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2007年日本山中伸彌和中國俞君英同一時(shí)間發(fā)表成功將人類體細(xì)胞轉(zhuǎn)化為誘導(dǎo)多能干細(xì)胞（iPSC）的成果轟動(dòng)世界。iPSC特性與胚胎干細(xì)胞（ESC）相近——無限擴(kuò)增+三胚層細(xì)胞分化潛能，且iPSC來源于人的體細(xì)胞，取材不受限制，一躍成為各種疾病細(xì)胞治療理想的“種子”來源。
除了細(xì)胞治療外，iPSC在疾病建模、藥物開發(fā)與發(fā)現(xiàn)、個(gè)體化醫(yī)學(xué)、毒理學(xué)測(cè)試等方面也具有極大的應(yīng)用價(jià)值。
01 iPSC重編程方法
目前，iPSC重編程技術(shù)發(fā)展迅速，重編程因子可以通過多種技術(shù)被導(dǎo)入到體細(xì)胞基因中，主要分為兩大類：整合重編程技術(shù)和非整合重編程技術(shù)。
面對(duì)眾多的iPSC重編程方法，選擇哪一種更為合適？
iPSC技術(shù)國際首創(chuàng)人之一俞君英博士曾這樣說過：對(duì)于iPSC細(xì)胞療法要選擇哪種重編程技術(shù)，最主要是看哪種方法能夠獲得高質(zhì)量的iPSC，保證其成藥性。實(shí)際上條條大路通羅馬，能夠獲得高質(zhì)量的iPSC是最重要的。從藥物研發(fā)來講的話，臨床應(yīng)用要考量獲益和風(fēng)險(xiǎn)之間的平衡，選擇iPSC重編程方法，你要評(píng)估每個(gè)方法的優(yōu)缺點(diǎn)，兼顧重編程細(xì)胞的安全性和質(zhì)量穩(wěn)定。
各類重編程技術(shù)各有優(yōu)劣，如病毒載體的重編程技術(shù)可實(shí)現(xiàn)高效重編程，但殘留的病毒存在被重新激活的風(fēng)險(xiǎn)；非病毒介導(dǎo)的整合重編程方法的安全性更高，但iPSC重編程效率相對(duì)較低；對(duì)于化學(xué)小分子重編程，操作簡單、可控性高，但需要重點(diǎn)考察所選擇的小分子是否會(huì)影響細(xì)胞基因組的穩(wěn)定性、導(dǎo)致基因突變。
02 iPSC臨床前試驗(yàn)
2006-2007年首次在小鼠和人類體細(xì)胞上實(shí)現(xiàn)iPSC重編程。隨后發(fā)現(xiàn)大鼠和非人靈長類動(dòng)物體細(xì)胞可以使用相同的轉(zhuǎn)錄因子進(jìn)行重編程，表明在哺乳動(dòng)物中細(xì)胞多能性誘導(dǎo)機(jī)制是一致的。此外，已經(jīng)從狗、兔子、馬、豬、牛、羊等多個(gè)物種中誘導(dǎo)產(chǎn)生了iPSC。
03 iPSC應(yīng)用
iPSC在疾病建模中的應(yīng)用
iPSC具有無限自我再生以及定向分化為人體任何特定細(xì)胞的潛能。iPSC可以從任何人身上獲取體細(xì)胞誘導(dǎo)生成，無論遺傳基因組成如何，通過從復(fù)雜難治性疾病患者身上獲取體細(xì)胞，建立疾病模型有望為疾病機(jī)制研究及藥物開發(fā)提供新途徑。
案例1：一項(xiàng)研究采用無創(chuàng)性方法從多發(fā)性硬化癥（MS）患者的尿液中分離出腎近端小管上皮細(xì)胞 （RPTEC）重編程為iPSC并一步步定向誘導(dǎo)分化為原代神經(jīng)元。分析顯示MS患者iPSC-神經(jīng)元形態(tài)及功能上均表現(xiàn)正常，成熟神經(jīng)元標(biāo)志物檢測(cè)呈陽性。該研究建立了實(shí)用可靠的MS模型有助于進(jìn)一步研究MS機(jī)制及發(fā)現(xiàn)新的治療靶點(diǎn)。
iPSC在藥物篩選中的應(yīng)用
許多藥物在動(dòng)物實(shí)驗(yàn)中結(jié)果良好，人體中卻未能展現(xiàn)出療效或者發(fā)生未預(yù)見的不良反應(yīng)，導(dǎo)致無法上市。如能在藥物開發(fā)早期階段預(yù)測(cè)出對(duì)人體毒性則可以大大降低成本，但困難在于人體樣本的有限性和不穩(wěn)定性。iPSC技術(shù)的出現(xiàn)有望解決這一難題。目前iPSC技術(shù)在藥理學(xué)和毒理學(xué)篩選方面取得了重大進(jìn)步，能生成特定疾病患者的細(xì)胞，提高了藥物治療試驗(yàn)療效和毒性驗(yàn)證的準(zhǔn)確性。為特定疾病生成不同的iPSC-細(xì)胞系有助于檢查不同人群中遺傳和潛在表觀遺傳的差異；有助于在個(gè)體水平上測(cè)試藥物的個(gè)性化治療效果，支持基于患者基因或分子譜的個(gè)性化治療理念；可以大大減少藥物實(shí)驗(yàn)中使用的動(dòng)物數(shù)量，在臨床前試驗(yàn)中及早發(fā)現(xiàn)人體毒性，并降低與臨床試驗(yàn)相關(guān)的風(fēng)險(xiǎn)和費(fèi)用。
雖然iPSC技術(shù)有助于藥物篩選，但iPSC定向分化過程中可能存在iPSC殘留以及未分化完全的前體細(xì)胞，因此在使用 iPSC 衍生細(xì)胞時(shí)，保證其目的細(xì)胞純度至關(guān)重要。
案例1：研究中使用來自阿爾茨海默?。ˋD）患者的iPSC衍生神經(jīng)元進(jìn)行藥物篩選，以篩選能夠減少異常磷酸化Tau蛋白（pTau）積累的化合物。在測(cè)試的1600多種化合物中，發(fā)現(xiàn)有42種能有效降低pTau水平，包括已知的pTau調(diào)節(jié)劑和新發(fā)現(xiàn)的化合物，由于已知膽固醇代謝在AD中的作用，研究的焦點(diǎn)集中在了膽固醇靶向化合物，尤其是他汀類。在AD患者和轉(zhuǎn)基因小鼠模型的大腦中觀察到膽固醇酯（CE）積累，研究表明，通過不同機(jī)制起作用的各種化合物降低CE水平，可以降低家族性阿爾茨海默?。‵AD）、散發(fā)性阿爾茨海默?。⊿AD）和非癡呆對(duì)照（NDC）受試者iPSC-神經(jīng)元中多個(gè)磷酸化位點(diǎn)的pTau水平。
值得注意的是，CE對(duì)淀粉樣蛋白（Ab）和pTau水平影響是不同的，CE獨(dú)立調(diào)控pTau和Ab，表明了這些標(biāo)志性蛋白質(zhì)之間存在更復(fù)雜的關(guān)系，挑戰(zhàn)了在疾病進(jìn)展中將 Ab 與 Tau 相聯(lián)系的單一線性關(guān)系的觀點(diǎn)。
iPSC衍生細(xì)胞療法在疾病治療中的應(yīng)用
iPSC具有無限擴(kuò)增、多向分化潛能、易于基因編輯等多種優(yōu)勢(shì)，可以衍生為各種成體細(xì)胞的潛能使其可以應(yīng)用于多個(gè)疾病領(lǐng)域，有望解決眾多復(fù)雜難治性疾病的臨床需求。
案例1：心臟病
心臟自我修復(fù)能力有限，受傷后常導(dǎo)致心力衰竭，iPSC分化為心肌細(xì)胞是未來潛在的療法。
一項(xiàng)研究將人類iPSC高效誘導(dǎo)分化為心臟前體細(xì)胞，并植入心肌梗死大鼠模型中，結(jié)果發(fā)現(xiàn)與未治療組相比，治療組大鼠在第10周時(shí)心臟功能有所保留，組織學(xué)分析證明心臟組織中存在移植細(xì)胞，這表明細(xì)胞移植及其在保護(hù)損傷后心臟功能方面的潛在可行性。
案例2：糖尿病
iPSC衍生細(xì)胞療法可以為糖尿病及糖尿病創(chuàng)面提供潛在的治療新方法。
一項(xiàng)研究首次比較了從1型糖尿病、2型糖尿病和非糖尿病個(gè)體的iPSC衍生胰島素分泌細(xì)胞（IPC）。結(jié)果發(fā)現(xiàn)來自1型糖尿病、2型糖尿病患者的iPSC-IPC與非糖尿病患者的iPSC-IPC表達(dá)了相似的標(biāo)志物如Pdx-1、MafA、Beta2/NeuroD以及胰島素分泌水平。該研究揭示了使用患者特異性iPSC進(jìn)行1型和2型糖尿病自體移植治療的潛力。
另一項(xiàng)研究探索了iPSC -內(nèi)皮細(xì)胞（EC）在小鼠傷口中的愈合能力。研究發(fā)現(xiàn)iPSC-EC治療加速了傷口愈合，并在最初的愈合階段增加了血管形成。在治療后第一周，內(nèi)皮細(xì)胞標(biāo)志物顯著升高，創(chuàng)面灌注增強(qiáng)，治療第14天，傷口膠原蛋白含量升高，表明傷口愈合較快。然而，治療后大多數(shù)細(xì)胞在48小時(shí)內(nèi)丟失，追蹤顯示iPSC-EC在兩周內(nèi)下降，表明傷口愈合效果可能主要源于其分泌因子。未來需進(jìn)一步研究如何延長iPSC-EC在體內(nèi)的存活時(shí)間及擴(kuò)大治療作用。
04 iPSC臨床試驗(yàn)進(jìn)展
iPSC衍生細(xì)胞療法對(duì)于多種難治性疾病具有治療潛力，吸引了全球眾多公司部署該領(lǐng)域，多款基于iPSC技術(shù)的細(xì)胞治療產(chǎn)品進(jìn)入臨床試驗(yàn)階段，適應(yīng)癥涉及腫瘤、膝骨關(guān)節(jié)炎、帕金森、心力衰竭、移植物抗宿主病等。
進(jìn)入臨床階段的國外企業(yè)有：Cynata、Fate、Heartseed、Century、Aspen
國內(nèi)企業(yè)有：中盛溯源、霍德生物、睿健醫(yī)藥、啟函生物、呈諾醫(yī)學(xué)、艾爾普再生醫(yī)學(xué)
截止到2024年7月31日，ClinicalTrials上登記的iPSC臨床試驗(yàn)已過百項(xiàng)，且總數(shù)已超過ESC臨床試驗(yàn)。
05 iPSC風(fēng)險(xiǎn)和挑戰(zhàn)
iPSC在生物醫(yī)藥領(lǐng)域的潛力是巨大的，但仍面臨著諸多挑戰(zhàn)。iPSC衍生細(xì)胞療法開發(fā)過程非常復(fù)雜的，包括了重編程、建庫、生產(chǎn)、建立質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)、儲(chǔ)存等多個(gè)環(huán)節(jié)，每個(gè)環(huán)節(jié)都要進(jìn)行嚴(yán)格的質(zhì)量控制。
此外，對(duì)于致瘤性、免疫原性等安全性問題一直受到廣泛關(guān)注。針對(duì)致瘤性風(fēng)險(xiǎn)及免疫配型問題來看看行業(yè)大咖是怎么說的。
iPSC技術(shù)國際首創(chuàng)人之一俞君英博士曾說到：不光是iPSC，致瘤性是所有細(xì)胞治療都要面對(duì)的問題，尤其是在細(xì)胞經(jīng)過長期的體外培養(yǎng)后。
但是考慮到iPSC技術(shù)細(xì)胞致瘤性來源，可以通過幾個(gè)方面來進(jìn)行控制。一方面，多能干細(xì)胞的殘留會(huì)引起致瘤風(fēng)險(xiǎn)；同時(shí)在細(xì)胞分化過程中，可能會(huì)存在前體細(xì)胞殘留較多的情況，像神經(jīng)干細(xì)胞，它的擴(kuò)增能力比較強(qiáng)，若過度擴(kuò)增，也可能會(huì)導(dǎo)致腫瘤的形成；另一方面，細(xì)胞培養(yǎng)過程中產(chǎn)生的基因突變也是致瘤的原因之一。
這些可以通過靈敏度較高的檢測(cè)方法來檢測(cè)細(xì)胞產(chǎn)品中多能干細(xì)胞殘留、目標(biāo)細(xì)胞純度、細(xì)胞基因組穩(wěn)定性、以及動(dòng)物體內(nèi)成瘤試驗(yàn)來最大限度的降低風(fēng)險(xiǎn)。比如，iPSC細(xì)胞產(chǎn)品需要通過移植到免疫缺陷型動(dòng)物體內(nèi)長時(shí)間觀察其有沒有成瘤的可能性，這樣可大幅降低成瘤風(fēng)險(xiǎn)。不同細(xì)胞產(chǎn)品的致瘤風(fēng)險(xiǎn)是不一樣的，針對(duì)每一款產(chǎn)品，它的風(fēng)險(xiǎn)都需要仔細(xì)分析。
就免疫配型問題來講，我們可以制備超級(jí)供體iPSC，也可以通過基因編輯制備通用型的多能干細(xì)胞。
到目前為止，多能干細(xì)胞，尤其是iPSC, 是唯一具備解決細(xì)胞質(zhì)量、細(xì)胞數(shù)量和免疫配型問題的技術(shù)平臺(tái)，因此，從成藥性來講，iPSC來源的細(xì)胞治療產(chǎn)品具有非常強(qiáng)的成藥屬性。
06 總結(jié)
iPSC技術(shù)在細(xì)胞療法、疾病建模、藥物篩選等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景，但同樣也面臨諸多挑戰(zhàn)，未來隨著iPSC技術(shù)的不斷成熟以及進(jìn)一步的臨床驗(yàn)證，有望為當(dāng)前眾多無有效治療方法的疾病提供新的治愈希望。
參考文獻(xiàn)：
Int J Surg. 2024 Jul 4. doi: 10.1097/JS9.0000000000001892IF: 12.5 Q1 .