【原】iPSC研究進(jìn)展及分化相關(guān)細(xì)胞因子簡(jiǎn)述

北京義翹神州 2024-12-11

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前言

iPSC具有分化成幾乎所有類(lèi)型細(xì)胞的多能性，廣泛用于細(xì)胞免疫治療、再生醫(yī)學(xué)、疾病建模、藥物篩選和個(gè)性化診療。同時(shí)iPSC不受限于來(lái)源，具有可以無(wú)限擴(kuò)增的能力，為提升藥物可及性提供了可能。iPSC的分化需要相應(yīng)的細(xì)胞因子，不同細(xì)胞因子可以使iPSC生成不同類(lèi)型的細(xì)胞，用于不同的研究。

01 iPSC概述

iPSC全稱誘導(dǎo)多功能干細(xì)胞（Induced pluripotent stem cells），是一種通過(guò)成熟體細(xì)胞重新編程獲得的多能干細(xì)胞，由日本科學(xué)家Shinya Yamanaka于2006年建立，并獲得2012年的諾貝爾獎(jiǎng)。他們利用4種轉(zhuǎn)錄因子（Oct4、Sox2、Klf4和c-Myc）的過(guò)表達(dá)將小鼠胚胎成纖維細(xì)胞誘導(dǎo)成為類(lèi)似胚胎干細(xì)胞（ESC）的狀態(tài)。iPSC在形態(tài)、基因和蛋白表達(dá)、表觀遺傳修飾狀態(tài)、細(xì)胞倍增能力、類(lèi)胚體和畸形瘤生成能力、分化能力等方面都與ESC極為相似，具備和ESC一樣的應(yīng)用潛能，幾乎可以分化成為所有類(lèi)型的細(xì)胞。

目前用于細(xì)胞治療的主要有成體干細(xì)胞、胚胎干細(xì)胞以及誘導(dǎo)多功能干細(xì)胞。成體干細(xì)胞來(lái)源困難、體外擴(kuò)增較難且有分化局限性；胚胎干細(xì)胞的分化潛能最大，但卻一直受限于倫理及個(gè)體化差異、免疫排異等問(wèn)題，因此發(fā)展和轉(zhuǎn)化應(yīng)用也受到一定局限。誘導(dǎo)多功能干細(xì)胞的發(fā)現(xiàn)徹底打破了ESC臨床應(yīng)用中的細(xì)胞來(lái)源和倫理問(wèn)題，為個(gè)體化治療提供了有力的支持，極大地克服了干細(xì)胞治療中的免疫排斥問(wèn)題，開(kāi)辟了再生醫(yī)學(xué)的全新領(lǐng)域。

來(lái)源	優(yōu)勢(shì)	局限
成體干細(xì)胞	·沒(méi)有倫理學(xué)問(wèn)題 ·自體來(lái)源的沒(méi)有組織相容性問(wèn)題 ·安全性好，理論上沒(méi)有致瘤性	·含量低，難分離純化 ·體外擴(kuò)增難 ·尚未從人體全部組織中分離出成體干細(xì)胞 ·一些具有遺傳缺陷的疾病中，自體來(lái)源的干細(xì)胞可能也有缺陷，不適合用于移植
胚胎干細(xì)胞	·增殖能力強(qiáng) ·分化能力強(qiáng)，可形成內(nèi)、中、外三胚層及各類(lèi)細(xì)胞	·倫理問(wèn)題 ·異體來(lái)源會(huì)有排異反應(yīng) ·有致瘤風(fēng)險(xiǎn)
誘導(dǎo)多能干細(xì)胞	·增殖能力強(qiáng) ·分化能力強(qiáng) ·避免了倫理問(wèn)題 ·自體來(lái)源的免疫原性較低	·操作復(fù)雜且重編程效率低 ·有誘導(dǎo)突變的可能 ·長(zhǎng)期安全性尚未證實(shí)

02 iPSC主要應(yīng)用

目前，iPSC通過(guò)基因工程改造后可用于自體或異體 T細(xì)胞或NK細(xì)胞療法，也可分化成其它功能性細(xì)胞，如心肌細(xì)胞、胰島細(xì)胞、上皮細(xì)胞、間質(zhì)干細(xì)胞或神經(jīng)元等，因此iPSC衍生的細(xì)胞療法主要為免疫細(xì)胞療法與干細(xì)胞再生療法?；趇PSC的藥物篩選也被廣泛應(yīng)用。

1）iPSC衍生的免疫細(xì)胞療法

細(xì)胞療法近年來(lái)熱度“狂飆”，并在血液類(lèi)腫瘤治療領(lǐng)域取得佳績(jī)。但是無(wú)論是CAR-T，還是在實(shí)體瘤領(lǐng)域具有更大潛力的CAR-NK或NK，都面臨著細(xì)胞來(lái)源不足或質(zhì)量不均一的問(wèn)題，因此iPSC衍生的細(xì)胞成為很好的選擇。

iPSC可以在體外無(wú)限培養(yǎng)，分化為淋巴細(xì)胞并生成主細(xì)胞系，為T(mén)細(xì)胞、NK細(xì)胞等細(xì)胞療法提供了可再生的、穩(wěn)定的細(xì)胞來(lái)源，與此同時(shí)，iPSC在體外易于接受基因工程改造，有潛力接受多輪的基因工程優(yōu)化步驟，改造潛力更高，可以實(shí)現(xiàn)控制細(xì)胞分化過(guò)程，增強(qiáng)細(xì)胞療法的持久性。

目前大多iPSC衍生的免疫細(xì)胞療法處于臨床前或者更早的藥物發(fā)現(xiàn)階段，只有Fate公司的iNK及iT產(chǎn)品成功進(jìn)入了臨床試驗(yàn)階段。其他的如Cytovia的CAR-iNK用于實(shí)體瘤治療，Century的CAR-iNK和CAR-iT處于臨床前，用于治療B細(xì)胞淋巴瘤、復(fù)發(fā)性膠質(zhì)母細(xì)胞瘤、急性髓系白血病等。在國(guó)內(nèi)，啟函生物、賽元生物、愛(ài)凱生物、昕傳生物、濟(jì)元基因等公司正在進(jìn)行iNK、CAR-iNK、CAR-iT、CAR-iMAC相關(guān)臨床前或藥物發(fā)現(xiàn)研究。

2）iPSC衍生的再生療法

iPSC衍生的功能細(xì)胞種類(lèi)更多、涉及的適應(yīng)癥也更廣泛，包括心衰、糖尿病、神經(jīng)退行性疾病甚至是脫發(fā)等領(lǐng)域。第一項(xiàng)臨床試驗(yàn)在2014年啟動(dòng)，使用人iPSC分化的視網(wǎng)膜色素上皮細(xì)胞（Retina pigment epithelium, RPE）治療黃斑變性。帕金森是目前iPSC衍生再生療法最主要的適應(yīng)癥之一，有多家公司在這一領(lǐng)域布局。在2021年，iPSC誘導(dǎo)的多巴胺能神經(jīng)元療法DA01成功進(jìn)入1期臨床試驗(yàn)。Heartseed公司的HS-001是心衰領(lǐng)域唯一邁入臨床階段的iPSC衍生細(xì)胞療法，這是一種異體iPSC衍生的心室心肌細(xì)胞，適應(yīng)癥為缺血性心臟病伴有重癥心力衰竭。

3）基于iPSC的藥物篩選

不同于細(xì)胞治療臨床應(yīng)用上的各種限制，iPSC在構(gòu)建疾病模型上的應(yīng)用則發(fā)展更快速。將患者的體細(xì)胞重編程為特異性iPSC，再將其誘導(dǎo)分化為疾病相關(guān)的細(xì)胞類(lèi)型，構(gòu)建體外疾病模型，更好的模擬人類(lèi)疾病，指導(dǎo)精準(zhǔn)治療。在有效化合物的篩選上，由于iPSC所構(gòu)建的疾病模型能夠更精準(zhǔn)地反映出疾病相關(guān)細(xì)胞的狀態(tài)及表型，提供更加接近臨床的藥物數(shù)據(jù)，因而在高通量篩選及藥物優(yōu)化上發(fā)揮著重要作用。在藥物毒性檢測(cè)上，利用iPSC建立的患者特異性細(xì)胞有利于評(píng)價(jià)藥物對(duì)不同患者的治療效果及副作用。

迄今為止，已有多個(gè)使用iPSC開(kāi)發(fā)成功的疾病模型，如阿爾茨海默病和帕金森病已使用源自iPSC的神經(jīng)元進(jìn)行建模，使用星形膠質(zhì)細(xì)胞與神經(jīng)元的共培養(yǎng)來(lái)模擬肌萎縮側(cè)索硬化癥的病理學(xué)。尤其是近年來(lái)3D類(lèi)器官的火爆，更是加速iPSC相關(guān)疾病模型的構(gòu)建，如腦、腸、肝臟、胰腺、腎及肺等相關(guān)的多種類(lèi)器官疾病模型。

03 iPSC分化相關(guān)細(xì)胞因子

iPSC的廣泛應(yīng)用是基于分化能力。通過(guò)不同的細(xì)胞因子，iPSC能夠分化成不同類(lèi)型的細(xì)胞。將人類(lèi)iPSCs分化為各種細(xì)胞系常見(jiàn)的因子有GM-CSF、Activin A、DLL4、NOG、TNF-α、IL-2、VEGF、FGF、IL1β、EGF等。

ipsc分化細(xì)胞因子