图5 HSC专利研究主题分布

3.3 重点药物与重大疾病

3.3.1 治疗领域及适应症分布 Cortellis是生命科学与制药领域的权威情报数据库，除汇集药物研发与临床实验科学数据外还提供专家标引数据[6]。其药物研发标引数据包括治疗领域(Therapy Area)、适应症(Indication)、靶向作用(Target-based Action)等。本文从临床视角分析HSC药物研发涉及的前10治疗领域与适应症，见图6。可知HSC药物的治疗领域非常集中，以免疫(Immune)、血液(Hematologic)与癌症(Cancer)为主，分别有56、48和28种；而适应症则分布较广泛，以骨髓移植和HSC移植为主。

3.3.2 干预药物及病症分布 Cortellis临床实验标引数据包括病症(Disease Condition)、药物干预(Drug Intervention)、生物标志物(Biomarkers)等。本文分析HSC临床实验中涉及的前10干预药物与病症，见图7。可知在HSC临床实验中干预药物使用较广泛，尤其是抗肿瘤药物氟达拉滨(fludarabine)，在136次(16.5%)临床实验中使用。其他使用次数较多的药物还包括能有效刺激粒细胞系造血的非格司亭(filgrastim)与免疫抑制剂他克莫司(tacrolimus)，分别在80次(9.7%)与74次(9.0%)临床实验中使用。人鼠嵌合性单克隆抗体药利妥昔单抗(rituximab)不仅在临床实验用药出现频次较高，而且还大量出现在肿瘤、造血紊乱疾病与淋巴系统疾病相关研究中。HSC临床实验涉及的病症非常广泛，高达324种。其中出现超过10次的病症有32种，超过20次的有16种。涉及次数最多的病症包括急性粒细胞白血病(Acute myelogenous leukemia)134次、多发性骨髓瘤(Multiple myeloma)90次、骨髓增生异常综合征(Myelodysplastic syndrome)77次、急性淋巴细胞白血病(Acute lymphoblastic leukemia)72次、HSC移植65次。其中急性血液病和恶性肿瘤是人体HSC异常时的常见病症，HSC移植则是目前临床治疗这些疾病最为广泛与成熟的技术。

图6 HSC药物前10治疗领域及适应症分布

图7 HSC临床实验前10干预药物及病症分布

3.4 临床研究与应用热点

综合HSC研究主题、重点药物与重大疾病的分析结果，结合专家咨询，从临床视角来看HSC移植、HSC归巢、基因治疗、免疫治疗、HSC制备、白血病、再生障碍性贫血、多发性骨髓瘤、移植物抗宿主病及骨髓综合征等主题既是研究热点，又是应用热点,见图8。

图8 临床视角下HSC研究与应用热点

4 讨论

4.1 概述

普赖斯指数将科技发展分为萌芽期、发展期、成熟期与衰退期4个阶段[10]。综上，可认为HSC基础研究已处于成熟期，而其应用研究则处于发展期。邀请专家对图8所列HSC临床研究与应用热点进一步解读，认为HSC归巢、制备及基因治疗是研究前沿，具有广阔的应用和发展前景。

4.2 HSC归巢

指血液系统中的HSC定向迁移至人体组织或器官微环境，维持或重塑其细胞命运的生命过程[2]。基于归巢的HSC移植已在临床被广泛应用，促进移植后HSC归巢是决定移植效果的关键因素之一[2,11]。由于HSC归巢过程的时空跨度大，观察手段有限，归巢发生机制、微环境结构及如何帮助HSC归巢等关键科学问题尚待深入研究[2,11]。2018年我国科学家利用先进的实时成像技术建立HSC标记系统，对斑马鱼造血组织中的HSC归巢进行高分辨率分析，生动地呈现HSC从诞生到归巢的全过程[10,12]。该成果标志着我国在HSC归巢研究方面达到世界先进水平。

4.3 HSC制备

HSC移植是目前治疗血液系统等重大疾病最有效的方法，但HSC的来源是制约临床治疗的瓶颈，HSC的体内发育和体外诱导扩增等制备技术是研究前沿之一[13]。波士顿儿童医院的研究人员首次在实验室利用人多能性干细胞制备出HSC[14]；康奈尔大学威尔康奈尔医学院的研究人员使用成年小鼠内皮细胞作为初始材料，通过改变关键转录因子的表达水平将其转化成具有小鼠造血干细胞特性的细胞[15]。这些研究利用来自生物体自身的细胞制备HSC，为治疗白血病等重大疾病提供新的思路和线索。

4.4 HSC基因治疗

由基因治疗技术和HSC移植技术融合和发展而来，主要研究内容包括富集和纯化HSC、体外HSC扩增培养及基因修饰/编辑、自体干细胞移植等[16]。目前HSC基因治疗已进入临床并取得初步成功，如已用于治疗维-奥德里奇综合症、X-连锁严重联合免疫缺陷和β-地中海贫血等疾病，取得较好的疗效[17-18]。随着CRISPR-Cas9基因编辑技术的发展，研究人员开始利用其改造HSC，取得一定成效，但转基因载体的有效性、安全性及靶向准确性等问题尚未得到有效解决[19]。未来需在这些方面探索创新性解决办法，为HSC基因治疗技术大规模应用奠定基础。

5 结语

随着相关基础科学和新技术的发展，HSC临床应用会进一步拓展，未来可能会更广泛应用于免疫、细胞和基因治疗等领域。本文基于多源数据，从临床视角分析HSC研究与应用热点，其结果可为临床决策与科技管理提供借鉴，也可为HSC研究布局提供一定的参考。