无关的脐带血作为干细胞的来源：通过恢复线粒体功能可以减轻冷冻保存过程中造成的损伤

《Blood Science》：Unrelated cord blood as a source of stem cells: cryopreservation damage can be alleviated by restoring mitochondrial function

　　研究显示，长期冷冻保存的脐带血干细胞线粒体功能受损，导致分化能力和移植效果下降。添加抗氧化剂硫普罗明可逆转上述损伤，提高移植成功率

　　这项研究揭示了脐带血（UCB）冷冻保存过程中细胞损伤的机制，并提出了一种可能的解决方案——利用硫代硫酸钠（SF）这种抗氧化剂来恢复线粒体功能，从而减轻这种损伤。研究由黄耀金博士作为主要研究者，程涛博士作为高级研究者，来自天津卫生科学研究所（北京协和医学院）团队发表在《临床研究杂志》（Journal of Clinical Investigation）上。该研究不仅在实验室层面进行了深入分析，还结合了临床观察，为脐带血移植领域带来了重要的新见解。

研究人员通过比较新鲜脐带血与冷冻保存长达19年的脐带血，从多个角度评估了冷冻保存对细胞功能的影响。他们首先对不同细胞群体进行了单细胞转录组分析，包括CD34+造血干细胞和祖细胞（HSPC）、T细胞/自然杀伤细胞（NK细胞）、B细胞以及单核细胞。通过这种方法，他们发现冷冻保存本身会导致CD34+细胞中高表达线粒体基因的亚群（称为mito^high）数量显著增加。这一发现提示我们，冷冻保存可能对某些细胞亚群产生特定的负面影响。

进一步的实验显示，冷冻保存后的HSPC在分化能力方面受到明显抑制，尤其是在生成巨核细胞方面表现较差。这与造血功能恢复的下降密切相关。在体外实验中，研究人员观察到冷冻保存的脐带血在最初的5年中，其形成集落的能力逐渐减弱。而在临床观察中，接受冷冻保存脐带血的患者在移植后，其造血功能的恢复也呈现出随时间推移而下降的趋势。值得注意的是，这种损伤主要出现在造血干细胞和祖细胞上，而T细胞、NK细胞以及CD3+和CD8+T细胞则未表现出类似的损害。

研究团队还深入探讨了这种损伤的机制。他们发现，冷冻保存的HSPC细胞线粒体结构变得更加紧凑，同时细胞内的烟酰胺腺嘌呤二核苷酸（NAD）水平下降，而活性氧（ROS）水平却升高。这些变化表明，冷冻保存可能对线粒体呼吸链的功能造成破坏，进而影响细胞的能量代谢和生存能力。线粒体是细胞内重要的能量工厂，其功能受损可能导致细胞活性降低，甚至死亡。这种线粒体功能的下降，可能是导致造血功能恢复能力减弱的主要原因。

为了验证是否可以通过抗氧化剂改善这种损伤，研究人员选择了SF进行测试。SF作为一种天然的抗氧化剂，能够有效清除细胞内过量的ROS。在体外实验中，他们发现将冷冻保存的脐带血与SF共同培养40小时后，细胞的克隆形成能力得到了显著提升。此外，在动物实验中，研究人员将冷冻保存的脐带血移植到小鼠体内，并观察到CD45+细胞的植入率提高，尤其是在巨核细胞和血小板的生成方面，效果尤为明显。这些实验结果表明，SF在改善冷冻保存脐带血细胞功能方面具有显著潜力。

研究人员还进一步验证了SF在冷冻保存前和冷冻保存1年后对细胞功能的改善效果。他们在冷冻保存前向脐带血中添加SF，并在保存1年后进行解冻，发现这种处理显著提升了细胞在解冻后的活性。这提示我们，SF不仅可以在冷冻保存后用于恢复细胞功能，也可以在冷冻保存前作为预处理手段，以减轻冷冻过程对细胞的损害。这一发现为脐带血的保存和使用提供了新的思路，也为未来的临床应用带来了希望。

这项研究的重要性不仅在于其科学发现本身，还在于它展示了从基础研究到临床应用的完整转化过程。研究团队从单细胞转录组分析入手，结合细胞培养、分子生物学、生物化学以及动物实验，最终通过临床观察验证了其研究成果的可行性。这种系统性的研究方法为理解脐带血冷冻保存的机制奠定了坚实的基础，也为开发新的治疗策略提供了重要的实验依据。

此外，这项研究也让我们回顾了过去40年中造血干细胞移植领域的发展历程。自1975年以来，骨髓成为唯一可用的干细胞来源，主要应用于匹配兄弟姐妹的移植。随着技术的进步，脐带血移植逐渐兴起，并在20世纪90年代初期实现了突破，例如1989年在巴黎圣路易医院为一名患有范可尼贫血症的儿童进行的首例脐带血移植，以及1996年在巴黎圣安东尼医院为一名患有慢性髓系白血病的成人患者进行的移植。这些早期的临床尝试不仅推动了脐带血作为干细胞来源的广泛应用，也促使全球建立了多个脐带血库，用于储存和提供干细胞供移植使用。

随着研究的深入，科学家们逐渐认识到，脐带血中的干细胞虽然具有重要的临床价值，但在冷冻保存过程中仍可能受到损伤。因此，近年来的研究重点转向如何优化冷冻保存技术，以减少对干细胞功能的影响。例如，通过使用多个脐带血单位来增加干细胞的输入剂量，或者在体外对脐带血进行扩增，以提高其移植效果。然而，这些方法在实际应用中仍存在一定的局限性，例如使用多个脐带血单位可能导致移植物抗宿主病（GVHD）风险增加，而体外扩增则可能带来细胞异质性的问题。

在这一背景下，SF的发现为解决冷冻保存带来的细胞损伤提供了一个全新的视角。SF不仅能够有效清除ROS，还能够恢复线粒体功能，从而提升干细胞的活性和移植能力。这种天然抗氧化剂的使用，为未来的临床应用提供了一种潜在的解决方案，尤其是在提高脐带血移植成功率方面。此外，SF的使用也可能带来其他益处，例如减少移植后的炎症反应，或者改善干细胞的长期存活能力。

值得注意的是，这项研究的成果具有重要的临床意义，尤其是在中国。由于中国长期实施一胎政策，导致可匹配的骨髓供体数量严重不足。因此，脐带血成为一种重要的替代来源，尤其是在缺乏匹配供体的情况下。目前，中国有超过100万份脐带血被储存，这些储存的脐带血在治疗儿童血液病方面发挥了重要作用。然而，在成人患者中，脐带血的使用仍面临一些挑战，例如移植后造血功能恢复较慢，以及较高的非复发性死亡率。

因此，这项研究的发现不仅对理解脐带血冷冻保存的机制具有重要意义，也为提高脐带血移植的成功率提供了新的可能性。尤其是在中国，由于骨髓供体的短缺，脐带血的使用具有更高的现实需求。如果SF能够被广泛应用于脐带血的保存和移植过程中，那么它可能对改善移植效果、降低非复发性死亡率产生积极影响。

从更广泛的角度来看，这项研究也反映了现代医学研究的一个重要趋势——将基础科学与临床实践紧密结合。通过深入分析冷冻保存对细胞功能的影响，研究团队不仅揭示了潜在的生物学机制，还提出了切实可行的解决方案。这种跨学科的研究方法，使得科学研究能够更直接地服务于临床需求，推动医学技术的进步。

同时，这项研究也提醒我们，随着干细胞移植技术的不断发展，我们需要持续关注冷冻保存对细胞功能的影响，并探索更有效的保存和使用方法。尤其是在成人患者中，脐带血的使用仍然面临诸多挑战，因此，如何优化脐带血的保存和移植过程，将成为未来研究的重要方向。

综上所述，这项研究不仅在科学上具有重要意义，而且在临床应用上也展现出巨大的潜力。通过恢复线粒体功能，SF可能成为改善脐带血冷冻保存效果的重要工具。未来，随着更多临床试验的开展，SF的应用可能会进一步拓展，为更多的患者带来福音。