將人類臍靜脈內皮細胞 重新編程為可移殖之造血細胞?
文／實驗室品質主管 許家宜博士整理

　　血液惡性疾病是骨髓移植最常見的適應症，但是有許多需要移植的病人遍尋不到合適的捐贈者，特別是那些來自少數民族的病人。源自捐贈者的造血幹細胞在被移植（進入血管）後，會進入病人的骨髓，重建造血功能。對於無法配對到適合的捐贈者的病人來說，利用自己體內衍生出的造血幹細胞是另一個方法，但是此方法卻因體外培養造血幹細胞時難以維持其幹細胞特性
（stemness）、或是移植回病患體內後無法發揮預期的造血功能（engrafting）的功能而受阻。幸運地，在今年七月的〝自然〞國際期刊（Nature）中，Shahin Rafii 與其團隊發表了一個新的方法，利用人類的臍靜脈內皮細胞，並模擬胚胎發育時期造血細胞生成時的環境（niche），克服了這些困難，並可有效地在小鼠體內產生造血細胞。

　　在哺乳動物的胚胎發育過程中，造血幹細胞（HSCs）並非一開始便產生在骨髓中，而是早在心血管系統形成前，先在胚胎本體外的卵黃囊（yolk sac）生成；之後造血功能轉移到連接卵黃囊與胚胎的卵黃動脈（vitelline artery）、胎盤（placenta）、連接胎盤與胚胎的臍動脈（umbilical artery）、及胚胎內的主動脈-性腺-中腎區（AGM, aorta-gonad-mesonephros）；至胚胎發育中期時，造血幹細胞遷移至肝臟，成為胎兒體內主要造血器官；而在即將出生之前，造血幹細胞才遷移至它們的最終目的地，即骨髓，往後一輩子的造血功能都在骨髓內進行。

　　因在胚胎早期，造血細胞會由血管內壁的某些內皮細胞轉化而成 （endothelialto-hematopoietic transition），而此轉化行為需要鄰近內皮細胞的支持，提供一個適當的小生境（niche），讓造血幹細胞得以生成。因此 Shahin Rafii 團隊運用此特性，將兩種人類的內皮細胞〔足月新生兒之臍帶靜脈的內皮細胞（HUVECs,human umbilical vein endothelial cells）或是成人皮膚微血管內皮細胞
（HDMECs,adult dermal microvascular endothelial cells）〕取出培養，利用人為方式（lentiviral transduction of 4 transcription factors, FOSB,
GFI1, RUNX1, and SPI1）導引一部份的內皮細胞往造血譜系（lineage）改變後，再將這些細胞培養在未經此改變的原內皮細胞環境之中，便如同回到胚胎發育時一樣，這些被導引過的內皮細胞可被重新編程（reprogram）為造血細胞，表現出其特有的分子標誌。當這些細胞被移植到免疫缺陷的小鼠體內時，能成功地進入骨髓並重建造血功能；並且這些細胞在骨髓內仍保持其自我更新
（self-renewal）的能力，甚至還可以被用來做第二次的移植給其他的免疫缺陷小鼠。

　　由於內皮細胞容易取得且在體外培養一小段時間仍不會失去被重新編程（reprogramming）的能力，因此有可能在取得病人自體的內皮細胞後，經過基因工程修復（genetically corrected），再重新編程成造血細胞後，移植回病人的體內。對於遺傳性（genetic）或獲得性（acquired）血液疾病之自體移植治療，這項研究結果具有可能的臨床應用潛力。

References：
1.Lucas D and Frenette PS. 2014 Nature 511:301. Reprogramming finds its niche.
2.Sandler VM et al. 2014 Nature 511:312-317. Reprogramming human endothelial cells
to haematopoietic cells requires vascular induction.
3.Costa G et al. 2012 Trends in Immunology 33(5): 215-223. Origin of blood cells and
HSC production in the embryo.

文章刊載：連連愛季刊022期