李玲琍 張 雪 胡正銀 覃筱楚

(四川大學(xué)華西醫(yī)院血液科成都 610041) (中國科學(xué)院成都文獻情報中心成都 610041) (中國科學(xué)院廣州生物醫(yī)藥與健康研究院信息情報中心 廣州 510530)

1 引言

造血干細胞(Hematopoietic Stem Cell，HSC)是發(fā)現(xiàn)最早、研究歷史最長、臨床應(yīng)用最為有效的多能成體干細胞[1]，具有高度自我更新能力、多向分化潛能和組織融合性好等生物學(xué)特性，其研究和應(yīng)用推動干細胞生物學(xué)和再生醫(yī)學(xué)的發(fā)展[2-3]。目前HSC已成為血液系統(tǒng)腫瘤、部分免疫性疾病和遺傳性疾病的重要治療手段[2-3]。本文利用文獻計量方法、文本挖掘和可視化技術(shù)，基于2009-2018年間HSC論文、專利與藥物研發(fā)及臨床實驗數(shù)據(jù)，分析其發(fā)展趨勢、研究主題、重點藥物及重大病癥，旨在從臨床視角揭示HSC研究與應(yīng)用熱點。

2 資料與方法

2.1 數(shù)據(jù)來源

本研究中的科技論文來自PubMed數(shù)據(jù)庫[4]，專利來自德溫特數(shù)據(jù)庫[5]，藥物與臨床實驗數(shù)據(jù)來自Cortellis數(shù)據(jù)庫[6]，時間限定為2009年1月1日-2018年12月31日，具體檢索策略及檢索結(jié)果，見表1。

表1 數(shù)據(jù)檢索策略及檢索結(jié)果

2.2 研究方法

首先利用德溫特分析師[7]按時間對HSC論文、專利、藥物及臨床實驗數(shù)據(jù)進行年度趨勢分析，按國家/地區(qū)、機構(gòu)分析論文與專利的地理分布，歸納HSC整體發(fā)展態(tài)勢。其次，利用VOSviewer[8]對論文和專利中的主題詞(關(guān)鍵詞)進行聚類,揭示HSC重要研究主題。然后利用Cortellis中的藥物與臨床試驗標(biāo)引數(shù)據(jù)分析HSC重點藥物及重大病癥。最后以上述分析結(jié)果為基礎(chǔ)，結(jié)合專家咨詢總結(jié)HSC臨床研究與應(yīng)用熱點。

3 結(jié)果與分析

3.1 發(fā)展態(tài)勢

3.1.1 年度發(fā)展趨勢 HSC論文、專利、藥物及臨床實驗?zāi)甓劝l(fā)展趨勢，見圖1。HSC領(lǐng)域2009-2014年期間論文量逐年遞增，自2015年略微下降，而專利申請量則一直呈逐年遞增態(tài)勢(因時間原因，數(shù)據(jù)庫中2018年論文與專利可能尚未收錄全)，說明HSC已進入技術(shù)轉(zhuǎn)移和成果轉(zhuǎn)化的發(fā)展期。HSC領(lǐng)域每年新研發(fā)藥物數(shù)量較少且增幅不大，而臨床實驗數(shù)量卻呈逐年遞增趨勢，這說明雖然目前HSC藥物研發(fā)尚未成熟，但已經(jīng)較廣泛地開展相關(guān)臨床實驗。

圖1 HSC論文、專利、藥物及臨床實驗?zāi)甓劝l(fā)展趨勢

3.1.2 國家/地區(qū)分布 HSC論文量及專利申請量最多的國家均為美國，共3 352篇論文與736件專利，說明美國在HSC研究方面居領(lǐng)先地位，其科研產(chǎn)出遠高于其他國家/地區(qū)。中國大陸地區(qū)論文量及專利申請量排第3及第2位，共785篇論文與293件專利。其中論文量不高，說明我國仍需加強HSC基礎(chǔ)研究；而專利申請量與美國差距不大，且已超過加拿大、日本、英國等國家，說明我國在HSC技術(shù)創(chuàng)新方面發(fā)展較好。HSC論文、專利數(shù)量排名前10位國家/地區(qū)分布，見圖2。

圖2 HSC論文、專利數(shù)量排名前10位國家/地區(qū)分布

3.1.3 機構(gòu)分布 HSC論文發(fā)文量排名前10的機構(gòu)全部是高校和科研機構(gòu)。哈佛大學(xué)的發(fā)文量遠遠超出其他機構(gòu)，中國醫(yī)學(xué)科學(xué)院和中國科學(xué)院排第7和第10位。HSC專利申請主體企業(yè)和高校各占一半。在專利申請量位居前10的機構(gòu)中來自美國的有8家，表明美國專利產(chǎn)出更集中。我國雖然HSC總體專利申請量較多，但申請機構(gòu)較為分散，沒有一家機構(gòu)進入前10位，尚未形成集中優(yōu)勢。HSC論文、專利數(shù)量排前10機構(gòu)，見圖3。

圖3 HSC論文、專利數(shù)量排名前10機構(gòu)

3.2 研究主題

3.2.1 論文 基于MeSH主題詞，利用VOSViewer進行HSC論文主題詞聚類分析[8-9]，見圖4。

圖4 HSC論文研究主題分布

從論文視角HSC基礎(chǔ)研究重點集中在細胞分化(cell differentiation)(綠色點區(qū)域)、細胞增殖(cell proliferation)(紅色點區(qū)域)、HSC移植(HSC transplantation)(紫色點區(qū)域)、基因(gene)(黃色點區(qū)域)與免疫(immunity)(青色點區(qū)域)5個方面。細胞分化熱點主題包括造血作用(hemopoiesis)、細胞譜系(cell lineage)、細胞分離(cell separation)等。細胞增殖熱點主題包括干細胞培養(yǎng)(stem cell culture)、細胞分離(cell separation)、信號傳導(dǎo)(singal transduction)等。HSC移植熱點主題包括粒細胞集落刺激因子(granulocyte colony-stimulating)、HSC歸巢(HSC homing)、HSC動員(HSC mobilization)等?；驘狳c主題包括基因治療(gene therapy)、基因表達(gene expression)、轉(zhuǎn)基因(transgenic)等。免疫熱點主題包括免疫治療(immunotherapy)、轉(zhuǎn)錄因子(transcription factor)、免疫表型分型(immunophenotyping)等。

3.2.2 專利 基于從專利標(biāo)題與摘要中抽取的關(guān)鍵詞，利用VOSViewer進行關(guān)鍵詞聚類分析[8-9]，見圖5。從專利視角HSC應(yīng)用研究重點集中在HSC產(chǎn)品(HSC product)(黃色點區(qū)域)、核酸基因序列(Nucleic acid, gene, sequence)(綠色點區(qū)域)、淋巴瘤白血病(lymphoma, leukemia)(青色點區(qū)域)與自身免疫性疾病(autoimmune disease)(紅色點區(qū)域)4個方面。造血干細胞產(chǎn)品熱點主題包括HSC制備(HSC produce)、干細胞培養(yǎng)、生長因子(growth factor)等。核酸基因序列熱點主題包括核酸結(jié)合(nuclear acid bind)、基因啟動子(gene promoter)、DNA結(jié)合(DNA binding)等。淋巴瘤白血病熱點主題包括多發(fā)性骨髓瘤(multiple myeloma)、急性髓細胞樣白血病(acute myeloid leukemia)、再生障礙性貧血(aplastic anemia)等。自身免疫性疾病熱點主題包括骨髓綜合征(bone marrow syndrome)、HSC移植、移植物抗宿主病(graft versus host disease)等。綜上，HSC基礎(chǔ)研究集中在細胞分化增殖、基因表達、HSC移植等主題，而技術(shù)應(yīng)用則集中在HSC制備、治療白血病與骨髓綜合征等疾病方面的主題。其中干細胞培養(yǎng)、HSC移植等主題同時是基礎(chǔ)研究與技術(shù)應(yīng)用的熱點主題。

圖5 HSC專利研究主題分布

3.3 重點藥物與重大疾病

3.3.1 治療領(lǐng)域及適應(yīng)癥分布 Cortellis是生命科學(xué)與制藥領(lǐng)域的權(quán)威情報數(shù)據(jù)庫，除匯集藥物研發(fā)與臨床實驗科學(xué)數(shù)據(jù)外還提供專家標(biāo)引數(shù)據(jù)[6]。其藥物研發(fā)標(biāo)引數(shù)據(jù)包括治療領(lǐng)域(Therapy Area)、適應(yīng)癥(Indication)、靶向作用(Target-based Action)等。本文從臨床視角分析HSC藥物研發(fā)涉及的前10治療領(lǐng)域與適應(yīng)癥，見圖6?？芍狧SC藥物的治療領(lǐng)域非常集中，以免疫(Immune)、血液(Hematologic)與癌癥(Cancer)為主，分別有56、48和28種；而適應(yīng)癥則分布較廣泛，以骨髓移植和HSC移植為主。

3.3.2 干預(yù)藥物及病癥分布 Cortellis臨床實驗標(biāo)引數(shù)據(jù)包括病癥(Disease Condition)、藥物干預(yù)(Drug Intervention)、生物標(biāo)志物(Biomarkers)等。本文分析HSC臨床實驗中涉及的前10干預(yù)藥物與病癥，見圖7?？芍贖SC臨床實驗中干預(yù)藥物使用較廣泛，尤其是抗腫瘤藥物氟達拉濱(fludarabine)，在136次(16.5%)臨床實驗中使用。其他使用次數(shù)較多的藥物還包括能有效刺激粒細胞系造血的非格司亭(filgrastim)與免疫抑制劑他克莫司(tacrolimus)，分別在80次(9.7%)與74次(9.0%)臨床實驗中使用。人鼠嵌合性單克隆抗體藥利妥昔單抗(rituximab)不僅在臨床實驗用藥出現(xiàn)頻次較高，而且還大量出現(xiàn)在腫瘤、造血紊亂疾病與淋巴系統(tǒng)疾病相關(guān)研究中。HSC臨床實驗涉及的病癥非常廣泛，高達324種。其中出現(xiàn)超過10次的病癥有32種，超過20次的有16種。涉及次數(shù)最多的病癥包括急性粒細胞白血病(Acute myelogenous leukemia)134次、多發(fā)性骨髓瘤(Multiple myeloma)90次、骨髓增生異常綜合征(Myelodysplastic syndrome)77次、急性淋巴細胞白血病(Acute lymphoblastic leukemia)72次、HSC移植65次。其中急性血液病和惡性腫瘤是人體HSC異常時的常見病癥，HSC移植則是目前臨床治療這些疾病最為廣泛與成熟的技術(shù)。

圖6 HSC藥物前10治療領(lǐng)域及適應(yīng)癥分布

圖7 HSC臨床實驗前10干預(yù)藥物及病癥分布

3.4 臨床研究與應(yīng)用熱點

綜合HSC研究主題、重點藥物與重大疾病的分析結(jié)果，結(jié)合專家咨詢，從臨床視角來看HSC移植、HSC歸巢、基因治療、免疫治療、HSC制備、白血病、再生障礙性貧血、多發(fā)性骨髓瘤、移植物抗宿主病及骨髓綜合征等主題既是研究熱點，又是應(yīng)用熱點,見圖8。

圖8 臨床視角下HSC研究與應(yīng)用熱點

4 討論

4.1 概述

普賴斯指數(shù)將科技發(fā)展分為萌芽期、發(fā)展期、成熟期與衰退期4個階段[10]。綜上，可認(rèn)為HSC基礎(chǔ)研究已處于成熟期，而其應(yīng)用研究則處于發(fā)展期。邀請專家對圖8所列HSC臨床研究與應(yīng)用熱點進一步解讀，認(rèn)為HSC歸巢、制備及基因治療是研究前沿，具有廣闊的應(yīng)用和發(fā)展前景。

4.2 HSC歸巢

指血液系統(tǒng)中的HSC定向遷移至人體組織或器官微環(huán)境，維持或重塑其細胞命運的生命過程[2]?；跉w巢的HSC移植已在臨床被廣泛應(yīng)用，促進移植后HSC歸巢是決定移植效果的關(guān)鍵因素之一[2,11]。由于HSC歸巢過程的時空跨度大，觀察手段有限，歸巢發(fā)生機制、微環(huán)境結(jié)構(gòu)及如何幫助HSC歸巢等關(guān)鍵科學(xué)問題尚待深入研究[2,11]。2018年我國科學(xué)家利用先進的實時成像技術(shù)建立HSC標(biāo)記系統(tǒng)，對斑馬魚造血組織中的HSC歸巢進行高分辨率分析，生動地呈現(xiàn)HSC從誕生到歸巢的全過程[10,12]。該成果標(biāo)志著我國在HSC歸巢研究方面達到世界先進水平。

4.3 HSC制備

HSC移植是目前治療血液系統(tǒng)等重大疾病最有效的方法，但HSC的來源是制約臨床治療的瓶頸，HSC的體內(nèi)發(fā)育和體外誘導(dǎo)擴增等制備技術(shù)是研究前沿之一[13]。波士頓兒童醫(yī)院的研究人員首次在實驗室利用人多能性干細胞制備出HSC[14]；康奈爾大學(xué)威爾康奈爾醫(yī)學(xué)院的研究人員使用成年小鼠內(nèi)皮細胞作為初始材料，通過改變關(guān)鍵轉(zhuǎn)錄因子的表達水平將其轉(zhuǎn)化成具有小鼠造血干細胞特性的細胞[15]。這些研究利用來自生物體自身的細胞制備HSC，為治療白血病等重大疾病提供新的思路和線索。

4.4 HSC基因治療

由基因治療技術(shù)和HSC移植技術(shù)融合和發(fā)展而來，主要研究內(nèi)容包括富集和純化HSC、體外HSC擴增培養(yǎng)及基因修飾/編輯、自體干細胞移植等[16]。目前HSC基因治療已進入臨床并取得初步成功，如已用于治療維-奧德里奇綜合癥、X-連鎖嚴(yán)重聯(lián)合免疫缺陷和β-地中海貧血等疾病，取得較好的療效[17-18]。隨著CRISPR-Cas9基因編輯技術(shù)的發(fā)展，研究人員開始利用其改造HSC，取得一定成效，但轉(zhuǎn)基因載體的有效性、安全性及靶向準(zhǔn)確性等問題尚未得到有效解決[19]。未來需在這些方面探索創(chuàng)新性解決辦法，為HSC基因治療技術(shù)大規(guī)模應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。

5 結(jié)語

隨著相關(guān)基礎(chǔ)科學(xué)和新技術(shù)的發(fā)展，HSC臨床應(yīng)用會進一步拓展，未來可能會更廣泛應(yīng)用于免疫、細胞和基因治療等領(lǐng)域。本文基于多源數(shù)據(jù)，從臨床視角分析HSC研究與應(yīng)用熱點，其結(jié)果可為臨床決策與科技管理提供借鑒，也可為HSC研究布局提供一定的參考。