《新英格兰医学杂志》综述：干细胞疗法

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    2019年5月2日，《新英格兰医学杂志》（NEJM）发表综述“Stem Cells in the Treatment of Disease”，详细介绍了目前干细胞在疾病治疗领域的具体应用及所面临的挑战。这是继2018年发表多篇评论文章后（参见《魏于全院士评NEJM：中美两国在干细胞治疗监管上面临相同挑战》 和Balancing Safety and Innovation for Cell-Based Regenerative Medicine. N Engl J Med 2018; 378:954-959），NEJM再次关注干细胞治疗领域。
/ g+ _& D; W( q    该综述由干细胞领域的国际知名专家美国哈佛医学院院长Goege Daley教授以及斯坦福大学医学院Baxter Laboratory for Stem Cell Biology主任Helen Blau教授共同撰写。
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图1. 干细胞的类型
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& w& i1 @% ]6 ^: ^# x3 H. E    具有自我更新和特定组织修复能力的组织特异性“成体”干细胞驻留在某些组织中，例如表皮、角膜缘组织、骨骼肌和血液。多能干细胞（PSC）包括来源于胚泡的胚胎干细胞（ESC）和人诱导多能干细胞（iPSC），产生iPSC的方法是在培养基内，在容易获得的细胞（例如血液、皮肤或尿液中的细胞）中使四种转录因子超表达，从而使这些细胞永生。患者特异性人iPSC可在体外广泛增殖并分化成不同的细胞，例如心肌细胞或神经元，以便在细胞中建立疾病模型、筛选药物、在疾病的临床前小鼠研究中检验功能，并最终应用于临床。我们也可通过候选药物刺激内源性组织特异性干细胞的扩增和功能，以增强组织再生。; _& e: \/ U$ V& \: p( D
    目前，干细胞治疗的疾病模型主要集中在皮肤（图2）、心脏（图2）、眼睛（图3）、骨骼肌（图3）、神经组织（图4）、胰腺（图4）、血液等方面（图4）。6 Y4 o7 Q( c$ @, V# c  F5 H
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图2. 靶向皮肤和心肌/ _8 N4 ]5 s: F7 m4 S

; h9 [' c+ W1 v: a( oLAMB3（编码层粘连蛋白组分[层粘连蛋白-332]）突变引起一位7岁儿童患交界型大疱性表皮松解症。从其表皮无水疱区域鉴定、分离和培养了一组自我更新的角质细胞干细胞（全克隆），然后用携带“置换”LAMB3的逆转录病毒转导这些细胞（图A）。将转基因表皮移植回患者，其皮肤的完整性显著改善。研究者在猕猴中开展了一项小型非随机研究，将分化成心肌细胞的人ESC注射到梗死区及其周围。在接受干细胞疗法的猕猴中，注射后4周观察到左心室射血分数（LVEF）增加，但也检测到心律失常。* o) F, }1 K( C  {& N7 s4 j2 E5 `

" K* O% X% ]  F) B图3. 靶向视网膜、角膜和肌肉组织4 P, L, a! j- N: s
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    在一项临床试验中，ESC被分化成视网膜色素上皮细胞（RPE），并以补片形式递送，用于治疗老年性黄斑变性（AMD）（图A）。在涉及角膜的操作中，从患者健康眼的角膜缘组织获取自体组织特异性干细胞，在纤维蛋白基质（接触镜）上培养，用于移植，以替代因化学烧伤而受损的对侧眼的混浊角膜（图B）。在治疗进行性假肥大性肌营养不良（图C）的临床试验中，含有“置换”基因的腺相关病毒载体（AAV）以全身性途径递送到患者体内。我们仍在等待试验结果（ClinicalTrials.gov注册号：NCT03368742、NCT03375164、NCT03362502）。目前正在动物模型中研究进行性假肥大性肌营养不良的另外一种治疗方法，具体操作是递送经基因修正的组织特异性卫星细胞干细胞或者iPSC或ESC来源的肌肉干细胞（MuSC），这将补充干细胞库并恢复肌纤维内肌养蛋白的表达。EMA表示欧洲药品管理局。- w  V5 T/ n" A( F$ E7 {
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图4. 靶向脑部，替代beta细胞，生成血细胞0 L  M. W$ j( c. m3 i, C# k0 n
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研究者已经将人iPSC来源的多巴胺能神经元祖细胞注射入食蟹猴（也称为长尾猕猴）壳核，用于治疗帕金森病（图A）。细胞可存活，并且轴突延伸入宿主纹状体内。人胚胎干细胞来源的神经元祖细胞表现出类似行为。培养的胚胎干细胞分化成对葡萄糖有反应，且分泌胰岛素的beta细胞祖细胞，然后使用胶囊将其封装，防止免疫破坏（ClinicalTrials.gov注册号，NCT02239354）（图B）。研究者已经使用多能干细胞（iPSC和ESC）在体外条件下和小鼠体内产生多种血细胞（图C）。EMA表示欧洲药品管理局，NK表示自然杀伤细胞。& l  n1 @& c& M: h: Q7 Q

. K7 ^" n& j* k  H' v* p表1. 多能干细胞临床应用中面临的挑战0 m" O! v! _$ q: j$ R) i* ~. T
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除了技术性的问题，一个更普遍的担忧是直接面向消费者的干细胞疗法（尤其是在互联网上）的迅速增长，而其有效性尚未在全面医学审核中得到证实。这些疗法往往存在伦理问题，对患者健康有直接危险，并有可能破坏干细胞研究领域。
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3 V6 `6 Y8 i* o! t  X6 X- v: {   此外，患者特异性自体iPSC（不再需要终生接受免疫抑制治疗）的理想治疗场景可能永远无法实现。确保每个细胞系的质量控制需要大量成本和时间，而且急性疾病（例如脊髓损伤或心肌梗死）有立即治疗的需求，这些因素使得个体化细胞疗法不切实际。持续免疫抑制与疾病和感染风险增加相关。因此，细胞替代疗法的广泛应用必须等到我们建立起HLA匹配的主细胞库（主细胞库将作为“通用”同种异体供者细胞的储存库），或者等到我们发明出使移植组织发生免疫耐受的改进策略。' Z0 Y, X& R! p" n5 n- h
   生物技术发展成熟的过程通常缓慢，需要几十年才能转化成可靠的治疗手段。但我们仍然相信，多能干细胞面临的障碍将被战胜，它将继续在疾病治疗领域发挥作用。# B% W% L, f/ r! H# J" d) V