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未來(lái)科學(xué)大獎(jiǎng)：個(gè)人制備儲(chǔ)存iPS細(xì)胞成為細(xì)胞治療應(yīng)用的主要趨勢(shì)

2024-08-19 點(diǎn)擊量：616

導(dǎo)語(yǔ)：8月16日，有“中國(guó)的諾貝爾獎(jiǎng)”之譽(yù)的未來(lái)科學(xué)大獎(jiǎng)公布2024年獲獎(jiǎng)名單。因開(kāi)創(chuàng)了利用化學(xué)方法將體細(xì)胞重編程為誘導(dǎo)多能干細(xì)胞（iPSC），改變細(xì)胞命運(yùn)和狀態(tài)方面的杰出工作，干細(xì)胞生物學(xué)家鄧宏魁獲得“生命科學(xué)獎(jiǎng)”。

圖：誘導(dǎo)性多能干細(xì)胞在疾病建模和藥物研發(fā)中的作用

2006年，日本諾獎(jiǎng)得主山中伸彌及其同事發(fā)現(xiàn)，通過(guò)四種轉(zhuǎn)錄因子將成纖維細(xì)胞轉(zhuǎn)化為誘導(dǎo)多能干細(xì)胞（iPSC），這一發(fā)現(xiàn)標(biāo)志著再生醫(yī)學(xué)的新時(shí)代。

鄧宏魁率先發(fā)展了使用化學(xué)小分子將成纖維細(xì)胞轉(zhuǎn)化為iPSC（化學(xué)誘導(dǎo)多能干細(xì)胞，即CiPSC）的方法。他證明了CiPSC可以成功用于產(chǎn)生具有生育能力的小鼠，并揭示了產(chǎn)生CiPSC的分子途徑。鄧宏魁還成功建立了人類CiPSC誘導(dǎo)技術(shù)，并證明了由人類CiPSC衍生的胰島可以改善非人靈長(zhǎng)類動(dòng)物的糖尿病，顯示出CiPSC的巨大臨床潛力。

鄧宏魁的原創(chuàng)性工作為細(xì)胞重編程開(kāi)辟了新的途徑，并將對(duì)干細(xì)胞研究和再生醫(yī)學(xué)的發(fā)展產(chǎn)生廣泛而深遠(yuǎn)的影響。

2023年1月9日，鄧宏魁研究組研究開(kāi)發(fā)了一個(gè)全新的胰島移植策略，有效支持人iPS細(xì)胞分化的胰島細(xì)胞在體內(nèi)存活、功能成熟以及功能長(zhǎng)期維持。同年7月11日，研究團(tuán)隊(duì)成功完成了國(guó)際首例1型糖尿病受試者iPS細(xì)胞分化的胰島細(xì)胞移植手術(shù)。該治療技術(shù)有望成為徹底治愈1型糖尿病的理想方案。

iPS細(xì)胞來(lái)源間充質(zhì)干細(xì)胞解決細(xì)胞治療行業(yè)關(guān)鍵問(wèn)題

人類間充質(zhì)干細(xì)胞 (hMSC) 已成為再生醫(yī)學(xué)的有吸引力的細(xì)胞來(lái)源。MSC 是成體干細(xì)胞，存在于幾乎所有成體組織和出生相關(guān)組織中。

誘導(dǎo)性多能干細(xì)胞 (iPSC) 可以無(wú)限地自我更新并分化為任何類型的細(xì)胞，包括 MSC。因此，iPSC-MSC (iMSC) 可以提供無(wú)限的 iPSC-MSC，以克服原始 MSC 有限的 MSC，并成為 MSC 的規(guī)模化應(yīng)用的主要來(lái)源。

作為臨床上使用最廣泛的干細(xì)胞之一，MSC 已在1500 多個(gè)臨床試驗(yàn)中用于治療 30 多種疾病。然而，原始 MSC 的壽命有限，導(dǎo)致細(xì)胞數(shù)量有限。在體外擴(kuò)增過(guò)程中，MSC 逐漸失去分化潛能并衰老，這極大地?fù)p害了它們的治療應(yīng)用。MSC 治療為再生醫(yī)學(xué)提供了一種有希望的治療選擇。

新加坡科技研究局分子和細(xì)胞生物學(xué)研究所的科研團(tuán)隊(duì)在行業(yè)期刊World J Stem Cells上發(fā)表了題為Application of mesenchymal stem cells derived from human pluripotent stem cells in regenerative medicine（人多能干細(xì)胞來(lái)源的間充質(zhì)干細(xì)胞在再生醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用）的綜述報(bào)告。

由于其多能性、免疫抑制性和無(wú)限的細(xì)胞來(lái)源，hPSC-MSC 已用于再生醫(yī)學(xué)的各種應(yīng)用：

表：CKD：慢性腎?。籙UO：?jiǎn)蝹?cè)輸尿管阻塞；LN：狼瘡性腎炎；TNBC：三陰性乳腺癌；EMT：上皮間質(zhì)轉(zhuǎn)化；IDO1：吲哚胺2,3-雙加氧酶1；FOP：進(jìn)行性骨化性纖維發(fā)育不良；mTOR：哺乳動(dòng)物雷帕霉素靶蛋白；EAE：實(shí)驗(yàn)性自身免疫性腦脊髓炎；EAU：實(shí)驗(yàn)性自身免疫性葡萄膜炎；TSG-6：TNFα刺激基因-6；SS：干燥綜合征；CX43：連接蛋白43；Exos：外泌體；SR-aGvHD：急性類固醇耐藥性移植物抗宿主病

hPSC-MSC的優(yōu)勢(shì)

1.原代 MSC 存在一些缺點(diǎn)，包括可擴(kuò)展性有限、供體間差異大以及臨床試驗(yàn)結(jié)果不一致。iPSC-MSC 有可能克服傳統(tǒng)和供體衍生 MSC 生產(chǎn)工藝的根本限制。過(guò)去幾年，關(guān)于 hPSC-MSC 用于再生醫(yī)學(xué)的報(bào)告越來(lái)越多，hPSC-MSC 的衍生取得了實(shí)質(zhì)性進(jìn)展。

2.MSC 的使用已進(jìn)入臨床應(yīng)用的不同階段。與原代MSC相比，hPSC-MSC具有增殖速度快、壽命長(zhǎng)、細(xì)胞來(lái)源可靠、均質(zhì)性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。

3.MSC 具有抗炎和免疫調(diào)節(jié)特性。然而，患者自體 hPSC-MSC 仍然是再生醫(yī)學(xué)的更好選擇，因?yàn)榕c同種異體 MSC 相比，對(duì)免疫反應(yīng)的擔(dān)憂較少。

誘導(dǎo)性多能干細(xì)胞導(dǎo)致細(xì)胞免疫療法的范式轉(zhuǎn)變

誘導(dǎo)多能干細(xì)胞 (iPSC) 的使用已導(dǎo)致細(xì)胞免疫療法的范式轉(zhuǎn)變。通過(guò)將體細(xì)胞重新編程為多能狀態(tài)，iPSC 代表了多種細(xì)胞譜系的可再生來(lái)源，包括 T 細(xì)胞、自然殺傷 (NK) 細(xì)胞和巨噬細(xì)胞。

iPSC的這種能力和特性在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域具有重要意義，它繞過(guò)了自體患者衍生細(xì)胞治療的局限性，并提供了開(kāi)發(fā)源自健康供體來(lái)源的同種異體“現(xiàn)成”細(xì)胞療法的潛力。

iPSC衍生的T細(xì)胞和CAR-T細(xì)胞療法

傳統(tǒng)自體嵌合抗原受體 (CAR) T 細(xì)胞療法推動(dòng)了免疫療法的重大進(jìn)展，但受到 T 細(xì)胞適應(yīng)性不佳、患者起始材料有限以及制造過(guò)程復(fù)雜且昂貴的等因素的限制。

iPSC 技術(shù)提供了一種克服這些生產(chǎn)瓶頸的方法，即從健康供體來(lái)源獲取治療性 T 細(xì)胞。該過(guò)程涉及體細(xì)胞重編程，然后定向分化為造血祖細(xì)胞 (HPC)。

iPSC 衍生的造血祖細(xì)胞必須在精確的條件下培養(yǎng)，包括暴露于 Notch 配體（如 DLL4）和細(xì)胞因子混合物（如 IL-2、IL-7 和 IL15），這些旨在模擬 T 細(xì)胞成熟所必需的胸腺環(huán)境。

一旦細(xì)胞分化，iPSC 衍生的 T 細(xì)胞就會(huì)經(jīng)過(guò) CAR 工程，以針對(duì)腫瘤相關(guān)抗原 (TAA) 的特異性。

除了在制造方面具有明顯優(yōu)勢(shì)外，同種異體 iPSC 衍生的 CAR-T 產(chǎn)品還比自體產(chǎn)品具有一系列治療優(yōu)勢(shì)。

例如，主 iPSC細(xì)胞資源庫(kù)允許在良好生產(chǎn)規(guī)范 (GMP) 條件下進(jìn)行一致、可擴(kuò)展的生產(chǎn)。使用健康供體作為原始細(xì)胞也可能提高細(xì)胞適應(yīng)性、持久性和抗腫瘤效力（相對(duì)于患者 T 細(xì)胞）。

多抗原 CAR 靶向提高了腫瘤表位覆蓋率，而基因組去除內(nèi)源性 T 細(xì)胞受體 (TCR) 和人類白細(xì)胞抗原 (HLA) 分子是減輕移植物抗宿主病 (GvHD) 相關(guān)風(fēng)險(xiǎn)的關(guān)鍵。

iPSC 衍生的 NK 細(xì)胞：利用先天免疫力

iPSC 衍生的NK細(xì)胞療法代表了另一種治療途徑，它利用了NK細(xì)胞的先天能力和 iPSC 的無(wú)限擴(kuò)增潛力。iPSC-NK細(xì)胞源自健康供體（與自體 CAR-T 不同），這意味著這些細(xì)胞可以通過(guò)定向分化為淋巴譜系來(lái)持續(xù)制造。

通過(guò)模擬體內(nèi)NK 細(xì)胞發(fā)育，研究人員可以使用反映自然 NK 細(xì)胞發(fā)育的細(xì)胞因子和生長(zhǎng)因子將 iPSC 分化為 NK 細(xì)胞。

圖：iPSC分化為NK 細(xì)胞的2D和3D方案示意圖。圖片來(lái)源：ACROBiosystems

當(dāng)前的進(jìn)展已導(dǎo)致無(wú)飼養(yǎng)層分化協(xié)議的開(kāi)發(fā)，簡(jiǎn)化了流程并同時(shí)提高了可擴(kuò)展性。

這些方法利用逐步暴露于一系列生長(zhǎng)因子，包括 VEGF、SCF、BMP4、Flt3-L、IL-3、IL-7 和 IL15。這些生長(zhǎng)因子與基質(zhì)支持一起使用，引導(dǎo) iPSC 經(jīng)歷 HPC 階段，成為功能性細(xì)胞毒性 CD56+CD3- NK 細(xì)胞。

同種異體 NK 細(xì)胞具有直接細(xì)胞介導(dǎo)的腫瘤細(xì)胞毒性和抗體依賴性細(xì)胞介導(dǎo)的細(xì)胞毒性 (ADCC) 優(yōu)勢(shì)。它們還可以通過(guò) CAR 進(jìn)行改造，以實(shí)現(xiàn) HLA 獨(dú)立的腫瘤靶向治療。

值得注意的是，與 T 細(xì)胞相比，NK 細(xì)胞譜系具有更有利的安全性，發(fā)生 GvHD、細(xì)胞因子釋放綜合征 (CRS) 和神經(jīng)毒性的傾向較低。

圖：iPSC 衍生的 NK 細(xì)胞治療示意圖。Immune Netw. (Shin) 2020;20(2):e14。圖片來(lái)源：ACROBiosystems

同種異體 NK 細(xì)胞治療的前景光明，對(duì) NK 細(xì)胞在血液學(xué)和實(shí)體腫瘤適應(yīng)癥中的安全性、有效性和適用性的研究仍在持續(xù)進(jìn)行。

目前正在開(kāi)展工作以增強(qiáng) iPSC 衍生的 NK 細(xì)胞的歸巢、持久性和腫瘤浸潤(rùn)能力，并最大限度地降低同種異體環(huán)境中的排斥風(fēng)險(xiǎn)。CAR-NK 細(xì)胞的開(kāi)發(fā)（將 CAR 技術(shù)與 NK 細(xì)胞特有的細(xì)胞毒性相結(jié)合）代表了下一代免疫療法的重要發(fā)展。

工程 NK 細(xì)胞有可能提供比CAR-T 細(xì)胞療法更安全、更有效的替代方案，特別是在治療免疫抑制性實(shí)體腫瘤時(shí)。

iPSC 衍生的巨噬細(xì)胞：一個(gè)新興的前沿領(lǐng)域

iPSC 建立在 T 和 NK 細(xì)胞工程平臺(tái)的成功基礎(chǔ)之上，提供了以 CAR-巨噬細(xì)胞 (CAR-Ms) 形式創(chuàng)建一類新型細(xì)胞免疫療法的潛力。

CAR-M 療法利用巨噬細(xì)胞的固有能力。巨噬細(xì)胞是一種多功能免疫細(xì)胞，具有吞噬作用、組織重塑和發(fā)揮抗炎作用。

這些經(jīng)過(guò)改造的巨噬細(xì)胞隨后可以被重定向以專門瞄準(zhǔn)和消滅癌細(xì)胞，從而為治療包括血液腫瘤和實(shí)體腫瘤在內(nèi)的一系列惡性腫瘤提供一種有希望的新方法。

圖. CAR-M 通過(guò)增加炎癥因子的表達(dá)、吞噬作用和向 T 細(xì)胞呈遞抗原的能力來(lái)增強(qiáng)抗腫瘤細(xì)胞。分化（Hang）。2023；130:51-57。圖片來(lái)源：ACROBiosystems

通過(guò)利用其沿髓系定向分化的能力，可再生 iPSC 能夠通過(guò)使用 M-CSF、GM-CSF、IL-3 和 IL-4 等生長(zhǎng)因子培養(yǎng) HPC 來(lái)產(chǎn)生成熟的 CD14+CD16+ 巨噬細(xì)胞。

這些吞噬巨噬細(xì)胞可以通過(guò)基因改造來(lái)表達(dá) CAR，從而有效地將其抗原呈遞、細(xì)胞毒性和免疫調(diào)節(jié)功能重定向至特定的 TAA。

CAR-M治療領(lǐng)域仍處于早期階段，仍存在一些限制和挑戰(zhàn)需要解決。

一個(gè)主要擔(dān)憂是免疫抑制腫瘤微環(huán)境 (TME) 可能會(huì)破壞 CAR-M 的抗腫瘤功能，盡管臨床前模型表明 CAR-M 可能具有重新編程 TME 的能力。

CAR-M 作為單一療法的療效仍存在不確定性，而可能需要與其他形式的癌癥免疫療法（例如檢查點(diǎn)抑制劑或 CAR-T）聯(lián)合治療，以解決 TME 的復(fù)雜性并確保改善治療效果。

CAR-M 的制造工藝、冷凍保存技術(shù)和重復(fù)給藥方案也需要持續(xù)優(yōu)化，以保持持續(xù)、強(qiáng)大的抗腫瘤監(jiān)測(cè)。

總之，誘導(dǎo)多能干細(xì)胞在再生醫(yī)學(xué)方面具有巨大的潛力，可用于疾病建模、藥物篩選和再生醫(yī)學(xué)中各種疾病的治療。iPSC 技術(shù)徹底改變了細(xì)胞療法。該領(lǐng)域的發(fā)展使得人們能夠從健康的供體來(lái)源獲取各種細(xì)胞，從而獲得可持續(xù)的來(lái)源。這些多功能細(xì)胞治療平臺(tái)在臨床試驗(yàn)中不斷取得進(jìn)展，預(yù)計(jì)它們將在改善細(xì)胞治療領(lǐng)域前景方面發(fā)揮變革作用。人們還期望iPSC將為廣泛適應(yīng)癥開(kāi)發(fā)更有效、耐受性更好的細(xì)胞療法。