撰文│陈 霖
编辑│李佳潞
审校│汤红明
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干细胞具有自我更新并产生分化细胞的能力,能够分泌多种细胞因子,调节免疫平衡,促进炎症修复,因此在临床上受到越来越多的重视。干细胞治疗也被尝试应用到多种适应证,特别是常规疗法效果不佳的疑难杂症。例如,神经干细胞在帕金森病治疗的临床试验、造血干细胞在缓解移植后免疫排斥症的临床应用、间充质干细胞在缓解炎症和创伤修复上的临床研究、毛囊干细胞在脱发和毛囊再生上的尝试等等。干细胞来源可以是自体来源,比如自体骨髓、自体脂肪和自体外周血;更多的是异体来源,比如脐带、流产胎儿组织;新一代干细胞来源于受精卵发育成胚胎的早期阶段(ESC)及通过诱导成体细胞变成的多能干细胞(iPSC)。
随着基因编辑技术的进展,人们尝试在干细胞上做基因修饰,并且应用到临床研究当中。通过锌指(ZFN)基因敲除技术 ,人们在自体造血干细胞内敲除CCR5 基因,然后回输到HIV患者体内,CCR5- 的造血干细胞分化产生CCR5- 的T淋巴细胞,由于CCR5 缺失,这种T细胞可抵御HIV病毒入侵。此外通过ZFN和CRISPR-Cas9技术 ,人们在自体造血干细胞内转入BCL11A增强子,使得胎儿拥有表达血红蛋白功能,用来治疗遗传性地中海贫血病。这些研究目前处于临床Ⅰ/Ⅱ期。与此同时,AAV、ZFN、TALEN、CRISPR 等基因编辑技术都陆续被应用在iPSC上 ,或者敲除某个基因,或者转入某个基因,力求解决患者因为基因突变造成的蛋白表达缺陷问题。
在干细胞临床研究中,由于干细胞来源不同,在临床使用时或多或少会引起体内免疫系统排斥,使得干细胞在体内存活时间有限,从而限制了临床疗效,并且增加了免疫风险。为了解决这一问题,多年来科学家做了各种尝试,下文一一列举阐述。
干细胞膜蛋白决定了干细胞在人体内被识别是自体还是外来,有几种特殊膜蛋白至关重要:HLA-Ⅰ会被CD8+ 的杀伤性T淋巴细胞识别;HLA-Ⅱ会被CD4+ 的调节性T淋巴细胞识别;KIR和KAR会被NK细胞识别;此外干细胞还通过复杂未知机制被巨噬细胞识别。无论是自体来源的体外培养的干细胞,还是异体来源的干细胞,都会被人体内这几种免疫细胞识别、排斥,甚至清除。
为了使得干细胞(尤其是经过基因修饰的新一代干细胞产品)能够在人体内实现免疫逃逸,人们开展了多种基因编辑试验:在iPSC中利用CRISPR-Cas9技术敲除掉HLA-Ⅰ中的3个主要的亚型HLA-A、HLA-B、HLA-C;在ESC中利用AAV病毒转染技术去掉β2-微球蛋白(β2M,HLA-Ⅰ的固定亚基),从而使得HLA-Ⅰ完全不表达;在iPSC中利用CRISPR-Cas9技术敲除掉CIITA(HLA-Ⅱ的组装激活因子),从而降低HLA-Ⅱ的表达。这些实验目前依然处在从人源化动物模型向临床试验转化的阶段。
实现干细胞免疫逃逸最理想的解决方案是通过基因编辑技术(以CRISPR相关技术为首选) ,在ESC/iPSC中敲除β2M、CIITA 基因,再转导入HLA-E、PDL-1、CD47 基因。β2M-将会导致HLA-Ⅰ不表达,从而不会受到CD8+ 的杀伤性T淋巴细胞攻击;CIITA-将会导致HLA-Ⅱ低表达,从而减缓CD4+ 的调节性T淋巴细胞攻击;HLA-E+ 将会被NK细胞识别为自体来源,从而不会被NK攻击、CD47+ 将会抑制巨噬细胞的攻击、而PDL-1+ 将会抑制所有表达PD-1的淋巴细胞(T/NK)并逃逸淋巴细胞攻击。
任何事情都会存在正反两面,经过基因编辑后的干细胞理论上可完美实现免疫逃逸,从而在人体内长期生存,这就带来了致瘤性风险。因此,合理使用干细胞,定向诱导分化成功性能的终末细胞,既保证干细胞能够实现免疫逃逸,达到药效,又要确保安全性使用 。
相信随着临床试验的合理规划和数据积累,干细胞应用于临床的前景将会一片光明。
陈霖 博士
现任门罗生物研发总监,美国波士顿大学博士,哈佛大学博士后,美国细胞学会(ASCB)会员,美国血液学会(ASH)会员,蛋白质学会(The Protein Society)会员,国际科研学会(SIGMA XI)会员,拥有10年以上生命科学领域研发工作经验。熟悉干细胞研发工艺、免疫细胞的临床研究及溶瘤病毒产品的开发流程。曾受到中国网、央广网、腾讯网等多家媒体采访。
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