EN
人類誘導(dǎo)多能干細(xì)胞 (hiPSC) 源自重編程的成人體細(xì)胞，在疾病建模、個性化醫(yī)療、藥物研發(fā)和再生療法方面具有重大前景。
人類誘導(dǎo)性多能干細(xì)胞 (hiPSC) 是由成人體細(xì)胞（例如皮膚成纖維細(xì)胞或血細(xì)胞）通過基因重編程到胚胎狀態(tài)而產(chǎn)生的。當(dāng)編碼特定轉(zhuǎn)錄因子的基因被引入成體細(xì)胞時，它們會獲得干細(xì)胞狀態(tài)的關(guān)鍵特征，即分化成幾乎所有細(xì)胞類型和自我更新的能力。hiPSC 于 2007 年在日本首次報道，當(dāng)時山中伸彌教授重編程了小鼠成纖維細(xì)胞，隨后又重編程了人類成纖維細(xì)胞。由于 hiPSC 具有多能干細(xì)胞狀態(tài)，因此可以為研究和治療應(yīng)用提供無限量的各種患者特異性細(xì)胞。
hiPSC 在再生醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的細(xì)胞療法中前景廣闊，可為目前尚無可行治療方法的多種疾病提供治愈或有效治療。重要的是，hiPSC 可提供幾乎無限的干細(xì)胞供應(yīng)，因為它們能夠分化成任何類型的細(xì)胞，并且具有無限增殖的潛力。
hiPSC 的發(fā)現(xiàn)克服了與人類胚胎干細(xì)胞 (hESC) 相關(guān)的倫理問題，hESC 可從 5 至 7 天大的囊胚的內(nèi)細(xì)胞團(tuán)中提取，其生產(chǎn)需要破壞人類胚胎。hESC 被認(rèn)為是多能干細(xì)胞的黃金標(biāo)準(zhǔn)，但由于人們有不同的科學(xué)、宗教和道德信仰，其研究與許多公共和政治爭議有關(guān)；此外，這些早期胚胎的使用在支持生命運動的人士和反對干細(xì)胞研究的人士中引起了很多爭論和爭議。
在干細(xì)胞研究領(lǐng)域，21 世紀(jì)初，從胎兒和成人來源（如羊水和臍帶血）分離的人類多能干細(xì)胞被提議用于研究和臨床應(yīng)用，因為它們不會引起任何特殊的倫理問題。然而，這些細(xì)胞是否可以無限擴增，最重要的是，它們是否具有多能性，即是否有潛力分化為三個胚層中的任何一個，仍然存在爭議。
hiPSC 結(jié)合了 hESC 和成體干細(xì)胞的最佳特性，避免了大多數(shù)倫理爭議，因為無需使用胚胎或卵母細(xì)胞來生成 hiPSC。值得注意的是，它們提供了幾乎無限的干細(xì)胞或免疫細(xì)胞來源，因為它們可以無限繁殖，并且具有分化成任何細(xì)胞類型的內(nèi)在潛力。出于這些原因，hiPSC 在疾病建模、個性化治療、藥物發(fā)現(xiàn)和再生醫(yī)學(xué)方面具有巨大潛力。
如今，hiPSC 可從多種細(xì)胞來源獲得，包括臍帶血、外周血等。重編程技術(shù)的重大進(jìn)步，例如仙臺病毒介導(dǎo)的重編程和蛋白、化學(xué)等非病毒方法，提高了 hiPSC 生成的效率和安全性。這些方法促進(jìn)了體細(xì)胞向多能狀態(tài)的轉(zhuǎn)化，從而拓展了其在再生醫(yī)學(xué)和個性化治療中的多種應(yīng)用潛力。
使用患者來源的 hiPSC 可以提供大量與疾病相關(guān)的細(xì)胞，甚至包括難以接近的細(xì)胞，例如神經(jīng)元和心肌細(xì)胞，用于疾病建模，以研究人類疾病的病因和制定治療策略。
此外，由于 hiPSC 可以從患者本身獲得，基因組編輯技術(shù)的快速發(fā)展可能允許糾正患者來源的 hiPSC 中致病基因突變或?qū)⑻囟ㄍ蛔円雭碜越】倒w的細(xì)胞中。
hiPSC助力藥物研發(fā)更有效、更安全
關(guān)于 hiPSC 在藥物研發(fā)中的應(yīng)用，值得一提的是，鑒定一種成功的治療藥物需要大量的測試，而藥物研發(fā)的失敗率甚至超過 90%，因此是一個漫長、高風(fēng)險且昂貴的過程。因此，hiPSC 培養(yǎng)的可擴展性及其無限復(fù)制而不經(jīng)歷復(fù)制性衰老的能力使疾病表型能夠在培養(yǎng)規(guī)模上一致地重現(xiàn)，以滿足藥物篩選的需求。
自 1938 年以來，動物試驗一直是監(jiān)管要求，目的是在藥物進(jìn)入臨床試驗之前確定其安全性和有效性。盡管動物模型揭示了許多疾病機制，但動物和人類之間的生理和遺傳差異常常導(dǎo)致臨床試驗失敗，并帶來嚴(yán)重后果。2007 年至 2010 年間，66% 的 III 期失敗是由于缺乏療效，21% 是由于藥物毒性，這凸顯了改進(jìn)臨床前評估和臨床候選藥物預(yù)測數(shù)據(jù)的必要性。
然而，最近的數(shù)據(jù)顯示，預(yù)測準(zhǔn)確性方面的這種差距仍然存在。對 221 項動物實驗的審查發(fā)現(xiàn)，只有 50% 的結(jié)果與后來的人體研究一致，動物試驗仍然無法預(yù)測 I 期試驗和上市后早期撤回期間近一半藥物的毒性。
圖：hiPSC) 衍生的細(xì)胞模型
圖：使用 hiPSC 衍生細(xì)胞進(jìn)行疾病建模
FDA 現(xiàn)代化法案 2.0 4已于 2022 年 12 月由參議院和眾議院通過，授權(quán)使用替代測試平臺，并取消某些藥物進(jìn)入臨床試驗前進(jìn)行動物測試的要求。目標(biāo)是提高臨床前安全性和有效性評估的預(yù)測性，并減少藥物發(fā)現(xiàn)和開發(fā)計劃中對動物的使用。
新法規(guī)為制藥公司和研究人員探索藥物研發(fā)的創(chuàng)新方法提供了重大機遇。它將加速創(chuàng)新，并更快地將更安全、更有效的藥物推向市場。
FDA 現(xiàn)代化法案 2.0 的一項關(guān)鍵規(guī)定是鼓勵使用與人類相關(guān)的體外模型，例如人類誘導(dǎo)性多能干細(xì)胞 (hiPSC)，這些模型可以更好地代表人類生理學(xué)和疾病表型。hiPSC已成為臨床前藥物開發(fā)中動物試驗的有力替代品，因為它們保留了遺傳背景并可以模擬特定的疾病表型。
hiPSC 技術(shù)已經(jīng)促進(jìn)了更高效的藥物開發(fā)，并已用于 35 多個神經(jīng)退行性疾病臨床試驗。在臨床前靶點識別和評估中使用人體生物學(xué)可提高臨床前藥物開發(fā)的準(zhǔn)確性和速度，減少動物試驗次數(shù)，并增加臨床試驗成功的機會。
hiPSC細(xì)胞療法：從糖尿病到癌癥治療
在再生醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，hiPSC 有望用于治療多種目前尚無治愈方法或有效療法的疾病。將 hiPSC 用于細(xì)胞治療的基本模式是首先將它們分化為所需的目標(biāo)細(xì)胞類型，然后將產(chǎn)生的專門的組織特異性細(xì)胞移植到患者體內(nèi)。
細(xì)胞療法最近成為一種有前途的方法，可以修復(fù)或替換受損組織以及設(shè)計對癌癥等疾病的免疫反應(yīng)。
雖然可以從患者體內(nèi)分離出原代細(xì)胞，例如 T 細(xì)胞、自然殺傷 (NK) 細(xì)胞和間充質(zhì)干細(xì)胞，然后用作自體細(xì)胞療法，但其他類型的細(xì)胞，如神經(jīng)元，不能用于移植。此外，原代細(xì)胞的質(zhì)量可能因疾病或種系突變而受損，并表現(xiàn)出不必要的異質(zhì)性。由于 iPSC 可以通過基因工程改造、克隆擴增并分化為大多數(shù)人體細(xì)胞類型，因此 iPSC 技術(shù)可用于克服這些限制。
基于 hiPSC 的細(xì)胞療法可分為兩類——自體和同種異體。在自體細(xì)胞療法中， hiPSC來自接受細(xì)胞移植的同一患者。自體細(xì)胞療法旨在防止接受者對移植產(chǎn)生免疫排斥，因為免疫系統(tǒng)將移植的細(xì)胞識別為“自身”組織。首先從將接受自體細(xì)胞療法的患者身上采集組織活檢，然后將分離的體細(xì)胞重新編程為hiPSC。然后可以對這些hiPSC 進(jìn)行基因改造，以糾正不良突變或引入新的基因表達(dá)。
在同種異體細(xì)胞療法中，來自通用供體的 iPSC 用于移植，從而避免了從每個接受細(xì)胞移植的患者身上生產(chǎn) iPSC 的漫長而昂貴的過程。所需細(xì)胞可以提前分化、表征和儲存，以便細(xì)胞產(chǎn)品可按需提供或“現(xiàn)成”供應(yīng)，而無需內(nèi)部生產(chǎn)。
（1）hiPSC衍生的胰島功能性治愈 1 型糖尿病患者
近期來自北京大學(xué)鄧宏魁教授的研究小組在《細(xì)胞》雜志上發(fā)表了他們的研究成果，他們從患者體內(nèi)提取細(xì)胞，利化學(xué)的方法生成hiPSC，并使其生長為胰島，然后將其注射回患者的腹部。
圖：胰腺中的胰島細(xì)胞
在大約持續(xù) 30 分鐘的手術(shù)中，研究人員將他們培育的 150 萬個胰島注射到第一位患者（一位 25 歲的女性）的腹部。將它們放入腹部便于監(jiān)測并在必要時取出。兩個半月后，測試顯示患者自身產(chǎn)生的胰島素足以停止注射。
一年后，她仍在自行產(chǎn)生胰島素。研究小組指出，由于之前接受過肝移植，該患者已開始接受免疫抑制藥物治療；因此，目前尚不清楚她的免疫系統(tǒng)是否會復(fù)制最初導(dǎo)致她患上 1 型糖尿病的攻擊類型。目前該團(tuán)隊正在開展2型糖尿病的臨床研究。
（2）hiPSC衍生的免疫細(xì)胞用于治療癌癥
宮頸癌是全球女性最常見的惡性腫瘤之一。不幸的是，這種預(yù)防措施對已確診的癌癥無效，一旦癌癥轉(zhuǎn)移或復(fù)發(fā)，通常無法治愈。
幸運的是，科學(xué)家在開發(fā)一種有前景的宮頸癌治療策略方面取得了重大進(jìn)展：再生細(xì)胞毒性 T 淋巴細(xì)胞 (rejTs)。這些淋巴細(xì)胞可以經(jīng)過改造，以針對主要在宮頸癌細(xì)胞中表達(dá)的 HPV 特異性抗原，從而構(gòu)成一種靶向免疫療法。理想情況下，rejTs 應(yīng)由從患者自身采集的誘導(dǎo)多能干細(xì)胞(hiPSC)產(chǎn)生。
在此背景下，日本順天堂大學(xué)醫(yī)學(xué)院首席教授安藤美紀(jì)、研究生古川芳樹和助理教授石井綠的研究團(tuán)隊最近取得了突破，開發(fā)出用于治療宮頸癌的強大的 iPSC 衍生 rejT。他們的研究成果于 2023 年 12 月 12 日在Cell Reports Medicine上在線發(fā)表。
Fate Therapeutics, Inc.（納斯達(dá)克股票代碼：FATE）是一家臨床階段生物制藥公司，致力于為癌癥和自身免疫性疾病患者提供一流的誘導(dǎo)多能干細(xì)胞 (iPSC) 衍生的細(xì)胞免疫療法。2024 年 5月該公司公布了針對 CD19 的 iPSC 衍生 CAR-NK 細(xì)胞候選產(chǎn)品臨床前數(shù)據(jù)，F(xiàn)T522用于治療復(fù)發(fā)或難治性 B 細(xì)胞淋巴瘤，包括非霍奇金淋巴瘤、濾泡性淋巴瘤等。
另外，hiPSC 衍生免疫細(xì)胞的新進(jìn)展產(chǎn)生了強大的 iNK 和 iT 細(xì)胞，它們在動物模型和臨床試驗中表現(xiàn)出對癌細(xì)胞的強大殺傷力。
建立hiPSC資源庫，惠及更多大眾
原則上，hiPSC 可以直接從需要治療的個體患者身上提?。贿@一程序的優(yōu)勢在于確保相同的免疫狀態(tài)，并將移植排斥的風(fēng)險降至最低。
然而，為個體患者生產(chǎn)自體臨床級細(xì)胞將帶來巨大的時間成本和科學(xué)困難，大規(guī)模應(yīng)用可能會在經(jīng)濟(jì)上受到限制。個性化 hiPSC 療法的替代方法是創(chuàng)建一個臨床級 hiPSC 資源庫，這些系可以擴增和分化，供大量患者使用 。
理想情況下，這樣的hiPSC資源庫將由從健康的 O 型血志愿捐獻(xiàn)者身上獲得的 hiPSC 組成，這些捐獻(xiàn)者的選擇是為了最大限度地提高人類白細(xì)胞抗原匹配的機會，從而最大限度地降低同種異體移植排斥的風(fēng)險。
假設(shè)單個多能干細(xì)胞系可以為大量潛在接受者提供細(xì)胞或組織，日本、英國等一些研究已經(jīng)開展，以計算需要多少 hiPSC 捐贈者才能覆蓋不同國家的足夠人口；因此，來自單個捐贈者的細(xì)胞可以永遠(yuǎn)凍存，并可被每個人用于不同的細(xì)胞醫(yī)療。例如，在日本，建立了一個由 7 名供體提供的 27 個 iPSC 系組成的單倍體庫，可匹配約 40% 的日本人口。
2024年 10 月29日，專門從事人類誘導(dǎo)多能干細(xì)胞 (hiPSC) 和hiPSC 衍生細(xì)胞療法公司I Peace, inc. 宣布已成功生成 HLA A、C 和 DPA1 純合的 hiPS 細(xì)胞系。兩種克隆系可供細(xì)胞療法開發(fā)商和制藥公司作為 GMP 和研究級的現(xiàn)成產(chǎn)品使用。該細(xì)胞系為 HLA A、C 和 DPA1 純合子。美國有超過 1 億人（35.91%）擁有這種 HLA A 單倍型。
總之，hiPSC 的發(fā)現(xiàn)對細(xì)胞和基因治療領(lǐng)域產(chǎn)生了深遠(yuǎn)的影響，從糖尿病到癌癥治療，hiPSC成為再生醫(yī)學(xué)中細(xì)胞治療的寶貴細(xì)胞來源。