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近年來，干細(xì)胞療法成為生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)，并且供體干細(xì)胞在多個(gè)研究和臨床治療中已經(jīng)使用了數(shù)十年。當(dāng)前的細(xì)胞移植包括多種類型的干細(xì)胞，如外胚間充質(zhì)干細(xì)胞、造血干細(xì)胞，以及如囊泡和細(xì)胞外囊泡等干細(xì)胞衍生物。隨著細(xì)胞工程技術(shù)的進(jìn)步，干細(xì)胞療法的應(yīng)用進(jìn)入了一個(gè)全新的階段，顯著擴(kuò)展了其治療潛能。
誘導(dǎo)性多能干細(xì)胞（iPSCs）是現(xiàn)代生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的重要突破，開辟了生物學(xué)、病理生理學(xué)和細(xì)胞再生醫(yī)學(xué)等學(xué)科的新天地。iPSCs衍生的細(xì)胞如今成為細(xì)胞療法研究的新興方向，而從iPSCs分化出的誘導(dǎo)性間充質(zhì)干細(xì)胞（iMSCs）則代表了間充質(zhì)干細(xì)胞（MSCs）研究中的前沿。
實(shí)驗(yàn)證據(jù)表明，iMSCs相比天然MSCs具有更強(qiáng)的增殖能力，并且減少了與年齡相關(guān)的變化和異質(zhì)性。大量的臨床試驗(yàn)進(jìn)一步表明，iMSCs在細(xì)胞治療中可能具有更為優(yōu)越的應(yīng)用前景。本文匯總了iMSCs的基礎(chǔ)研究與臨床試驗(yàn)，旨在為未來的研究提供參考和借鑒。
引言
間充質(zhì)干細(xì)胞（MSCs）具有向多種中胚層細(xì)胞類型分化的能力，如脂肪細(xì)胞、軟骨細(xì)胞、骨細(xì)胞和肌細(xì)胞。它們的定義依賴于特定表面標(biāo)志物的表達(dá)，如CD73、CD90和CD105，并且不表達(dá)CD45、CD34、CD14或CD11b、CD79或CD19及HLA-DR。隨著研究的進(jìn)展，科學(xué)家們對(duì)MSCs定義的爭(zhēng)議也逐漸增多，尤其是隨著對(duì)不同組織來源MSCs異質(zhì)性認(rèn)識(shí)的加深。
研究已經(jīng)確認(rèn)了許多組織中的MSCs，例如臍帶、骨髓、脂肪組織、滑膜及牙髓。不同來源的MSCs在表面標(biāo)志物上有所差異，它們的分化潛力也有細(xì)微的差別，具體表現(xiàn)為向脂肪細(xì)胞、軟骨細(xì)胞及骨細(xì)胞分化的不同能力。盡管許多文獻(xiàn)已經(jīng)廣泛探討了這些特性，但本文不再重復(fù)相關(guān)內(nèi)容。研究MSCs異質(zhì)性的重要性在于，它們是當(dāng)前細(xì)胞治療的主要來源，盡管在眾多臨床前研究及試驗(yàn)中表現(xiàn)出積極的治療效果，但其異質(zhì)性也與臨床試驗(yàn)結(jié)果的變異性密切相關(guān)。
單細(xì)胞RNA測(cè)序（scRNA-seq）等技術(shù)的進(jìn)步，使研究人員能夠深入分析來自不同個(gè)體和組織的MSCs差異。例如，Wang等人通過分析發(fā)現(xiàn)了七個(gè)組織特異性亞群，具有不同的基因表達(dá)譜，并確認(rèn)了五種保守的MSCs亞型。臍帶來源的MSCs（UC-MSCs）在免疫抑制能力上表現(xiàn)出優(yōu)勢(shì)。Xie等人通過scRNA-seq識(shí)別出骨髓MSCs中的一些亞群，包括CD26+骨生成亞型、CMKLR1+功能亞型及增殖亞型。Zhang等人則通過scRNA-seq技術(shù)研究了新鮮分離、未經(jīng)培養(yǎng)的臍帶來源MSCs，結(jié)果顯示在體外培養(yǎng)后，MSCs分化為具有免疫調(diào)節(jié)、骨生成及軟骨生成潛能的亞群。
iPSCs的突破及其在MSCs研究中的應(yīng)用
誘導(dǎo)性多能干細(xì)胞（iPSCs）通過重編程分化的體細(xì)胞產(chǎn)生，通常通過引入特定轉(zhuǎn)錄因子來實(shí)現(xiàn)。這一過程使得分化的細(xì)胞恢復(fù)多能性，能夠形成類似胚胎干細(xì)胞的細(xì)胞系。目前，生產(chǎn)iPSCs的技術(shù)已經(jīng)高度成熟，并在誘導(dǎo)和分化方法的優(yōu)化上取得了重大突破。這一技術(shù)進(jìn)步使得iPSCs的分化研究取得了顯著成果，包括向間充質(zhì)干細(xì)胞（MSCs）的分化。
與組織來源的MSCs相比，iMSCs展現(xiàn)出諸多優(yōu)勢(shì)。首先，組織來源的MSCs存在更為明顯的復(fù)制性衰老現(xiàn)象，而iMSCs則異質(zhì)性更低。其次，iMSCs可以從供體或患者細(xì)胞中生成，成為個(gè)性化細(xì)胞療法的重要來源。此外，無論供體年齡或細(xì)胞來源如何，iMSCs均表現(xiàn)出年輕化的遺傳特性。因此，iMSCs作為未來細(xì)胞療法的關(guān)鍵細(xì)胞來源，在現(xiàn)代研究中占據(jù)重要位置。
iMSC 與組織來源 MSC 的比較
iMSCs的誘導(dǎo)方法
在過去十年中，誘導(dǎo)iPSCs向MSCs分化的方法取得了顯著進(jìn)展?，F(xiàn)有的多種技術(shù)均能夠促使iPSCs分化為iMSCs，但不同方法下產(chǎn)生的iMSCs可能存在差異，這些差異在其臨床應(yīng)用轉(zhuǎn)化中至關(guān)重要。例如，Lian等人通過使用專門設(shè)計(jì)的誘導(dǎo)培養(yǎng)基代替iPSCs的培養(yǎng)基，成功誘導(dǎo)了MSCs分化。該培養(yǎng)基由標(biāo)準(zhǔn)的DMEM和FBS組成，輔以10 ng/mL的堿性成纖維細(xì)胞生長(zhǎng)因子（bFGF）、血小板源性生長(zhǎng)因子AB（PDGF-AB）和表皮生長(zhǎng)因子（EGF）。經(jīng)過10天的誘導(dǎo)，成功生成了iMSCs。Tran等人在基礎(chǔ)培養(yǎng)基中加入5 ng/mL Activin A、2 μM BIO和20 ng/mL BMP進(jìn)行3天的誘導(dǎo)，然后用10 ng/mL的bFGF和EGF繼續(xù)培養(yǎng)10天，完成了iMSCs的生成。
這些誘導(dǎo)方法在識(shí)別MSCs的標(biāo)準(zhǔn)上基本一致，且強(qiáng)調(diào)了bFGF在誘導(dǎo)過程中的重要作用。bFGF是一種促進(jìn)中胚層細(xì)胞分裂和血管生成的多肽，能夠顯著提升iMSCs的生成效率。不同誘導(dǎo)方法生成的iMSCs是否在表型上存在差異尚待進(jìn)一步研究。在誘導(dǎo)過程中，還需綜合考慮成本和效率問題，同時(shí)，市售成品試劑盒也提供了經(jīng)濟(jì)高效的選擇。
iMSCs與組織來源MSCs的比較
在iMSCs的誘導(dǎo)研究中，科學(xué)家們一直在思考一個(gè)問題：與直接從生物體中提取的MSCs相比，iMSCs是否具備特定的優(yōu)勢(shì)？研究結(jié)果表明，iMSCs與MSCs在增殖能力、基因表達(dá)及功能上存在多種差異。研究者們普遍發(fā)現(xiàn)iMSCs的脂肪分化能力較強(qiáng)，而組織來源的MSCs則在免疫調(diào)節(jié)功能上表現(xiàn)突出。在免疫相關(guān)功能方面，iMSCs表現(xiàn)出更強(qiáng)的免疫抑制能力，與UC-MSCs相比，iMSCs的抗炎因子表達(dá)更高，這使得它們?cè)谥委熋庖呦嚓P(guān)疾病中表現(xiàn)更具潛力。
iMSCs在細(xì)胞治療中的潛力
iMSCs展現(xiàn)出了在多種疾病治療中的巨大潛力，特別是在與缺血和炎癥相關(guān)的病癥中，如心肌梗死、下肢缺血、炎癥性腸?。↖BD）和急性肺損傷等。在這些疾病模型的研究中，iMSCs的主要功能是調(diào)節(jié)免疫反應(yīng)和促進(jìn)組織修復(fù)，類似于傳統(tǒng)MSCs在體內(nèi)發(fā)揮的作用。然而，iMSCs的具體功能可能根據(jù)不同的病理環(huán)境而有所不同。例如，Hynes等人的研究發(fā)現(xiàn)，iMSCs在大鼠牙周炎模型中顯著促進(jìn)了新生礦化組織的形成，有助于牙周組織的再生。類似的，Lian等人則發(fā)現(xiàn)iMSCs在小鼠的肢體缺血中具有良好的修復(fù)效果。在IBD的小鼠模型中，iMSCs通過分泌TSG-6促進(jìn)了腸道黏膜的愈合，顯著提升了小鼠腸道組織的再生能力。
iMSCs在細(xì)胞治療研究中的應(yīng)用
除此之外，iMSCs在保護(hù)視網(wǎng)膜神經(jīng)節(jié)細(xì)胞（RGC）方面也展現(xiàn)出潛力。研究發(fā)現(xiàn)，iMSCs能夠通過線粒體轉(zhuǎn)移，幫助維持RGC的生存，并在患有視網(wǎng)膜病變的小鼠中恢復(fù)其視網(wǎng)膜功能。在哮喘炎癥模型中，iMSCs通過與上皮細(xì)胞形成連接通道（TNTs），將健康的線粒體轉(zhuǎn)移到受損細(xì)胞中，從而顯著改善了上皮細(xì)胞的功能障礙。這些研究表明，iMSCs主要通過旁分泌信號(hào)傳導(dǎo)或線粒體轉(zhuǎn)移來恢復(fù)組織功能，而其在體內(nèi)自我分化的可能性相對(duì)較低。
iMSC衍生的細(xì)胞外囊泡（EVs）在細(xì)胞治療中的應(yīng)用
細(xì)胞外囊泡（EVs）是一種由細(xì)胞分泌的小型囊泡，包含細(xì)胞成分如DNA、RNA、脂類及蛋白質(zhì)，能夠在細(xì)胞間傳遞信息，并對(duì)受體細(xì)胞的行為產(chǎn)生影響。由于EVs具有分子運(yùn)輸能力，且相比直接移植細(xì)胞，能夠更有效地減少免疫反應(yīng)，EVs逐漸成為細(xì)胞治療中的關(guān)鍵工具。
大量研究已經(jīng)確認(rèn)，來自MSCs的EVs在多種疾病治療中具有潛力，并且當(dāng)前的研究正在集中于如何優(yōu)化和修飾這些EVs，以提高其治療效果。同樣，iMSCs也能夠分泌EVs，并且由于其增殖能力較傳統(tǒng)的MSCs更強(qiáng)，因此在外部分泌和治療應(yīng)用中展現(xiàn)出顯著優(yōu)勢(shì)。
在骨關(guān)節(jié)疾病的研究中，Zhu等人比較了iMSCs與滑膜來源的MSCs（SM-MSCs）在骨關(guān)節(jié)炎（OA）模型中的EVs分泌特性。研究顯示，盡管兩種EVs在粒徑和表面標(biāo)志物上無顯著差異，但iMSC來源的EVs在促進(jìn)軟骨細(xì)胞遷移方面具有更好的療效。此外，Cui等人開發(fā)了一種具有骨靶向能力的外泌體平臺(tái)，能夠遞送siRNA至成骨細(xì)胞，從而增強(qiáng)成骨細(xì)胞分化并抑制破骨細(xì)胞的生成，這為骨質(zhì)疏松癥的治療提供了新的可能性。
研究還表明，iMSC-EVs相比傳統(tǒng)EVs，更能有效延緩椎間盤退變的進(jìn)展，iMSC-EVs通過轉(zhuǎn)運(yùn)miR-105-5p至衰老的髓核細(xì)胞，并激活Sirt6通路，展現(xiàn)出抗衰老特性。在中風(fēng)模型中，iMSC-EVs能夠減少梗死體積，促進(jìn)血管生成，并減輕神經(jīng)功能損傷。
在腫瘤治療中，iMSC-EVs也顯示出強(qiáng)大的應(yīng)用潛力，特別是在三陰性乳腺癌（TNBC）的治療中。研究表明，iMSC-EVs在阿霉素耐藥的TNBC細(xì)胞中表現(xiàn)出更強(qiáng)的細(xì)胞毒性效果，優(yōu)于傳統(tǒng)的游離或脂質(zhì)體形式的多柔比星。此外，iMSC-EVs還能夠通過激活STING通路，誘導(dǎo)單核細(xì)胞中的IFNβ表達(dá)，從而增強(qiáng)抗腫瘤免疫反應(yīng)。研究表明，早期傳代的iMSC-EVs相比晚期傳代的EVs，具有更高的免疫調(diào)節(jié)功效。由于iMSCs具備較低的異質(zhì)性和強(qiáng)大的擴(kuò)展能力，其分泌物在臨床應(yīng)用中具備更大的發(fā)展?jié)摿Α?/span>
iMSCs與生物材料結(jié)合的治療策略
現(xiàn)有研究表明，iMSCs與多種生物材料相結(jié)合，可以產(chǎn)生顯著的組織修復(fù)效果。例如，將iMSC-EVs與水凝膠結(jié)合使用，能夠顯著減少疤痕形成并加速傷口愈合。使用3D打印水凝膠支架與iMSCs配合，能夠優(yōu)化其移植后的生存環(huán)境，提升其在體內(nèi)的存活率。這一方法在子宮內(nèi)膜損傷模型中的應(yīng)用顯示，iMSCs能夠完全恢復(fù)子宮內(nèi)膜的結(jié)構(gòu)與功能，并部分恢復(fù)胚胎著床及維持妊娠的能力。
通過與支架材料結(jié)合，iMSCs在組織再生和修復(fù)中的應(yīng)用潛力得到了進(jìn)一步提升。例如，Kim等人開發(fā)了一種雙層管狀支架，用于促進(jìn)氣管黏膜和軟骨的再生。該支架框架由電紡聚己內(nèi)酯（PCL）納米纖維和3D打印的PCL微纖維組成，植入支架的細(xì)胞包括人支氣管上皮細(xì)胞（hBECs）、iMSCs以及iPSC衍生的軟骨細(xì)胞，成功在體內(nèi)促進(jìn)了氣管再生。這種材料與iMSCs結(jié)合的策略，展現(xiàn)了在仿生組織器官再生及移植中的巨大應(yīng)用潛力。
iMSCs面臨的挑戰(zhàn)
iMSCs的優(yōu)勢(shì)包括豐富的來源、充足的數(shù)量、良好的治療效果、高度的同質(zhì)性，并且能夠有效解決免疫排斥及倫理問題。作為iPSCs的衍生物，iMSC-EVs或許在某些治療效果上可以與MSCs-EVs相媲美甚至超越。然而，在iMSCs的臨床轉(zhuǎn)化過程中，仍然存在一些待解決的關(guān)鍵問題。首先，重編程后的iPSCs的特性還需進(jìn)一步研究，盡管它們的干性與胚胎干細(xì)胞類似，但具體差異尚不明確。
其次，iPSCs重編程技術(shù)帶來的潛在致瘤性風(fēng)險(xiǎn)也是不可忽視的。隨著iPSCs小分子重編程技術(shù)的發(fā)展，iPSCs的質(zhì)量控制和潛在MSC來源得到了進(jìn)一步的保障。理論上，iPSCs具備多系分化和自我更新的能力，使其在大規(guī)模生產(chǎn)和解決組織異質(zhì)性方面具有巨大潛力。但iMSCs在應(yīng)激條件下（如炎癥或缺氧）是否能夠保持其特性，仍需通過實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步驗(yàn)證。