预测风暴:计算机模型能改善干细胞移植吗?
人类的免疫系统是否类似于天气，一个看似随机却动态的系统，可以基于过去的条件来预测未来的状态?VCU梅西癌症中心获奖的骨髓移植(BMT)项目的科学家们相信这是可能的，他们最近发表了几项研究，支持使用下一代DNA测序和数学建模的可能性，不仅可以理解干细胞移植临床结果的可变性，而且还提供了一个理论框架，使移植成为更多没有相关供体的患者的可能性。
尽管努力将患者与基因相似的供体配对，但要预测干细胞是否存在仍然几乎是不可能的移植受者会发展成潜在致命的移植物抗宿主病(GVHD)，在这种情况下，供者的免疫系统攻击接受者的身体。该在线杂志最近发表了两项研究免疫学前沿研究了从9对供体-受体配对(DRPs)的全外显子组测序中获得的数据，发现有可能预测哪些患者发生GVHD的风险最大，因此，在未来可以定制免疫抑制疗法，以可能改善临床结果．这些数据为患者的免疫系统重建提供了证据干细胞移植是一个动力系统的代表，在这个系统中，当前的状态决定了未来的状态。
“免疫系统看起来很混乱，但那是因为涉及的变量太多了，”医学博士Amir Toor说，他是梅西大学发展疗法研究项目的成员，也是VCU医学院血液学、肿瘤学和姑息治疗学部的副教授。“我们已经找到了一种潜在秩序的证据。使用下一代DNA测序技术，可能会解释许多分子变量，最终决定捐赠者的免疫系统移植到患者身上的效果如何。”
Toor的第一项研究揭示了发展移植物抗宿主病的巨大而先前未被测量的潜力，用于匹配drp的传统方法没有考虑到这一点。传统的供体-受体相容性测定方法使用人类白细胞抗原(HLA)检测。HLA是一种编码细胞表面蛋白质的基因，这些蛋白质负责调节免疫系统。HLA检测寻求匹配具有相似HLA组成的drp。
具体来说，Toor和他的同事使用了whole外显子组测序检测移植drp的小组织相容性抗原(mHA)的变化。这些mHA是呈现在HLA分子上的蛋白质片段，HLA分子是细胞表面的受体，细胞内降解的蛋白质片段与之结合，以促进免疫反应。通过先进的计算机分析，研究人员检查了mHA和HLA之间潜在的相互作用，并在HLA匹配的DRPs中发现了高水平的mHA变异，这可能有助于GVHD。这些发现可能有助于解释为什么许多hla匹配的受体会经历GVHD，但为什么一些hla不匹配的受体没有经历GVHD仍然是一个谜。这一看似矛盾的现象在一篇同样发表在该杂志上的配套论文中得到了解释免疫学前沿．在这篇文章中，研究小组提出，在干细胞移植后的最初几周，通过免疫抑制疗法抑制肽的生成，可以减少供体T细胞的抗原呈递，这降低了受体重建其T细胞库时发生GVHD的风险。
在干细胞移植之后，病人开始重建他们的t细胞库。T细胞是免疫系统细胞的一个家族，通过识别并攻击细菌、病毒或癌症等病原体来保持身体健康。T细胞有识别抗原的小受体。当它们遇到外源抗原时，就会产生成千上万的克隆体，这些克隆体随后就会被用来抵御提出抗原的特定病原体。在一个人的一生中，他们会形成数百万个这样的克隆家族，组成他们的t细胞库，保护他们免受环境中存在的许多威胁。
这段病人重建免疫系统的关键时期是研究人员努力的重点。在之前的研究中，Toor和他的同事们在受体t细胞集合的DNA中发现了分形模式。分形是自相似的模式，在每个比例上重复。基于他们的数据，研究人员认为移植后的小组织相容性抗原的呈现有助于形成t细胞克隆家族的发展。因此，通过免疫抑制疗法抑制mHA高变异患者的这种抗原呈递，可以通过影响其t细胞库的发育，潜在地降低移植物抗宿主病的风险。这得到了临床研究数据的支持，这些数据表明，移植后不久免疫抑制会改善不相关drp的预后。
研究人员认为，生长逻辑模型(一种用来解释种群增长的数学公式)等等式可以用来预测t细胞克隆的进化，并确定患者未来发生移植物抗宿主病的风险。
“目前，我们依靠从概率研究中得出的基于人群的结果来确定进行干细胞移植的最佳方式。精确的数学模型的发展可以解释影响移植结果的关键变量，这可能使我们能够使用系统和个性化的方法治疗患者，”Toor说。“我们计划继续探索这一概念，希望我们可以为每个人定制移植过程，以改善结果，让移植成为更多患者的选择。”
