造血干细胞移植之父:爱德华·唐纳尔·托马斯

  科学的进步往往不是来自重大突破,而是来自实验室研究和临床患者治疗过程中的微小但很的一点点进展,正是这些小进展在逐渐改善着人们的生活水平和身体健康。

  随着医学知识的普及,当前造血干细胞移植已成为一种被普遍接受的治疗白血病及其他恶性血液肿瘤的方法。很多人都知道,如果人的骨髓出现问题,失去造血功能,就可能不得不接受骨髓移植手术。不过上世纪50年代,这一医学手段却因巨大的风险和不确定性不那么为人所接受。关于造血干细胞移植,爱德华·唐纳尔·托马斯(EdwardDonnallThomas)是我们不能不提到的一个人物。他关于白血病的研究,被认为是癌症治疗领域最伟大的成就之一。由于他发现并首次完成的骨髓移植及造血干细胞移植,给白血病患者带来了希望,托马斯获得了1990年度的诺贝尔生理学或医学。

  1920年3月15日,托马斯出生于美国德克萨斯州Mart小镇。在中学时,托马斯学习成绩并不优异,在高中全班仅有的15名学生中,他只能排在中等甚至偏下。1937年,托马斯考入位于Austin的TexasUniversity,主修化学和化学工程,此时的成绩仍非常一般,第一学期仅得B级。在大学时,他遇到了他的妻子——多萝西·马丁(DorothyMartin),他们认识不久后就相恋并于1942年结婚。为了支持托马斯工作,婚后多萝西放弃了新闻方面的工作,转而进入医学院接受实验技术人员的培训。从此以后,两人开始在实验室和办公室一起工作,多萝西也成为托马斯的重要合作者和造血干细胞移植的坚定支持者。

  获得硕士学位后,托马斯于1942年进入哈佛医学院学习,在这里他对贫血和白血病产生了浓厚兴趣。托马斯观察到一位患有急性淋巴细胞白血病(acutelymphoblasticleukemia,ALL)的幼儿服用抗叶酸药物后症状缓解,但治疗过程中的痛苦促使托马斯决定探索白血病治疗的新方法和研究骨髓发育相关因子。1946年,托马斯获得医学博士(DoctorofMedicine,M.D.)学位。毕业后,托马斯首先进入的PeterBentBrighamHospital实习,重点研究血液病。1955年夏,在JosephFerrebee的邀请下,托马斯来到哥伦比亚大学附属MaryImogeneBassettHospital担任主治医师。从此,托马斯开始了关于造血干细胞的研究。

  在托马斯工作的MaryImogeneBassettHospital的病房中住着大量晚期白血病患者,他们已经没有有效的治疗方案,这激发了托马斯开始尝试新的途径。他认为根据小鼠方面的研究结果,如果先对病人进行剂量的照射从而白血病细胞和正常骨髓,随后通过骨髓移植重建患者的健康骨髓,或许可以达到治疗疾病的目的。1956年底,托马斯对一对同卵双胞胎进行了第一次骨髓移植以治疗其中一名晚期白血病患者,随后又对5名患者进行了相同的治疗。6位病人都首先进行辐射和化疗,然后再使用来自同卵双胞胎的骨髓进行静脉注射,尽管注射后的6位病人都没有出现严重副作用,但遗憾的是仅有一位病人最终检测到供体移植的骨髓,而且没有一位病人期超过100天。1957年,托马斯在NewEnglandJournalofMedicine上发表了关于人造血干细胞移植的第一篇论文,从而了造血干细胞移植的先河。1959年,托马斯小组又对两名晚期白血病患者进行了同卵双胞胎之间骨髓移植,两名患者迅速恢复造血功能,同时白血病消失。尽管他们的白血病在6个月后复发,但这次进步使托马斯确信骨髓移植对病人的性辐射具有作用,而且对晚期白血病缓解具有一定疗效。

  20世纪60年代初,骨髓移植被看作一种无奈之举,是白血病治疗到最后的一种方案。一方面病人需移植造成的严重并发症,另一方面率也无人满意。但托马斯对造血干细胞移植充满了极大信心,托马斯在研究中发现狗的骨髓移植中出现与临床病人类似的三个问题,即感染、排异和移植物对抗宿主病(graft-versus-hostdisease,GVHD)。排异是指骨髓接受者对植入骨髓的使移植失效,而GVHD是指输入的造血干细胞本身携带的免疫细胞对骨髓接受者体内器官和组织的,最终导致患者器官衰竭而死。对小鼠的研究表明,甲氨蝶呤(methotrexate,MTX)可有效缓解移植过程中出现的GVHD,而托马斯进一步用狗的实验表明MTX在减少傲雪干细胞移植过程中GVHD的发生中有显著效果。

  1963年,托马斯来到西雅图。当时,医学院成立不久,托马斯在西雅图公共卫生医院组建了一个小的研究小组,重点目标在于解决移植过程中的免疫和GVHD问题。20世纪60年代,在法国科学家多赛发现人类白细胞抗原(humanleucocyteantigen,HLA)的基础上,托马斯研究小组对组织匹配成功的狗之间进行造血干细胞移植,结果大部分接受造血干细胞移植的狗可长期,这些极大地增加了托马斯的信心。

  20世纪70年代,托马斯小组开始了全面造血干细胞移植的临床应用,但在实际工作中遇到一系列难题。如患者高剂量辐射只能在一家距离较远的原军事设施地下掩体中进行,而且辐射完毕后患者还需要用救护车迅速转移到医院无菌病房。为了达到最优治疗效果,托马斯制定了严格的造血干细胞移植程序:白血病患者首先接受大剂量辐射治疗以同时达到癌细胞和削弱免疫系统的目的,从而使机体减少对移植物的;随后患者获得组织匹配的骨髓注入;接下来继续使用MTX、6-巯基嘌呤(6-mercaptopurine)和硫唑嘌呤(azathioprine)等药物免疫系统。当病人出现GVHD时,托马斯就将人淋巴细胞接种到马体内以制备抗单核细胞抗体进行治疗。尽管早期大部分骨髓移植后病人死于白血病的进一步恶化或移植并发症,但可喜的是仍有一部分病人完全缓解。到1975年时统计治愈率仅12%,但随着临床经验的积累和操作程序的完善,骨髓移植对白血病的治疗效果也在逐步提升,甚至还有白血病患者完全痊愈,20世纪70年代末成功率已提升至50%。

  随着大量白血病患者骨髓移植手术的成功,由内科医生和组成的托马斯小组形成了一个稳定且集中的团体,但不久后他们就面临一个更大的难题。1972年,由于的财政原因,医院面临关闭的,为此托马斯将实验室搬到FredHutchinsonCancerResearchCenter,托马斯担任医学肿瘤学研究部第一任主任,后担任临床研究部主任。在这里,托马斯开展了更大范围的造血干细胞移植的临床实验。20世纪70年代早期,骨髓移植主要在兄弟姐妹间进行,由于同代之间HLA配型成功几率只有1/4这种供体和受体之间的狭窄选择大大阻碍了骨髓移植的实施。20世纪70年代后期,随着对HLA理解的深入和抗原鉴定技术的改善,托马斯开始考虑在非血缘关系间进行造血干细胞移植。此时一位晚期白血病患者,由于未找到合适的HLA配型亲属而迟迟无法进行造血干细胞移植,巧合的是,托马斯研究所一位技术员恰好和该名患者的HLA配型相同并自愿捐献骨髓。随后移植被成功实施,尽管该患者在移植后2年复发,但至少证明非亲属间骨髓移植的可行性。这次成功也促使托马斯开始考虑建立全国骨髓捐献库的可行性,通过储备大量正常个体的骨髓以有利于筛选到与患者HLA配型相同的骨髓。随后,美国国家骨髓捐献计划确立,该计划已收集到大约1000万份的组织性供体骨髓。

  1990年,托马斯和肾脏移植之父默里被共同授予诺贝尔生理学或医学,以表彰他们“在用于治疗人类疾病的器官和细胞移植方法的发现”。托马斯从没想过会获得诺贝尔,因为他认为该主要授予那些基础科学研究的科学家,而很少给予做临床研究的医生。诺贝尔委员会对他们发现的评价为“对于成千上万重症病人具有关键性意义,当其他治疗方法无效时,可将疾病治愈或显著延长患者生命同时过正生活”。随着造血干细胞移植技术的完善和标准化,该方法已逐渐成为白血病和其他血液系统肿瘤的疗法。

  2002年托马斯从FredHutchinsonCancerResearchCenter退休,2012年10月20日托马斯由于心脏病在美国州的西雅图去世,享年92岁。FredHutchinsonCancerResearchCenter研究中心主任LarryCorey说:“对世界而言,托马斯将作为造血干细胞移植之父被永远铭记;对中心同事而言,托马斯则是他们永远的挚友、同事、导师和。”2015年1月9日,托马斯的夫人兼一生的挚友与伙伴多萝西·托马斯安详地在家中去世,享年92岁。

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