诱导多能干细胞临床应用趋势

撰文│康   岚  刘军涛

编辑│陈圆圆  郑天慧

审校│汤红明

作者：康岚  教授

同济大学生命科学与技术学院教授，同济大学附属东方医院特聘研究员，博士研究生导师。主要研究方向为体细胞重编程的机制和应用以及胚胎发育中的表观调控机制。2009年首次证明了iPSC的完全多能性，在国内外引起广泛关注，被美国时代杂志评为2009年世界十大医学突破之一。获得多项国家及省部级科研基金支持，承担国家自然科学基金委优秀青年基金项目。迄今为止，在本领域知名期刊Cell Stem Cell、Cell Research、Stem Cell Report等期刊上发表多篇论文，累计引用600余次。

诱导多能干细胞（induced pluripotent stem cell，iPSC）技术最早由日本科学家Shinya Yamanaka于2006年建立，利用四种转录因子（Oct4、Sox2、Klf4和c-Myc）的过表达将小鼠胚胎成纤维细胞诱导成为类似胚胎干细胞（embryonic stem cell，ESC）的状态，也就是iPSC。这一革命性的发现彻底打破了ESC临床应用中的细胞来源和伦理问题，更是为个体化治疗提供了有力的支持，极大地克服了干细胞治疗中的免疫排斥问题，开辟了再生医学的全新领域。Shinya Yamanaka也因为在重编程领域所做出的突出贡献获得了2012年诺贝尔生理学或医学奖。

1. 基于iPSC的细胞治疗

iPSC与ESC同为多能性干细胞，可以分化成几乎所有种类的细胞，因此其最重要的应用便是细胞治疗。与来源于受精囊胚内细胞团的ESC不同，iPSC可以由成体细胞直接诱导而成，从而规避了破坏胚胎所带来的伦理问题，同时由于iPSC可以由患者自身的细胞诱导获得，因此极大地解决了潜在的免疫排斥问题。现阶段，iPSC的临床试验主要在日本开展。2014年，Masayo Takahashi团队利用病人自身的iPSC分化成视网膜色素上皮细胞治疗黄斑变性。2017年日本批准开展该疾病的异体iPSC的临床试验。随后，日本卫生部为 iPSC的临床试验大开绿灯。2018年5月，批准将iPSC用于心脏衰竭的临床试验，研究者将向患者心脏表层植入一层心肌膜，通过手术，将其直接贴附到重度心脏病患者的心脏上，以起到治疗作用。同年，日本京都大学宣布，该校研究人员开展了利用iPSC治疗帕金森病的临床试验。2019年2月，iPSC治疗脊髓损伤在日本获批。目前，世界各国都在积极开展iPSC的临床前和临床研究。

从现阶段的各项临床研究成果来看，由于基于iPSC的细胞治疗临床试验方兴未艾，治疗手段尚未成熟，各项临床研究虽未获得药到病除的目的，但也取得了一定效果。同时，在有效管控下也没有明显出现使用多能干细胞导致的潜在致癌风险。

2. 基于iPSC的细胞疾病模型构建

不同于细胞治疗临床应用上的各种限制，iPSC在构建疾病模型上的应用则发展更快速。应用基本策略为获得患者的体细胞继而重编程为患者特异性iPSC，再将其诱导分化为疾病相关的细胞类型，从而实现体外疾病模型的构建，对疾病病理研究具有重要意义。受制于物种差异，传统的小鼠模型不能很好地模拟某些人类疾病，甚至无法感染某些疾病，而病人iPSC细胞模型可以更好地解决这个问题，还能建立患者个体特异的疾病模型，更加精准地反映疾病的真实状况，对精准治疗有着重要的指导作用。随着技术的不断发展，传统的2D细胞疾病模型已经逐渐被3D的类器官疾病模型所取代，后者可以更精准的反映人体真实的复杂结构。目前，研究者们已经利用iPS细胞建立了包括脑、肠、肝脏、胰腺、肾及肺等相关的多种类器官疾病模型，对临床个体化精准治疗具有重要意义。

3. 基于iPSC的药物筛选

借由iPSC在疾病模型上得天独厚的优势，iPSC在药物有效化合物的筛选及药物毒性验证上正发挥出重要的作用。在有效化合物的筛选上，由于iPSC所构建的疾病模型能够更精准地反映出疾病相关细胞的状态及表型，提供更加接近临床的药物数据，因而在高通量筛选及药物优化上都发挥着重要的作用。在药物毒性检测上，利用iPSC建立的患者特异性细胞有利于评价药物对不同患者的治疗效果及副作用影响。

具有疾病特异性表型的细胞疾病模型建立后，通常使用三种主要策略：高通量筛选、候选药物方法或患者特异性疗法。在高通量筛选中，在分化的细胞上进行大量化合物测试，根据细胞表型对化合物进行评估和优化。相比之下，候选药物方法或患者特异性疗法都是基于已知疾病机制和有效或潜在的治疗方法对候选药物进行筛选。三种方法发现的药物在临床应用前都需要进行安全性分析。近年来，高通量筛选和候选药物法被联合使用，如Barmada等首先在患病的小鼠神经元上进行了超大型高通量筛选，然后再对从肌萎缩性侧索硬化症患者衍生的iPSC分化出的运动神经元和星形胶质细胞上选择的化合物进行评估，从而获得能够提高病人来源神经元存活率的新型化合物。

4. iPSC细胞库

由于获得高质量的病人特异的iPSC需要大量的时间和费用，因而在iPSC的临床应用方面，可以采取两个策略。第一，建立人群内高HLA配型比例的iPSC或ESC细胞库，用尽量少的细胞系覆盖尽量多的人群。第二，根据临床需求，对个体化iPSC细胞库的分化衍生细胞建立子库。例如，急性损伤患者需要大量组织细胞，很难通过创伤后再从头进行iPSC诱导并进一步分化来及时获得细胞，因此临床上就需要快速高效的分化体系或是提前制备高纯度的、符合临床应用级别的目标细胞库，以备不时之需。目前，日本、欧洲、美国，以及中国都在积极开展高HLA配型的iPSC细胞库项目。

5. 总结与展望

iPSC这一革命性技术的出现为再生医学开辟了全新的道路，各国积极开展基于iPSC的临床试验和疾病模型研究，在过去的10余年里， iPSC与CRISPR-Cas9、类器官等新技术相结合，在研究疾病机制和潜在治疗方面取得了巨大进展。科学家甚至公众都对它报以巨大期望，也期待在不久的将来，iPSC技术能快速推动再生医学的蓬勃发展，为患者带来新生的希望。

（本文来源于《医学参考报》干细胞与再生医学频道2020-03期第2版文章，ID：yxckbsc2020030201），图片来源于网络，如有侵权，请联系删除。）

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