再生医学干细胞研究的希望与挑战

2017-04-07 来源：国际肝病标签：掌上医生喝茶减肥一天瘦一斤安全减肥 cps联盟美容护肤

摘要：由于诱导多能干细胞更易成为体外疾病模型，利用疾病特异的诱导多能干细胞系，建立药物筛选平台、并导入基因治疗，成为了新药开发和细胞治疗的新方向。

　　古希腊神话中，普罗米修斯为人类盗火种，受到宙斯的惩罚，将其吊在悬崖上，一只秃鹰每天都啄食他的肝脏，第二天，肝脏会重新长出来再被啄食，从而使其遭受无尽的痛苦。在故事中，肝脏具有再生能力，古希腊人也许从战场上了解到肝脏具有自我修复的神奇能力，使其创造的神话故事具有了现实依据。

　　尽管器官再生是长期以来的人类梦想，直到近年来才了解到干细胞是器官再生的基础，干细胞的研究逐渐成为再生医学研究的热点。干细胞是一种具有自我更新及分化成多种特定细胞类型的未分化细胞，临床和临床前研究发现，干细胞可以修复多种受损组织、治疗多种疾病及用于药物的开发。根据其来源，干细胞可分为三种类型：成体干细胞（AES）、胚胎干细胞（ES）及诱导多能干细胞（iPES），这些细胞具有多种分化潜能，最终分化为某一种或多种特定的细胞类型。某种意义上，再生医学的进步取决于对干细胞的分离、培养和处理。

　　成体干细胞中人造血干细胞是第一个被证实的成体干细胞并进入临床应用——干细胞移植。而间充质干细胞在再生医学中的作用越来越重要，间充质干细胞来源广泛，如骨髓、血液、脂肪、脐血等，并可分化成为多种结缔组织。目前全世界有超过120种临床试验（多数I期和II期）了解间充质干细胞在多种疾病中的作用，如软骨、骨、神经、心脏、肝脏等细胞修复。

　　然而成体干细胞临床应用的主要障碍在于数量少，难以识别、分离纯化，且其增殖能力是有限的，胚胎干细胞则能够克服这种缺陷。1981年，首先从小鼠囊胚中分离出胚胎干细胞，而后于1998年首次分离出人胚胎干细胞，而今，于世界细胞库登记的人类永生胚胎细胞系已经超过1000种。人胚胎干细胞可分化成为多种细胞类型，包括肝细胞、神经细胞、视网膜细胞、血细胞、胰岛β细胞、心肌细胞等。人胚胎干细胞用于治疗的有效性和潜在危害正在研究中。值得注意的是，人胚胎细胞来源的少突胶质细胞干细胞能够产生髓鞘，移植到鼠脊髓损伤模型中，可以促进受损组织的修复及运动功能的改善。2010年10月，人胚胎细胞来源的少突胶质干细胞用于人完全脊髓损伤的安全性评价I期临床试验启动。最近，人胚胎细胞来源的视网膜干细胞用于黄斑变性的I期、II期临床试验也已经启动。

　　然而，胚胎干细胞的明显不足在于不能进行患者特异性治疗（自体治疗），那么同种异体受体则需承受排异的风险，患者必须长期服用免疫抑制剂，而这又会带来其他的风险。同时胚胎被破坏则面临着伦理、法律等诸多问题。

　　高度分化的成体细胞可通过核移植、细胞融合及转录因子转染等途径实现重编程，打破稳定分化状态返回到类胚胎干细胞状态，进而再分化形成特异性组织及完整有机体。将这些诱导重编程的转录因子转入成体细胞，即可得到诱导多能干细胞（iPS）。与胚胎干细胞不同，iPS细胞由于不需要毁损胚胎，因而不会涉及到更多的伦理问题，且来源于自身成体细胞还可避免免疫排斥问题。iPS细胞的出现不仅为体细胞重编程去分化机制研究注入了新的活力，而且为疾病发生发展的相关机制的研究与特异性的细胞治疗，特别是再生医学带来新的希望。

　　除了疾病治疗，胚胎干细胞或iPS还开辟了生物医学研究的新的领域，可用于对于正常和疾病组织的发育和功能进行体外研究。利用胚胎干细胞制作的疾病模型又被称为“培养皿上的疾病模型”，尤其适用于那些其他研究方法难以研究的疾病，例如，对于急性儿童淋巴细胞白血病的病因研究，很难对患儿取样本进行分析，因为很多情况下患儿在母亲子宫内就已经患病；而动物模型又不能模拟人的发病情况。不仅如此，体外疾病模型还为药物的大规膜筛选提供了可能。在药物开发过程中，需要进行严格深入的临床前评价，更常见的是需要筛选对心脏、肝脏是否有毒性，而胚胎干细胞可无限量提供心、肝细胞系用于新药的早期试验。

　　已经上市的细胞治疗产品包括：Genzyme Blosurgery（治疗戈谢病）；FIBROCELL、Osiris Apligraf等。Osiris公司的药物Prochymal也称为人类间叶干细胞，是目前世界上第一个并且也是唯一一个国际公认的监管机构获准使用的干细胞治疗药物，可用于治疗儿童急性淋巴细胞白血病骨髓移植后的移植物与宿主病（GvHD），GvHD是一个骨髓移植后发生的具有致死性的并发症，有80%的儿童死于这种疾病。Pyrochymal于2012年获得加拿大卫生部销售许可，目前已经在加拿大与新西兰批准上市，并且通过扩大准入项目（EAP）在包括美国在内的其他7个国家上市。

　　2010年4月29日，美国食品药品监督管理局（FDA）批准Dendreon 公司的Provenge用于治疗晚期前列腺癌患者，该药可通过激发患者自身免疫系统发挥抗肿瘤作用。Provenge是一种自体细胞来源的免疫治疗药物，可以活化免疫细胞、促进其增殖并攻击前列腺癌细胞。Provenge适用于常规激素治疗无效的转移性前列腺癌。

　　干细胞生存的微环境对干细胞的分化起重要作用，包括细胞因子及其受体、化学因子及其受体、细胞外基质、其他细胞的作用，其中基质弹性对干细胞的增殖提供了重要信号。以造血干细胞为例，将鼠或人的造血干细胞接种于独特的弹性生物材料——弹性蛋白原基质上，未分化细胞可以出现2倍~3倍扩张，除了细胞因子对干细胞的作用外，弹性蛋白基质发挥重要的辅助作用，无论是截短的还是交联的弹性蛋白均可使这一现象得到复制，干细胞基质的弹性是促进干细胞增殖的重要机制之一。

　　由于诱导多能干细胞更易成为体外疾病模型，利用疾病特异的诱导多能干细胞系，建立药物筛选平台、并导入基因治疗，成为了新药开发和细胞治疗的新方向。Cell Genesys公司采用腺病毒载体（adeno-associated viral，AAV）基因导入技术将治疗基因导入血友病B动物模型的肝细胞进行治疗，研究人员发现凝血因子Ⅸ水平可迅速得到提高。此项技术主要由一个载体系统组成，该系统可将治疗基因插入到患者肝细胞的DNA中。而且由于凝血因子主要在肝脏合成，将基因直接插入肝细胞中可达到理想的治疗效果。靶向导入技术可以减少患者产生抗凝血因子Ⅸ抗体的机会，从而避免凝血因子Ⅸ受到破坏。

　　尽管干细胞治疗有广阔的应用前景，然而当前仍面临着巨大的挑战。首先是GMP实验室建设成本极高，而治疗的效果又相对不足；同时还存在着异种器官移植的风险。更重要的是伦理、法律方面的挑战。

　　当前在亚太地区的许多国家都在进行细胞治疗的尝试，尽管各个国家的准入门槛不同，但每个国家都建立了相应的监管机构和监管程序，保证安全、标准化的治疗，未来亚太地区将会在细胞治疗这一快速发展的领域中发挥重要作用。