誘導(dǎo)多能干細(xì)胞iPSC的發(fā)展及在探索疾病發(fā)生發(fā)展和新藥開發(fā)上的應(yīng)用

誘導(dǎo)多能干細(xì)胞（iPSC）是近年來(lái)干細(xì)胞領(lǐng)域最重大的突破之一，自誕生便成為國(guó)際干細(xì)胞界的研究焦點(diǎn)。用于重編程的體細(xì)胞包括皮膚細(xì)胞和血細(xì)胞，還包括其他細(xì)胞類型，如毛囊、臍血和尿液。
 

這種個(gè)性化的疾病治療方法不僅可以規(guī)避免疫排斥的風(fēng)險(xiǎn)，還能避免使用胚胎干細(xì)胞帶來(lái)的倫理方面的爭(zhēng)論。且通過(guò)不斷改良的細(xì)胞培養(yǎng)方法和CRISPR技術(shù)的進(jìn)步，iPSC目前已經(jīng)可用于探索疾病發(fā)生和發(fā)展的原因，開發(fā)和測(cè)試新的藥物和療法，進(jìn)而推動(dòng)癌癥、心血管、神經(jīng)退行性疾病等多方面疾病研究領(lǐng)取的長(zhǎng)足進(jìn)步，應(yīng)用前景十分廣闊。
 

iPSC的發(fā)展沿革及應(yīng)用范圍

2006年，日本京都大學(xué)山中伸彌（Shinya Yamanaka）團(tuán)隊(duì)在《Cell》上率先報(bào)道了iPSC的研究。
 

在ES細(xì)胞（胚胎干細(xì)胞）培養(yǎng)條件下，研究者將四種轉(zhuǎn)錄因子Oct3/4、Sox2、c-Myc和Klf4通過(guò)逆轉(zhuǎn)錄病毒載體轉(zhuǎn)入小鼠的成纖維細(xì)胞，使其變成了多能干細(xì)胞。這一發(fā)現(xiàn)意味著未成熟的細(xì)胞能夠發(fā)展成所有類型的細(xì)胞，也由此創(chuàng)立了人工誘導(dǎo)多能干細(xì)胞。這一突破性的研究，也讓山中伸彌與英國(guó)的約翰·戈登榮獲了2012年諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)。足見該領(lǐng)域巨大的發(fā)展前景及國(guó)際科研界對(duì)該領(lǐng)域的重視。
 

2012年諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)獲得者
 

經(jīng)過(guò)不斷技術(shù)優(yōu)化，iPSC已經(jīng)可以從多種體細(xì)胞（包括血液、尿液、皮膚等）中誘導(dǎo)。方便iPSC針對(duì)不同疾病創(chuàng)建基因定制細(xì)胞株，同時(shí)降低免疫排斥風(fēng)險(xiǎn)的優(yōu)勢(shì)，在諸多領(lǐng)域已經(jīng)得到應(yīng)用。
 

目前，iPSC商業(yè)化的方法包括：

>>細(xì)胞治療：iPSC正在多種細(xì)胞治療應(yīng)用中探索，以逆轉(zhuǎn)損傷或疾��；

>>疾病建模：通過(guò)從目標(biāo)疾病患者的組織樣本中生成iPSC并將其分化為疾病特異性細(xì)胞，可以有效地“在培養(yǎng)皿中”創(chuàng)建疾病模型；

>>藥物開發(fā)和發(fā)現(xiàn)：iPSC通過(guò)提供生理相關(guān)細(xì)胞用于化合物識(shí)別、靶點(diǎn)驗(yàn)證、化合物篩選和工具開發(fā)；

>>個(gè)性化藥物：使用CRISPR等技術(shù)可以在多種細(xì)胞類型中精確、定向地創(chuàng)建敲除和敲入（包括單堿基變化）。將iPSC與基因組編輯技術(shù)相結(jié)合，為個(gè)性化醫(yī)學(xué)增加了新的維度。

>>毒理學(xué)測(cè)試：iPSC可用于毒理學(xué)篩選，即使用干細(xì)胞或其衍生物（組織特異性細(xì)胞）評(píng)估活細(xì)胞內(nèi)化合物或藥物的安全性。

iPSC與神經(jīng)退行性疾病

當(dāng)下，包括各種神經(jīng)退行性疾病在內(nèi)的腦相關(guān)疾病，已經(jīng)超過(guò)心血管病和癌癥成為人類健康最大的威脅。過(guò)往神經(jīng)系統(tǒng)疾病的研究技術(shù)瓶頸在于無(wú)法準(zhǔn)確理解變異基因是如何導(dǎo)致疾病的。無(wú)論是動(dòng)物模型還是直接獲取病例組織樣本，都存在缺陷。
 

基于CRISPR/Cas9的功能基因組學(xué)，提升了人類闡明哺乳動(dòng)物細(xì)胞生物學(xué)的能力。然而，以前大多數(shù)基于CRISPR的篩查都是在癌細(xì)胞系中進(jìn)行的，而不是在健康的分化細(xì)胞中進(jìn)行的。
 

通過(guò)阿爾茨海默癥等神經(jīng)退行性患者的組織樣本，借助CRISPR技術(shù)，能夠有效促進(jìn)iPSC衍生神經(jīng)元，然后找出控制與這種疾病相關(guān)的細(xì)胞缺陷的基因，最終確定有效的治療目標(biāo)。因此，iPSC技術(shù)的不斷成熟為神經(jīng)退行性疾病提供了全新的治療手段和巨大的臨床價(jià)值。
 

CRISPRi與iPSC

2019年8月15日，《Neuron》雜志發(fā)表了一篇文章，詳細(xì)描述了加州大學(xué)舊金山分校和NIH科學(xué)家團(tuán)隊(duì)開發(fā)的基于CRISPR干擾（CRISPRi）的平臺(tái)，用于iPSC衍生的人類神經(jīng)元的遺傳篩查，該技術(shù)能系統(tǒng)的改變?nèi)祟惛杉?xì)胞衍生的神經(jīng)元的基因活性，首次將干細(xì)胞衍生細(xì)胞類型和CRISPR篩選技術(shù)成功結(jié)合，可能會(huì)從根本上改變科學(xué)家研究腦疾�。ò�爾茨海默癥、帕金森）的方式。
 

阿爾茨海默�。ˋD）是引起癡呆的最主要原因，它已經(jīng)迅速成為本世紀(jì)負(fù)擔(dān)最重的疾病之一。最新數(shù)據(jù)顯示，到2050年癡呆在歐洲的發(fā)病率將增加一倍，全球范圍內(nèi)發(fā)病率將增加兩倍。由于起病隱匿常被人們所忽略，這種持續(xù)進(jìn)行性發(fā)展的疾病會(huì)嚴(yán)重?fù)p害人的認(rèn)知功能。
 

它的主要癥狀有兩個(gè)：一是β-淀粉樣蛋白在神經(jīng)元細(xì)胞外異常沉積形成的老年斑，二是tau蛋白的異常磷酸化所形成的NFTs（神經(jīng)元纖維纏結(jié)）。
 

Aβ與Tau機(jī)制

雖然目前有多種體外和體內(nèi)模型可幫助研究人員了解上述 AD 的發(fā)病機(jī)理并進(jìn)行臨床前測(cè)試，但是各種模型都有明顯的缺點(diǎn)。理想的疾病模型應(yīng)模仿 AD 的真實(shí)發(fā)展進(jìn)程，展現(xiàn)進(jìn)行性神經(jīng)變性以及淀粉樣斑塊和神經(jīng)原纖維纏結(jié)的形成。
 

因此，技術(shù)不斷完善的iPSC，可以產(chǎn)生AD患者特異的神經(jīng)元，在AD疾病建模領(lǐng)域也迎來(lái)長(zhǎng)足發(fā)展。
 

值得一提的是，iPSC在3D打印領(lǐng)域也取得進(jìn)步，由人的 iPSC 產(chǎn)生類器官—腦類器官，是類似于人腦的體外自組織 3D 結(jié)構(gòu)，是神經(jīng)退行性疾病建模中的有力武器。在阿爾茨海默氏癥的研究中，3D 腦類器官可以重現(xiàn)完整的β淀粉樣蛋白沉積物，tau纏結(jié)和神經(jīng)變性。衷心期望在藥物進(jìn)展緩慢的AD 領(lǐng)域，通過(guò)iPSC在疾病建模領(lǐng)域的優(yōu)勢(shì)，為AD的藥物研發(fā)和疾病機(jī)制帶來(lái)突破。

iPSC攻克癌癥

近年來(lái)，腫瘤免疫治療迎來(lái)突破性進(jìn)展，以抗PD-1單抗為代表的免疫檢查點(diǎn)抑制劑在實(shí)體瘤領(lǐng)域逐步改寫各個(gè)癌種的標(biāo)準(zhǔn)治療方案；CAR-T細(xì)胞療法在血液腫瘤領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)了部分癌種治愈的可能。在帶來(lái)諸多優(yōu)勢(shì)的同時(shí)，如何有效提高患者響應(yīng)人群數(shù)量、提升治療效果、降低耐藥率，也是當(dāng)下腫瘤免疫療法面臨的困境。
 

iPSC衍生的異基因細(xì)胞治療

iPSCs因其獨(dú)特的自我更新特性和基因工程能力，為細(xì)胞治療提供了“無(wú)限供應(yīng)”。從健康捐贈(zèng)者處收集并重新編程為穩(wěn)定的iPSC系，重新編程的IPSC可以被工程化并分化成不同的免疫細(xì)胞，如T細(xì)胞、自然殺傷（NK）細(xì)胞等�？梢杂行�彌補(bǔ)腫瘤免疫療法的缺陷。
 

為異基因治療構(gòu)建NK細(xì)胞

另外，NK細(xì)胞可以通過(guò)基因敲入或敲除進(jìn)行基因修飾，以提高療效，減少宿主排斥反應(yīng)，或增加異基因NK療法的體內(nèi)持久性。近年來(lái)，iPSC-NK細(xì)胞療法發(fā)展迅速。
 

文章來(lái)源：貝殼社