治疗失明、帕金森、心脏病……​这种干细胞真的神通广大？

作者：朱洁滢（中国科学院广州生物医药与健康研究院）

文章来源于科学大院公众号（ID：kexuedayuan）

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2019年，日本大阪大学的眼科专家西田康治（kohji nishida）给一位四十多岁的妇女进行了手术，将角膜干细胞移植到了这位妇女受损的角膜上。就目前来说，术后一个月患者的角膜还是清晰的，并且视力有所改善，已经可以看书读报。

日本大阪大学的眼科专家西田康治（kohji nishida）（图片来源：西田康治个人网页）

这次立功的是诱导性多能干细胞( Induced pluripotent stem cells，iPSCs)。它到底是怎么让患者复明的？目前这种干细胞还有什么用途？

移植角膜 → 移植角膜干细胞

角膜是眼睛前面的透明结构，覆盖着虹膜和瞳孔，正常情况下存在着角膜干细胞，在必要的时候这些角膜干细胞可以进行更新和修复，保持角膜透明，以便光线透入。如果这些角膜干细胞受损无法维持角膜，就会导致视力受损，甚至失明。在西田的这项新技术出现之前，角膜受损的患者只能被动地等待角膜移植，这将是一个漫长而痛苦的过程，平均70个患者中只有1个患者可以得到新的角膜，而干细胞技术为其中一些人带来了光明的希望。

角膜（图片来源：Nature News）

在动物实验成功的基础上，日本卫生部批准西田等人可以进行4例角膜修复手术。需要注意的是，西田等人移植的并非角膜，而是角膜干细胞，这一技术只适用于角膜干细胞缺乏的病人。最近接受手术的这位女士患有角膜缘干细胞缺乏症（LSCD），是一种遗传性的疾病，角膜内的干细胞不断减少，角膜变干发白，导致视力模糊，最终可能失明。

研究人员将iPS细胞培养成为薄薄一层角膜干细胞移植进入了患者的角膜，这些角膜干细胞必须具有自我更新的能力，既能保持静止的干细胞状态，又能产生分化的后代来维持器官（角膜）的平衡，而且这一临床实验是否能得到长期的成功还取决于LSCD患者的角膜缘基质中是否存在正常的功能生态位。

据西田称他们将于今年的晚些时候做第二例手术，并在今后的5年内让更多的人可以接受手术。如果能够投入临床应用，这种方法最终能够在一定程度上缓解角膜移植供不应求的情况。

治疗帕金森、脊髓损伤、心脏病…iPS都在努力

诱导性多能干细胞技术是指通过重编程把体细胞诱导成为多能性干细胞的技术，是2006年由日本京都大学的山中伸弥（Shinya Yamanaka）率先发现的。iPS细胞在形态、基因和蛋白表达、表观遗传修饰状态、细胞倍增能力、类胚体和畸形瘤生成能力、分化能力等方面都与胚胎干细胞相似。山中伸弥也在2012年与英国的John B. Gurdon爵士分享了诺贝尔医学与生理学奖。

iPS细胞的诱导过程

日本京都大学的干细胞科学家山中伸弥（Shinya Yamanaka）（图片来源：https://hot-fashion.click/wp-content/uploads/2015/10/山中伸弥.jpg）

iPS技术不使用胚胎或卵细胞，不存在伦理问题；从患者自身体细胞制备特异性的干细胞，可以大大降低免疫排斥的可能性。iPS技术的出现在干细胞、表观遗传学和生物医学等领域引起了强烈反响，使得人们对多能性的调控机制有了新的认识，进一步缩短了干细胞与临床疾病治疗的距离。iPS技术在细胞替代疗法，发病机制研究，新药筛选和神经系统疾病，心血管疾病等临床疾病治疗方面都具有巨大的潜在价值。

日本在iPS细胞的临床应用探索方面一直走在世界前列，世界上第一例临床应用就在日本。2014年，日本理化学研究所发育生物学中心干细胞研究员高桥正彦（Masayo Takahashi）对一名70多岁的妇女进行iPS来源的视网膜色素上皮细胞的移植，用于治疗老年性黄斑变性（一种导致老年人致盲的眼病）。

日本神户里肯发展生物学中心（cdb）的眼科专家高桥正彦（masayo takahashi）（图片来源：Nature News）

2018年高桥正彦的丈夫、日本京都大学干细胞科学家高桥君的实验小组首次将iPS细胞转化来的神经元前体细胞植入帕金森病患者大脑，这种细胞可以产生神经递质多巴胺【3】。2019年2月日本卫生部批准了一项将iPS应用于治疗脊髓损伤的研究，东京庆应大学干细胞科学家冈野秀树（hideyuki okano）将把iPS细胞诱导成为神经前体细胞，并且将其注射到脊髓损伤患者体内，研究团队将在4个人身上进行实验性治疗，根据效果再决定是否开始更大规模的临床试验【4】。

东京庆应大学（keio university）干细胞科学家冈野秀树（hideyuki okano）

在这个领域，中国科学家也有所行动。根据美国临床试验数据库的注册信息，中国正在进行两个iPS临床实验：一个是南京大学医学院附属南京鼓楼医院、南京医科大学第一附属医院，将用iPS衍生心肌细胞，在慢性缺血性心肌病患者冠状动脉旁路移植术时进行心肌内移植【5】；另一个是北京中医药大学及附属孙思邈医院，将采用iPS分化的心肌细胞移植治疗冠心病、扩张性心肌病和克山病【6】。

但是 临床大规模应用还得等等

虽然已经有了这么多的临床实验，但是短期内指望iPS细胞大规模应用于临床是不现实的。一般将一项科学发现转移到临床和商业应用通常需要大约20年的时间， iPS细胞的应用也会大致遵循相同的轨迹。

即使在iPS细胞被发现的十几年后的今天，研究人员仍然没有完全弄清楚重编程究竟是如何发生的。由于遗传背景或基因表达差异的不同，患者的iPS细胞与健康对照组的iPS细胞在培养过程中也表现得差异很大。和所有的细胞系一样iPS细胞在不同的株系之间也有所不同，这使得在实验中需要建立起严格的控制。

iPS细胞技术的安全性也需要控制。比如，高桥正彦等人准备进行第二例移植手术前，山中伸弥的研究小组在病人的iPS细胞和iPS分化出的视网膜色素上皮细胞中发现了两个小的基因变化，虽然没有证据表明这两种突变与肿瘤的形成有关，但在山中伸弥的建议下他们还是停止了实验【2】。

对于任何的iPS细胞治疗，都需要数年的时间才能找到合适的方法，使合适的细胞类型具有足够的数量和足够的纯度。研究人员必须坚持不懈，耐心工作，并且需要医药行业和政府的大力支持。

总之，iPS细胞并不是魔法，和任何新技术一样，它仍然需要大量的时间和后续的研究才能进入临床应用，造福人类。

所以……现在听到“干细胞治疗xx病”，可要留个心眼哦！

参考文献:

1.Woman is first to receive cornea made from ‘reprogrammed’ stem cells 02 SEPTEMBER 2019

https://www.nature.com/articles/d41586-019-02597-2

2.Japanese woman is first recipient of next-generation stem cells 12 September 2014

https://www.nature.com/news/japanese-woman-is-first-recipient-of-next-generation-stem-cells-1.15915

3.‘Reprogrammed’ stem cells implanted into patient with Parkinson’s disease 14 NOVEMBER 2018

https://www.nature.com/articles/d41586-018-07407-9

4.22 FEBRUARY 2019

‘Reprogrammed’ stem cells to treat spinal-cord injuries for the first time https://www.nature.com/articles/d41586-019-00656-2

5.https://www.clinicaltrials.gov/ct2/show/NCT03759405?term=ips+cells&cntry=CN&rank=2

6.https://www.clinicaltrials.gov/ct2/show/NCT03759405?term=ips+cells&cntry=CN&rank=2

伍林, 欧阳兆辉, 曹淑超, 易德莲, 孙少学 & 刘峡. (2005). 拉曼光谱技术的应用及研究进展. 光散射学报, 180-186.