干細(xì)胞療法：從神話到現(xiàn)實

撰文：徐 瀟

來源：醫(yī)學(xué)參考報

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干細(xì)胞包括各種具有自我更新和分化特性的細(xì)胞。干細(xì)胞移植用于臨床疾病的治療已有幾十年歷史，所涉及細(xì)胞包括成體干細(xì)胞（如造血干細(xì)胞、間充質(zhì)干細(xì)胞）以及多能干細(xì)胞（如人類胚胎干細(xì)胞和誘導(dǎo)多能干細(xì)胞）。從第一例干細(xì)胞移植到現(xiàn)在，干細(xì)胞領(lǐng)域發(fā)生了巨大變化。第一代是基于成體干細(xì)胞的療法，是臨床使用的第一代干細(xì)胞。第二代是基于多能干細(xì)胞的療法，則代表了第二代干細(xì)胞。

基于這兩代干細(xì)胞療法的不足，科學(xué)家們通過細(xì)胞工程技術(shù)進(jìn)行了改造，大大擴(kuò)寬了干細(xì)胞的治療用途。本文首先概述了開發(fā)新一代干細(xì)胞治療的關(guān)鍵工具，然后討論新一代干細(xì)胞在腫瘤、基因治療、組織修復(fù)等方面的應(yīng)用。

1 基于“編輯工具”的干細(xì)胞

病毒介導(dǎo)的干細(xì)胞轉(zhuǎn)導(dǎo)

病毒介導(dǎo)的外源基因轉(zhuǎn)導(dǎo)可用于驅(qū)動干細(xì)胞表達(dá)其通常不表達(dá)的蛋白質(zhì)（如前藥轉(zhuǎn)換酶、嵌合抗原受體等）。轉(zhuǎn)基因也可用于過表達(dá)干細(xì)胞中的某類蛋白（如具有營養(yǎng)或修復(fù)作用的生長因子）。

研究人員通常將某特定基因通過RNA 逆轉(zhuǎn)錄病毒（如丙型反錄病毒、慢病毒）， 整合到基因組中，令其在細(xì)胞中穩(wěn)定、長期表達(dá)。然而，技術(shù)也存在一定的風(fēng)險，如可能會存在破壞了抑癌基因的功能的概率，導(dǎo)致腫瘤的發(fā)生。

其他工具還包括仙臺病毒、腺病毒、腺相關(guān)病毒（AAV）DNA或RNA的核切和電穿孔、納米顆粒和脂質(zhì)體及陽離子聚合物。然而，這些工具要么只能暫時讓細(xì)胞表達(dá)某個基因，要么轉(zhuǎn)染效率低。相對來說，第三代自滅活慢病毒的安全性和長期轉(zhuǎn)基因表達(dá)能力支持了它們在新一代干細(xì)胞治療中的應(yīng)用。

基因編輯工具

基因編輯能夠?qū)μ囟ǖ幕蚪M位點進(jìn)行靶向編輯，可用于糾正或功能性補(bǔ)償基因突變，敲除內(nèi)源基因等。基于核酸酶的基因編輯系統(tǒng)，常用的有鋅指核酸酶（ZFNs）、轉(zhuǎn)錄激活子樣效應(yīng)核酸酶（TALENs）和CRISPR-Cas系統(tǒng)。

ZFNs和TALENs通過特異的DNA結(jié)合蛋白與DNA靶位點結(jié)合，在非特異性的核酸酶FokⅠ的作用下引起生物基因組靶位點DNA雙鏈斷裂。而CRISPR-Cas9則通過小分子向?qū)NA以堿基互補(bǔ)配對方式與DNA序列靶位點結(jié)合，引導(dǎo)Cas9蛋白到靶位點并對DNA產(chǎn)生剪切作用，從而造成基因組靶位點DSBs，形成的DSBs會啟動真核細(xì)胞DNA修復(fù)機(jī)制。

ZFNs和TALENs合成和組裝程序較為復(fù)雜，而設(shè)計相對簡單的CRISPR-Cas系統(tǒng)在問世后迅速得到推廣，然而該技術(shù)存在脫靶編輯的可能。因此，為了使這項技術(shù)在臨床應(yīng)用中更加安全，針對CRISPR脫靶效應(yīng)的檢測至關(guān)重要。

其他工具

除了基因治療和基因編輯，其他工具正在被用于創(chuàng)建和改進(jìn)新一代干細(xì)胞，包括光遺傳學(xué)、化學(xué)遺傳學(xué)。光遺傳學(xué)利用光反應(yīng)蛋白激活細(xì)胞內(nèi)信號通路，控制外源性基因表達(dá)、誘導(dǎo)內(nèi)源性基因轉(zhuǎn)錄。在干細(xì)胞治療中具有潛在的臨床應(yīng)用價值?；瘜W(xué)遺傳學(xué)則是利用化學(xué)物質(zhì)控制體內(nèi)細(xì)胞活性，在帕金森病及癲癇的臨床前動物模型中有良好的表現(xiàn)。

2 基于“藥物遞送”的干細(xì)胞載體

干細(xì)胞具有天然趨向腫瘤轉(zhuǎn)移的特性，因此可以作為藥物遞送載體。科學(xué)家們將抗癌藥物包裹于干細(xì)胞內(nèi)，使其更易進(jìn)入腫瘤或趨近腫瘤，同時也可以降低抗癌藥物的全身性毒性。

目前，神經(jīng)干細(xì)胞（NSC）和間充質(zhì)干細(xì)胞（MSCs）已被應(yīng)用于遞送抗腫瘤藥物。第一，免疫原性低，第二，具有腫瘤趨向性，這些干細(xì)胞會根據(jù)腫瘤分泌的化學(xué)引誘劑、血管生成因子或炎癥信號向其遷移。最有前景的方法，當(dāng)屬通過干細(xì)胞裝載前藥轉(zhuǎn)化酶、凋亡誘導(dǎo)劑或溶瘤病毒（OVs）來治療腫瘤。

遞送前藥轉(zhuǎn)化酶

在腫瘤治療中，通過干細(xì)胞遞送前體藥物轉(zhuǎn)化酶到腫瘤部位，可促進(jìn)無毒的前體藥物在局部轉(zhuǎn)化為細(xì)胞毒性形式，減少藥物潛在的毒副作用。這種方法當(dāng)然也有挑戰(zhàn)，前提就是需要制造大量具有腫瘤趨向性的干細(xì)胞。目前，已有多項臨床試驗在進(jìn)行，作為治療難治癌癥的藥物輸送工具。

遞送凋亡誘導(dǎo)劑

干細(xì)胞也可用來遞送凋亡誘導(dǎo)劑，用于治療惡性腫瘤（腦腫瘤、非小細(xì)胞肺癌和胰腺癌）。大名鼎鼎的干細(xì)胞胞外囊泡（EVs），也可被作為一種用于遞送凋亡誘導(dǎo)劑和抗癌藥的工具。因為不涉及干細(xì)胞體內(nèi)復(fù)制，避免了腫瘤產(chǎn)生的潛在風(fēng)險。干細(xì)胞胞外囊泡，不僅比使用干細(xì)胞本身具有安全優(yōu)勢，與合成脂質(zhì)體或納米顆粒相比，其免疫原性更低。

遞送溶瘤病毒

溶瘤病毒（Oncolytic viruses，OVs）可利用細(xì)胞表面標(biāo)志物侵入到腫瘤細(xì)胞中，選擇性殺傷癌細(xì)胞。然而OVs會觸發(fā)機(jī)體的抗病毒免疫，限制其功能的發(fā)揮，通過干細(xì)胞包裝OVs可避免上述問題。目前，基于溶瘤病毒技術(shù)的干細(xì)胞療法臨床試驗有兩項：一項是基于溶瘤病毒技術(shù) NSC 療法（NCT03072134）處于 I 期臨床試驗，用于治療惡性神經(jīng)膠質(zhì)瘤；另二項是基于溶瘤病毒技術(shù) MSCs 療法臨床試驗（NCT02068794），用于治療復(fù)發(fā)性卵巢癌。

3 基于“基因工程”的干細(xì)胞療法

干細(xì)胞本身可作為治療藥物，用于免疫腫瘤學(xué)、組織修復(fù)和遺傳性疾病治療等多種用途（目前，在腫瘤治療和遺傳病方面，造血干細(xì)胞的基因改造比較常見）。在腫瘤治療方面，干細(xì)胞可提供長期抗原特異性免疫，且通過細(xì)胞分化可為腫瘤患者提供現(xiàn)成的抗原特異性免疫治療。在組織修復(fù)方面，干細(xì)胞可過表達(dá)神經(jīng)營養(yǎng)因子、抗炎細(xì)胞因子或血管生成因子，以促進(jìn)因損傷或疾病而受損的組織的愈合和恢復(fù)。在遺傳性疾病中，干細(xì)胞則被用于糾正致病突變。

因此，需找到合適的基因工程改造方法，才能確保整個治療的安全性，同事使干細(xì)胞保持必要的持久性，達(dá)到足夠的治療效果。

抗原特異性免疫激活

過繼性細(xì)胞療法已探索數(shù)十年，表達(dá)抗原特異性TCR或CAR的工程化T細(xì)胞在血液腫瘤治療上，臨床效果顯著，其開發(fā)在如火如荼進(jìn)行中。TCR和CAR技術(shù)不僅可直接用于免疫細(xì)胞改造，也應(yīng)用于直接改造干細(xì)胞中（諸如包括造血干細(xì)胞，間充質(zhì)干細(xì)胞和多能干細(xì)胞等）。與CAR免疫細(xì)胞相比，CAR-造血干細(xì)胞的優(yōu)勢在于可以延長抗原特異性免疫反應(yīng)效果，擴(kuò)大其在治療艾滋病和實體瘤中的應(yīng)用。

內(nèi)源性組織修復(fù)

經(jīng)過改造的干細(xì)胞本身可作為治療藥物，通常是通過自身過表達(dá)神經(jīng)營養(yǎng)因子、趨化因子、抗炎癥分子、血管生成因子，有助于組織恢復(fù)和內(nèi)源性修復(fù)，通常用于治療中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病（慢性缺血性中風(fēng)和創(chuàng)傷性腦損傷）、心臟病、動脈粥樣硬化等疾病中。

基因治療

基因治療旨在為具有遺傳突變疾病的患者提供功能正常的基因替代物。目前，造血干細(xì)胞基因療法是臨床研究的重點領(lǐng)域，可作為治療遺傳性血液病、原發(fā)性免疫缺陷等疾病的可選途徑。除造血干細(xì)胞外，治療遺傳性疾病的干細(xì)胞基因療法也在探索中。大皰性表皮松懈皮膚病的基因治療就是其中一種。

4 文末小結(jié)

干細(xì)胞領(lǐng)域在過去的60年里發(fā)展迅速，從基于原始干細(xì)胞的第一代干細(xì)胞到基于多能干細(xì)胞的第二代干細(xì)胞，雖然它們的臨床應(yīng)用潛能巨大，然而不同類型的干細(xì)胞也存在一定的不足，阻礙了其臨床應(yīng)用。

目前正在臨床試驗的新一代干細(xì)胞包括腫瘤親和性的MSCs和NSC， 用于遞送前體藥物轉(zhuǎn)化酶以及新型抗腫瘤藥物治療腫瘤。表達(dá)抗原特異性TCRs或CARs的HSC用于防止癌癥復(fù)發(fā)或艾滋病毒感染正在進(jìn)行臨床試驗；經(jīng)過基因編輯的HSC正在血紅蛋白病或艾滋病毒患者中開展臨床試驗，以確定改造后的干細(xì)胞在體內(nèi)是否長期有效?；瘜W(xué)發(fā)生和光發(fā)生的手段可用于控制改造后的干細(xì)胞衍生物在體內(nèi)的命運轉(zhuǎn)歸及活性的方法。

盡管目前新一代干細(xì)胞的應(yīng)用還存在許多生產(chǎn)及管理上的問題，但隨著技術(shù)的發(fā)展，未來新一代干細(xì)胞在臨床治療上將大有可為。

（本文來源于《醫(yī)學(xué)參考報》干細(xì)胞與再生醫(yī)學(xué)頻道）（ID ：yxckbsc2020040801）

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