诱导多能干细胞（iPSc）在退行性疾病治疗中的应用

研究人员就可以从人类早期胚胎中分离得到胚胎干细胞，由于其具有可在体外扩增及分化成多种类型成体细胞的潜能，为组织修复与再生带来了新希望，然而人类胚胎干细胞存在的道德伦理问题，限制了研究人员对其研究及使用。

分别证明了植物成体细胞、动物成体细胞核具有全能性，即成熟的植物体细胞及动物体细胞细胞核具备发育成完整个体的能力。2006年，日本科学家Shinya Yamanaka率先使用四个转录因子的组合将小鼠这种哺乳动物的成体细胞逆转成类似小鼠3.5天囊胚内细胞团细胞（小鼠始发态多能干细胞）样的细胞，即诱导多能干细胞（induced pluripotency stem cells，iPSCs），时隔一年，该课题组又获得了成纤维细胞来源的人类诱导多能干细胞（human induced pluripotency stem cells，hiPSCs），部分解决了干细胞在疾病治疗中的伦理问题。随后研究人员又优化出多种体细胞重编程方法。体细胞重编程技术的建立，不仅为干细胞生物学的体外研究提供了平台，也为再生医学的发展奠定了坚实基础，联合基因编辑技术、体外类器官3D培养技术，iPSCs可应用于疾病模型构建、药物筛选及细胞治疗等多个方面。

衰老是生命自然发展过程中伴随发生的一种组织器官功能减退的慢性综合征，常伴随各类退行性疾病的发生，例如神经退行性疾病，常见有阿尔茨海默病（AD）、亨廷顿病、肌萎缩侧索硬化症（ALS）等；眼睛相关退行性疾病，常见有黄斑变性、糖尿病视网膜病变、黄斑营养不良等；关节相关退行性疾病，常见有骨关节炎，创伤性关节炎等。中国的人口老龄化增速逐年提高，人口老龄化比例在全球已处于中上水平，2021年中国65岁以上人口已达2亿，占比14.2%，2021年中国人口平均预期寿命达78岁，随着医疗水平和群众健康意识的提高，未来仍有较大空间。人口老龄化比例的持续上升伴随着新生儿出生比例的不断下降，如何提高老年人生存质量是亟待解决的问题，如何减缓甚至逆转人体老化趋势，是再生医学领域面临的新挑战。已有众多研究人员对iPSCs在神经相关退行性疾病中的应用进行了描述，本文主要总结了iPSCs在眼睛及关节相关退行性疾病的治疗及疾病模型构建中的部分进展，具体内容如下。

一、iPSCs治疗衰老相关退行性疾病中的应用

随着全世界人口老龄化加剧，罹患各类退行性疾病的人口基数也在逐年增加，iPSCs在其中的应用价值也凸显出来，其主要可包括四个方面的应用，其一是利用患者或健康个体来源的iPSCs，在体内或体外进行诱导分化，使其形成某具体退行性疾病中所需要的成体细胞类型，通过手术移植等方法回输到患者体内，起到细胞替代治疗的作用；其二是利用iPSCs诱导得到特殊种类的细胞，可优化该退行性疾病相关器官或组织所在位置的微环境，从而抑制或者减缓该疾病进一步发生发展；其三是利用iPSCs构建该疾病的疾病模型，也可进一步辅助类器官诱导培养技术，在体外筛选可用于治疗或改善相应疾病的药物分子，并且可做到个性化针对性筛选；其四是可将衰老患者的细胞取出，通过重编程方法得到与患者基因型一致并可在体外扩增的iPSCs，辅助遗传学研究手段，探索疾病内在发生机制，筛选疾病早期标记，起到早介入、早干预的作用。目前研究人员已将iPSCs应用于多种退行性疾病的治疗，为应对老龄化浪潮的到来提供了新支持。

二、iPSCs治疗黄斑病变的研究进展

眼睛是一种免疫豁免型器官，基本免于自身免疫系统的攻击，因此也是干细胞治疗的理想靶器官，黄斑变性是一种眼内发生，且与衰老相关的严重视网膜退行性疾病，发病患者群面临较大的失明风险，主要与遗传因素、自然衰老及环境影响相关，现有药物及手术治疗方法均未能达到理想治疗效果。2017年，第一例使用iPSCs治疗老年性黄斑病变的案例被发表，研究人员将视网膜黄斑病变患者来源的皮肤细胞，诱导成iPSCs， 再于体外进行分化，形成视网膜色素上皮细胞，手术移植到患者视网膜下间隙。虽然这项研究并未对患者的眼部视力情况起到明显改善作用，但在随后的25个月随访中并未发生严重不良事件，例如视网膜脱落及严重视网膜出血，也未检测到免疫排斥及肿瘤发生，此项研究极大增强了研究人员对iPSCs治疗眼部疾病的信心。在2015年，先后有两个课题组报道了直接将人胚胎干细胞悬液注射进患者视网膜下间隙治疗黄斑病变等眼底疾病，部分患者视力得到明显改善，然而2018年的一篇报道中，研究人员使用类似方法治疗晚期黄斑病变患者，患者视力并未得到明显改善。2023年报道的一项Ⅰ期临床试验中，研究人员将人胚胎干细胞来源的视网膜色素上皮细胞悬液注射进患者视网膜下间隙，也并未改善患者视力情况。考虑到视网膜结构的特殊性，研究人员开始联合可生物降解材料及治疗用细胞，使其形成单层结构再移植到视网膜下间隙，先后有两个课题组报道了这种新的移植方法的有效性，均可以改善患者视力情况。在细胞治疗中，使用不同的外科手术方法，也会对患者的治疗效果产生不同影响。iPSCs在视力相关退行性疾病中的应用研究，研究人员已经做出了多种尝试，有些已进入Ⅲ期临床试验阶段，相信在不久的将来，iPSCs疗法将成为治疗黄斑病变等眼部疾病的优选方案。

三、iPSCs在骨关节炎疾病模型构建中的研究进展

骨关节炎也是一种衰老相关的退行性疾病，全世界约有2.5亿人饱受骨关节炎的困扰，有研究报道向关节腔内注射衰老软骨细胞可导致骨关节炎发生，伴随着衰老的进程，关节软骨中的衰老细胞数量逐步积累。关节负重过载或机械应力、炎症环境、氧化应激、代谢或能量短缺、自噬、肥胖、衰老等均可导致骨关节炎的发生，目前主要通过药物或免疫疗法治疗骨关节炎。然而药物治疗靶点较为单一，在骨关节炎这种多因素疾病上的治疗效果甚微，且大多只有短期疗效，不同个体间治疗效果差异较大，基于iPSCs的细胞替代疗法及疾病模型构建已被验证是个性化再生医学治疗中的强大手段，为高通量药物筛选平台构建提供了前所未有的机会，或可给骨关节炎治疗带来新希望。2011年已有研究组获得了骨关节炎患者来源的iPSCs，随后有多个课题组从患者来源的iPSCs中发现了许多新的与骨发育相关的基因突变，通过体外分化后的细胞功能研究，证实了这些突变与骨关节炎的发生发展相关。为进行体外建模，研究人员发展出了多种将iPSCs定向分化成软骨细胞的方法，主要是利用间充质干细胞或软骨细胞共培养辅助生长因子处理，或者借助EB的自然分化得到软骨细胞，二维培养得到的软骨细胞由于缺少组织结构，细胞形态也不成熟，常见的三维培养方法有辅助生物工程支架培养及三维类器官培养。生物工程支架主要功能为模仿胞外基质，给细胞提供空间信息，常见材料有水凝胶、纳米纤维及细胞组织提取物。三维类器官培养主要是利用细胞的体外自组装能力，由于其操作的便捷性，有很大潜力成为药物筛选和个性化医疗的主流。现已有课题组联合三维生物打印技术与细胞共培养技术产生了一些与自体软骨移植类似效果的软骨样组织。骨关节炎是一种系统性的疾病，涉及到多种细胞类型及细胞微环境，利用三维空间建模的方法更有助于软骨细胞的分化及疾病模拟。

四、iPSCs治疗退行性疾病的优势与挑战

可诱导产生hiPSCs的起始细胞来源广泛，常见的有皮肤细胞、血细胞以及尿液细胞，为避免移植细胞的癌化，研究人员已经开发出多种诱导方法，例如使用非整合型方法转入多能性诱导因子及避免癌基因的使用等，其中，纯化合物诱导获得iPSCs 的方法使得iPSCs应用的安全性得到进一步保障。相较于胚胎干细胞，iPSCs的使用不仅一定程度上避免了伦理问题，也大程度地避免了免疫排斥反应。使用患者来源的iPSCs进行疾病模型构建，相较于使用动物模型具有显而易见的优势，也为个性化医疗带来了新曙光。然而，由于iPSCs具有的无限增殖及分化能力，且研究人员对其内在的细胞命运调控机制研究仍存在较大空缺，其使用安全性仍需考虑。世界范围内暂无标准的iPSCs评估及临床使用规范，配套的外科手术移植方法也需要进一步提高。此外，目前研究人员使用的iPSCs体外诱导分化方法效率较低，得到的细胞具有异质性高且功能不成熟等特点，各类体外诱导分化策略也有待改善。对于iPSCs在衰老相关退行性疾病的应用，需要基础研究及应用研究的共同努力。