2012年，諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎授予了英國科學(xué)家John B. Gurdon先生和日本科學(xué)家Shinya Yamanaka博士，表彰他們將成熟細胞重新編程，轉(zhuǎn)化為可以分化為多種細胞類型的誘導(dǎo)多能干細胞（iPSC）方面的突破性研究。自從在2006年被發(fā)現(xiàn)以來，iPSC被譽為能夠為再生性醫(yī)藥帶來革命的發(fā)現(xiàn)。12年已經(jīng)過去了，它們的研究進展到了那個階段呢？

       iPSC的最初臨床試驗

       在2018年10月的一項外科手術(shù)中，京都大學(xué)（Kyoto University）的神經(jīng)外科醫(yī)生將240萬細胞移植到一名帕金森?。≒D）患者的大腦中。這些細胞是由匿名捐獻者的外周血細胞重新編程成為iPSC，然后再分化生成的多巴胺能前體細胞。研究人員希望它們能夠提高多巴胺水平，緩解患者的癥狀。

       這項手術(shù)是臨床醫(yī)生們檢測iPSC能否用于治療疾病的最新嘗試。近幾年來，日本的科學(xué)家們啟動了幾項臨床研究，檢驗它們在治療心臟疾病和視網(wǎng)膜黃斑變性方面的功效。而世界其它地方的研究人員在探索將這些細胞轉(zhuǎn)化為治療從子宮內(nèi)膜異位到脊髓損傷等一系列疾病的療法。這些臨床研究的啟動給人們帶來希望，這項獲得諾貝爾獎的科學(xué)發(fā)現(xiàn)終將開花結(jié)果，為患者帶來創(chuàng)新療法。

       “我很高興他們試圖將這項技術(shù)推入臨床期，因為iPSC領(lǐng)域需要證明這些細胞具備成為再生性療法的潛力。”伊利諾伊大學(xué)芝加哥分校的Jalees Rehman博士說。然而，將這一技術(shù)推入臨床的過程也暴露出開發(fā)療法時需要面對的挑戰(zhàn)。

       目前，只有少數(shù)患者接受了基于iPSC的治療。在2014年，一名患有黃斑變性的女性接受了從iPSC分化的視網(wǎng)膜細胞的移植，這些iPSC來自于她自身的細胞。雖然她的視力沒有因為這一治療得到顯著改善，但是“iPSC分化細胞的安全性得到了確認”，京都大學(xué)的Jun Takahashi博士寫道。他也是幫助將iPSC分化為多巴胺能前體細胞的干細胞生物學(xué)家，這些細胞被用于植入到PD患者大腦中。他的太太，RIKEN發(fā)育生物學(xué)中心的Masayo Takahashi博士，生成了在這項臨床試驗中使用的視網(wǎng)膜細胞。

       去年，有5名患者使用iPSC分化的視網(wǎng)膜細胞治療同樣的眼科疾病，這些iPSC細胞是從其它捐獻者中獲得的。其中一名患者出現(xiàn)了對移植體的嚴重但不致命反應(yīng)，迫使醫(yī)生摘除移植體。

       更多的臨床試驗即將開展。明年，心臟外科醫(yī)生們計劃將由iPSC分化形成的心肌細胞組織移植到3名心臟病患者的心臟中，Takahashi博士計劃在2022年之前再治療6位PD患者。這些研究都處于臨床試驗的最早期。“現(xiàn)在對我們的臨床試驗做出任何判斷都為時過早。”Takahashi博士說。

       在有些研究人員等待臨床試驗的結(jié)果來驗證iPSC是否具有再生療法潛力的同時，另外一些學(xué)者正在大幅度推動臨床前研究，開發(fā)出更多使用它們治療疾病的方法。例如，加州大學(xué)洛杉磯分校的干細胞生物學(xué)家April Pyle博士最近開發(fā)出一種可能用于治療杜氏肌營養(yǎng)不良癥（DMD）的療法。這是一種由于編碼抗肌萎縮蛋白的基因出現(xiàn)變異而導(dǎo)致的嚴重疾病。她和她的同事使用CRISPR-Cas9技術(shù)在人類iPSC中修復(fù)了產(chǎn)生突變的基因，然后將它們分化成為骨骼肌細胞，并且將這些細胞注射到抗肌萎縮蛋白缺失的小鼠肌肉中。“我們能夠在肌肉的局部區(qū)域恢復(fù)抗肌萎縮蛋白的表達。”她解釋道。

       “我認為這才是開始，”Pyle博士說：“我覺得我們終于將要看到以前辛勤工作帶來的成果，在這些最初的臨床試驗之后將會有許多后續(xù)的臨床試驗。”

       克服進入臨床研究面對的挑戰(zhàn)

       如今，研究人員已經(jīng)找出將iPSC誘導(dǎo)分化成為大多數(shù)已知細胞類型的方法。但是讓這些細胞能夠在新的組織環(huán)境中承擔(dān)成熟細胞的功能是需要克服的另一個問題。例如在心臟中，研究人員發(fā)現(xiàn)新的干細胞需要與其它細胞在電生理特征方面達成一致。在細胞培養(yǎng)環(huán)境下對人類iPSC分化的心肌細胞的研究表明，對這些細胞進行電刺激，讓它們在發(fā)育的過程中產(chǎn)生收縮，會讓細胞更快成熟，意味著它們可能更能夠承擔(dān)在體內(nèi)需要面對的工作量。

       如何整合新細胞，讓它們能夠在受傷或疾病組織中生存是另一個問題。“你需要一個特別的基質(zhì)么？它是水溶膠，還是一個補丁，還是一個類器官？如何能夠讓這些細胞長期生存？”Rehman博士問道：“這是我們在所有器官中都會遇到的挑戰(zhàn)。”

       研究人員已經(jīng)在使用猴子模型來評估移植過程的效率，Takahashi博士解釋道。去年，他的團隊證明，在猴子模型中，人類iPSC分化的多巴胺能神經(jīng)元能夠穩(wěn)定地整合到已有的大腦組織中，這些細胞能夠生成多巴胺并且最終可以改善類似PD的癥狀。

       另一個移植iPSC生成組織的挑戰(zhàn)是這些細胞可能觸發(fā)癌癥的風(fēng)險。這一風(fēng)險一直存在，因為這些細胞是從增殖能力非常強的細胞中分化而來。為了預(yù)防這一風(fēng)險，Takahashi博士和他的同事們對移植細胞進行嚴密篩選，過濾掉那些未分化，最可能過度增殖的細胞。同時他們會將這些細胞植入到小鼠身上，檢測它們生成腫瘤的可能性。

       然而，“我們無法完全消除腫瘤生成的可能性。” 慶應(yīng)義塾大學(xué)（Keio University）的婦科教授Tetsuo Maruyama博士說。因此，他認為這些手術(shù)應(yīng)該聚焦于非必需器官，例如眼睛或者子宮。他最近成功地從iPSC中分化出健康的子宮細胞，計劃用這些細胞來研究子宮內(nèi)膜異位的機理，并且生成人類子宮內(nèi)膜在臨床使用。

       另一個研究人員經(jīng)常關(guān)注的問題是患者在接受由其它供體產(chǎn)生的iPSC時需要使用免疫抑制藥物。例如，Takahashi博士的PD患者在長達一年的時間里需要使用免疫抑制藥物，這可能讓他們抵抗感染和癌癥的能力下降。雖然存在這樣的風(fēng)險，很多研究人員仍然選擇使用同種異體的干細胞，主要原因是這一策略在擴大化生產(chǎn)時可以節(jié)省時間、成本、和人力。

       “即用”型iPSC的優(yōu)勢

       開發(fā)“即用”型iPSC療法對學(xué)術(shù)界和工業(yè)界都具有很大的吸引力。例如，澳大利亞的生物技術(shù)公司Cynata Therapeutics最近完成了一項1期臨床研究，使用iPSC分化生成的間充質(zhì)干細胞來治療移植物抗宿主病（GVHD）。這種疾病在骨髓移植手術(shù)后發(fā)生，供體的免疫細胞認為受體細胞是外來物，并且對它們進行攻擊，這往往會造成患者死亡。但是間充質(zhì)干細胞可以分化成熟為一系列不同的細胞類型，抑制供體T細胞的增殖和激活，Cynata公司的產(chǎn)品開發(fā)副總裁Kilian Kelly博士說。

       這項臨床試驗中，間充質(zhì)干細胞通過靜脈注射到15名GVHD患者體內(nèi)，這些患者對類固醇療法沒有響應(yīng)，預(yù)后情況非常糟糕。雖然現(xiàn)在評估療效還為時過早，但是Kelly博士表示，他很高興看到其中14名患者的病情得到了顯著改善，這是一個好兆頭。更便捷的是，免疫排斥對間充質(zhì)干細胞來說不是一個問題，因為它們不表達觸發(fā)免疫排斥的特異性抗原。“這意味著我們可以使用從單一iPSC庫中獲取的細胞來治療幾乎所有人。”Kelly博士說。

       這也是多個機構(gòu)在開發(fā)可以用來大規(guī)模開發(fā)再生療法的iPSC細胞庫的原因之一。例如，日本政府決定投資2.5億美元來開發(fā)iPSC庫存，幫助生物醫(yī)學(xué)研究。捐獻這些細胞的志愿者經(jīng)過精心篩選，包括了不同種類的常見人類白細胞抗原（HLA）類型。這樣，這些細胞和人群中的大多數(shù)人都具有免疫相容性。在進行移植時，患者可能只需要少量的免疫抑制。這是在使用患者特異性細胞和從隨機供體中獲得的細胞之間的折中方案。

       綜合來看，這些細胞能夠與日本人口中70%的人群免疫相容。對于像美國這樣的遺傳背景復(fù)雜的國家來說可能更為困難，但是研究人員已經(jīng)開始向這個方向努力。一家位于威斯康辛的名叫Fujifilm Cellular Dynamics的公司正在試圖開發(fā)一個iPSC細胞庫，它可以與大部分美國人口相匹配。

       在這些努力繼續(xù)進行的同時，世界各地的研究人員仍在研究將這些細胞應(yīng)用于臨床的細節(jié)。“我們離臨床應(yīng)用越接近，對需要解決的挑戰(zhàn)的認知就越清晰，”Rehman博士說：“我認為這是科學(xué)發(fā)現(xiàn)非常正常的過程。”

       參考資料：

       [1] Increasing Number of iPS Cell Therapies Tested in Clinical Trials. Retrieved December 4, 2018, from https://www.the-scientist.com/news-opinion/increasing-number-of-ips-cell-therapies-in-clinical-trials--65150