誘導(dǎo)多能干細(xì)胞（iPSc）在退行性疾病治療中的應(yīng)用

研究人員就可以從人類早期胚胎中分離得到胚胎干細(xì)胞，由于其具有可在體外擴(kuò)增及分化成多種類型成體細(xì)胞的潛能，為組織修復(fù)與再生帶來(lái)了新希望，然而人類胚胎干細(xì)胞存在的道德倫理問(wèn)題，限制了研究人員對(duì)其研究及使用。

分別證明了植物成體細(xì)胞、動(dòng)物成體細(xì)胞核具有全能性，即成熟的植物體細(xì)胞及動(dòng)物體細(xì)胞細(xì)胞核具備發(fā)育成完整個(gè)體的能力。2006年，日本科學(xué)家Shinya Yamanaka率先使用四個(gè)轉(zhuǎn)錄因子的組合將小鼠這種哺乳動(dòng)物的成體細(xì)胞逆轉(zhuǎn)成類似小鼠3.5天囊胚內(nèi)細(xì)胞團(tuán)細(xì)胞（小鼠始發(fā)態(tài)多能干細(xì)胞）樣的細(xì)胞，即誘導(dǎo)多能干細(xì)胞（induced pluripotency stem cells，iPSCs），時(shí)隔一年，該課題組又獲得了成纖維細(xì)胞來(lái)源的人類誘導(dǎo)多能干細(xì)胞（human induced pluripotency stem cells，hiPSCs），部分解決了干細(xì)胞在疾病治療中的倫理問(wèn)題。隨后研究人員又優(yōu)化出多種體細(xì)胞重編程方法。體細(xì)胞重編程技術(shù)的建立，不僅為干細(xì)胞生物學(xué)的體外研究提供了平臺(tái)，也為再生醫(yī)學(xué)的發(fā)展奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)，聯(lián)合基因編輯技術(shù)、體外類器官3D培養(yǎng)技術(shù)，iPSCs可應(yīng)用于疾病模型構(gòu)建、藥物篩選及細(xì)胞治療等多個(gè)方面。

衰老是生命自然發(fā)展過(guò)程中伴隨發(fā)生的一種組織器官功能減退的慢性綜合征，常伴隨各類退行性疾病的發(fā)生，例如神經(jīng)退行性疾病，常見(jiàn)有阿爾茨海默?。?/span>AD）、亨廷頓病、肌萎縮側(cè)索硬化癥（ALS）等；眼睛相關(guān)退行性疾病，常見(jiàn)有黃斑變性、糖尿病視網(wǎng)膜病變、黃斑營(yíng)養(yǎng)不良等；關(guān)節(jié)相關(guān)退行性疾病，常見(jiàn)有骨關(guān)節(jié)炎，創(chuàng)傷性關(guān)節(jié)炎等。中國(guó)的人口老齡化增速逐年提高，人口老齡化比例在全球已處于中上水平，2021年中國(guó)65歲以上人口已達(dá)2億，占比14.2%，2021年中國(guó)人口平均預(yù)期壽命達(dá)78歲，隨著醫(yī)療水平和群眾健康意識(shí)的提高，未來(lái)仍有較大空間。人口老齡化比例的持續(xù)上升伴隨著新生兒出生比例的不斷下降，如何提高老年人生存質(zhì)量是亟待解決的問(wèn)題，如何減緩甚至逆轉(zhuǎn)人體老化趨勢(shì)，是再生醫(yī)學(xué)領(lǐng)域面臨的新挑戰(zhàn)。已有眾多研究人員對(duì)iPSCs在神經(jīng)相關(guān)退行性疾病中的應(yīng)用進(jìn)行了描述，本文主要總結(jié)了iPSCs在眼睛及關(guān)節(jié)相關(guān)退行性疾病的治療及疾病模型構(gòu)建中的部分進(jìn)展，具體內(nèi)容如下。

一、iPSCs治療衰老相關(guān)退行性疾病中的應(yīng)用

隨著全世界人口老齡化加劇，罹患各類退行性疾病的人口基數(shù)也在逐年增加，iPSCs在其中的應(yīng)用價(jià)值也凸顯出來(lái)，其主要可包括四個(gè)方面的應(yīng)用，其一是利用患者或健康個(gè)體來(lái)源的iPSCs，在體內(nèi)或體外進(jìn)行誘導(dǎo)分化，使其形成某具體退行性疾病中所需要的成體細(xì)胞類型，通過(guò)手術(shù)移植等方法回輸?shù)交颊唧w內(nèi)，起到細(xì)胞替代治療的作用；其二是利用iPSCs誘導(dǎo)得到特殊種類的細(xì)胞，可優(yōu)化該退行性疾病相關(guān)器官或組織所在位置的微環(huán)境，從而抑制或者減緩該疾病進(jìn)一步發(fā)生發(fā)展；其三是利用iPSCs構(gòu)建該疾病的疾病模型，也可進(jìn)一步輔助類器官誘導(dǎo)培養(yǎng)技術(shù)，在體外篩選可用于治療或改善相應(yīng)疾病的藥物分子，并且可做到個(gè)性化針對(duì)性篩選；其四是可將衰老患者的細(xì)胞取出，通過(guò)重編程方法得到與患者基因型一致并可在體外擴(kuò)增的iPSCs，輔助遺傳學(xué)研究手段，探索疾病內(nèi)在發(fā)生機(jī)制，篩選疾病早期標(biāo)記，起到早介入、早干預(yù)的作用。目前研究人員已將iPSCs應(yīng)用于多種退行性疾病的治療，為應(yīng)對(duì)老齡化浪潮的到來(lái)提供了新支持。

二、iPSCs治療黃斑病變的研究進(jìn)展

眼睛是一種免疫豁免型器官，基本免于自身免疫系統(tǒng)的攻擊，因此也是干細(xì)胞治療的理想靶器官，黃斑變性是一種眼內(nèi)發(fā)生，且與衰老相關(guān)的嚴(yán)重視網(wǎng)膜退行性疾病，發(fā)病患者群面臨較大的失明風(fēng)險(xiǎn)，主要與遺傳因素、自然衰老及環(huán)境影響相關(guān)，現(xiàn)有藥物及手術(shù)治療方法均未能達(dá)到理想治療效果。2017年，第一例使用iPSCs治療老年性黃斑病變的案例被發(fā)表，研究人員將視網(wǎng)膜黃斑病變患者來(lái)源的皮膚細(xì)胞，誘導(dǎo)成iPSCs， 再于體外進(jìn)行分化，形成視網(wǎng)膜色素上皮細(xì)胞，手術(shù)移植到患者視網(wǎng)膜下間隙。雖然這項(xiàng)研究并未對(duì)患者的眼部視力情況起到明顯改善作用，但在隨后的25個(gè)月隨訪中并未發(fā)生嚴(yán)重不良事件，例如視網(wǎng)膜脫落及嚴(yán)重視網(wǎng)膜出血，也未檢測(cè)到免疫排斥及腫瘤發(fā)生，此項(xiàng)研究極大增強(qiáng)了研究人員對(duì)iPSCs治療眼部疾病的信心。在2015年，先后有兩個(gè)課題組報(bào)道了直接將人胚胎干細(xì)胞懸液注射進(jìn)患者視網(wǎng)膜下間隙治療黃斑病變等眼底疾病，部分患者視力得到明顯改善，然而2018年的一篇報(bào)道中，研究人員使用類似方法治療晚期黃斑病變患者，患者視力并未得到明顯改善。2023年報(bào)道的一項(xiàng)Ⅰ期臨床試驗(yàn)中，研究人員將人胚胎干細(xì)胞來(lái)源的視網(wǎng)膜色素上皮細(xì)胞懸液注射進(jìn)患者視網(wǎng)膜下間隙，也并未改善患者視力情況?？紤]到視網(wǎng)膜結(jié)構(gòu)的特殊性，研究人員開(kāi)始聯(lián)合可生物降解材料及治療用細(xì)胞，使其形成單層結(jié)構(gòu)再移植到視網(wǎng)膜下間隙，先后有兩個(gè)課題組報(bào)道了這種新的移植方法的有效性，均可以改善患者視力情況。在細(xì)胞治療中，使用不同的外科手術(shù)方法，也會(huì)對(duì)患者的治療效果產(chǎn)生不同影響。iPSCs在視力相關(guān)退行性疾病中的應(yīng)用研究，研究人員已經(jīng)做出了多種嘗試，有些已進(jìn)入Ⅲ期臨床試驗(yàn)階段，相信在不久的將來(lái)，iPSCs療法將成為治療黃斑病變等眼部疾病的優(yōu)選方案。

三、iPSCs在骨關(guān)節(jié)炎疾病模型構(gòu)建中的研究進(jìn)展

骨關(guān)節(jié)炎也是一種衰老相關(guān)的退行性疾病，全世界約有2.5億人飽受骨關(guān)節(jié)炎的困擾，有研究報(bào)道向關(guān)節(jié)腔內(nèi)注射衰老軟骨細(xì)胞可導(dǎo)致骨關(guān)節(jié)炎發(fā)生，伴隨著衰老的進(jìn)程，關(guān)節(jié)軟骨中的衰老細(xì)胞數(shù)量逐步積累。關(guān)節(jié)負(fù)重過(guò)載或機(jī)械應(yīng)力、炎癥環(huán)境、氧化應(yīng)激、代謝或能量短缺、自噬、肥胖、衰老等均可導(dǎo)致骨關(guān)節(jié)炎的發(fā)生，目前主要通過(guò)藥物或免疫療法治療骨關(guān)節(jié)炎。然而藥物治療靶點(diǎn)較為單一，在骨關(guān)節(jié)炎這種多因素疾病上的治療效果甚微，且大多只有短期療效，不同個(gè)體間治療效果差異較大，基于iPSCs的細(xì)胞替代療法及疾病模型構(gòu)建已被驗(yàn)證是個(gè)性化再生醫(yī)學(xué)治療中的強(qiáng)大手段，為高通量藥物篩選平臺(tái)構(gòu)建提供了前所未有的機(jī)會(huì)，或可給骨關(guān)節(jié)炎治療帶來(lái)新希望。2011年已有研究組獲得了骨關(guān)節(jié)炎患者來(lái)源的iPSCs，隨后有多個(gè)課題組從患者來(lái)源的iPSCs中發(fā)現(xiàn)了許多新的與骨發(fā)育相關(guān)的基因突變，通過(guò)體外分化后的細(xì)胞功能研究，證實(shí)了這些突變與骨關(guān)節(jié)炎的發(fā)生發(fā)展相關(guān)。為進(jìn)行體外建模，研究人員發(fā)展出了多種將iPSCs定向分化成軟骨細(xì)胞的方法，主要是利用間充質(zhì)干細(xì)胞或軟骨細(xì)胞共培養(yǎng)輔助生長(zhǎng)因子處理，或者借助EB的自然分化得到軟骨細(xì)胞，二維培養(yǎng)得到的軟骨細(xì)胞由于缺少組織結(jié)構(gòu)，細(xì)胞形態(tài)也不成熟，常見(jiàn)的三維培養(yǎng)方法有輔助生物工程支架培養(yǎng)及三維類器官培養(yǎng)。生物工程支架主要功能為模仿胞外基質(zhì)，給細(xì)胞提供空間信息，常見(jiàn)材料有水凝膠、納米纖維及細(xì)胞組織提取物。三維類器官培養(yǎng)主要是利用細(xì)胞的體外自組裝能力，由于其操作的便捷性，有很大潛力成為藥物篩選和個(gè)性化醫(yī)療的主流。現(xiàn)已有課題組聯(lián)合三維生物打印技術(shù)與細(xì)胞共培養(yǎng)技術(shù)產(chǎn)生了一些與自體軟骨移植類似效果的軟骨樣組織。骨關(guān)節(jié)炎是一種系統(tǒng)性的疾病，涉及到多種細(xì)胞類型及細(xì)胞微環(huán)境，利用三維空間建模的方法更有助于軟骨細(xì)胞的分化及疾病模擬。

四、iPSCs治療退行性疾病的優(yōu)勢(shì)與挑戰(zhàn)

可誘導(dǎo)產(chǎn)生hiPSCs的起始細(xì)胞來(lái)源廣泛，常見(jiàn)的有皮膚細(xì)胞、血細(xì)胞以及尿液細(xì)胞，為避免移植細(xì)胞的癌化，研究人員已經(jīng)開(kāi)發(fā)出多種誘導(dǎo)方法，例如使用非整合型方法轉(zhuǎn)入多能性誘導(dǎo)因子及避免癌基因的使用等，其中，純化合物誘導(dǎo)獲得iPSCs 的方法使得iPSCs應(yīng)用的安全性得到進(jìn)一步保障。相較于胚胎干細(xì)胞，iPSCs的使用不僅一定程度上避免了倫理問(wèn)題，也大程度地避免了免疫排斥反應(yīng)。使用患者來(lái)源的iPSCs進(jìn)行疾病模型構(gòu)建，相較于使用動(dòng)物模型具有顯而易見(jiàn)的優(yōu)勢(shì)，也為個(gè)性化醫(yī)療帶來(lái)了新曙光。然而，由于iPSCs具有的無(wú)限增殖及分化能力，且研究人員對(duì)其內(nèi)在的細(xì)胞命運(yùn)調(diào)控機(jī)制研究仍存在較大空缺，其使用安全性仍需考慮。世界范圍內(nèi)暫無(wú)標(biāo)準(zhǔn)的iPSCs評(píng)估及臨床使用規(guī)范，配套的外科手術(shù)移植方法也需要進(jìn)一步提高。此外，目前研究人員使用的iPSCs體外誘導(dǎo)分化方法效率較低，得到的細(xì)胞具有異質(zhì)性高且功能不成熟等特點(diǎn)，各類體外誘導(dǎo)分化策略也有待改善。對(duì)于iPSCs在衰老相關(guān)退行性疾病的應(yīng)用，需要基礎(chǔ)研究及應(yīng)用研究的共同努力。