盤點干細胞重要研究成果！治療多種疾病取得了長足進展

【1】Nature：重大突破！我國科學家領(lǐng)銜在世界上首次將人類多能性干細胞轉(zhuǎn)化為8細胞階段全能性胚胎樣細胞

doi：10.1038/s41586-022-04625-0

在一項新的研究中，來自中國科學院等研究機構(gòu)的研究人員在世界上首次宣布發(fā)現(xiàn)了一種無轉(zhuǎn)基因、快速和可控的方法，將人類多能性干細胞轉(zhuǎn)化為真正的8細胞階段全能性胚胎樣細胞（8-cell totipotent embryo-like cell），這就為器官再生和合成生物學的進步鋪平了道路。相關(guān)研究結(jié)果于2022年3月21日在線發(fā)表在Nature期刊上，論文標題為“Rolling back of human pluripotent stem cells to an 8-cell embryo-like stage”。

這些作者利用華大基因研究院的先進單細胞測序技術(shù)來協(xié)助將人類多能性干細胞—早期胚胎細胞的“成體”版本—轉(zhuǎn)化為一種更“年幼的”細胞版本，即8細胞階段全能性胚胎樣細胞。這些8細胞階段全能性胚胎樣細胞重現(xiàn)了人類合子基因組的激活，并保留所有具有發(fā)育潛力的細胞譜系。

這些8細胞階段全能性胚胎樣細胞將來可能能夠用于再生醫(yī)學，以使已經(jīng)生病的人類器官再生，減少世界對器官捐贈的依賴。它們還可以用來產(chǎn)生人工囊胚或類囊胚。此外，它們將有助于研究人類胚胎發(fā)育，幫助治療與發(fā)育有關(guān)的早期疾病，還能防止懷孕失敗。

雖然這種將多能性干細胞轉(zhuǎn)化為囊胚內(nèi)的內(nèi)細胞團樣細胞（inner cell mass-like cell）的技術(shù)已經(jīng)存在了一段時間，但是這項研究是科學家們首次建立了讓多能性干細胞返回到與8細胞胚胎相匹配的人類發(fā)育周期中真正的早期階段的方法，這將有助于擴大對人類早期胚胎發(fā)育的了解。最重要的是，這些作者隨后能夠證實經(jīng)過轉(zhuǎn)化后產(chǎn)生的8細胞階段全能性胚胎樣細胞能夠在體內(nèi)產(chǎn)生胎盤細胞—這是世界上第一次做到這一點。

論文共同通訊作者、中國科學院的Miguel A. Esteban教授、Md. Abdul Mazid博士和Li Wenjuan博士說，“這些8細胞階段全能性胚胎樣細胞僅在3次分裂后就能重現(xiàn)受精卵的胚胎狀態(tài)。與報道的多能性干細胞相比，這些細胞不僅可以分化成胎盤組織，而且有可能發(fā)育成更成熟的器官，這就為全世界數(shù)百萬需要器官移植的患者帶來了好消息。”

【2】Science子刊：人類誘導性多能干細胞可改善眼部視力和血管健康

doi：10.1126/sciadv.abm5559

在一項新的多地點早期階段研究中，來自美國印第安納大學醫(yī)學院和阿拉巴馬大學伯明翰分校等研究機構(gòu)的研究人員研究了新的再生醫(yī)學方法，以更好地管理2型糖尿病的血管健康并發(fā)癥，有朝一日可能支持患有早期視網(wǎng)膜血管功能障礙的糖尿病患者的眼部血管修復(fù)。他們所使用的研究策略包括識別和使用新方法將人類誘導性多能干細胞（hipsC）分化為具有血管修復(fù)特性的特定中胚層細胞亞群。相關(guān)研究結(jié)果發(fā)表在2022年3月4日的Science Advances期刊上，論文標題為“Specific mesoderm subset derived from human pluripotent stem cells ameliorates microvascular pathology in type 2 diabetic mice”。

論文共同第一作者、印第安納大學醫(yī)學院外科系博士后Chang-Hyun Gil博士說，“血管疾病折磨著世界上數(shù)以億計的人。在這項研究中，我們專注于2型糖尿病的視網(wǎng)膜血管。我們的結(jié)果證明了安全、高效和穩(wěn)健地獲得hipsC衍生的特定中胚層細胞亞群可作為一種新的療法來拯救缺血組織和修復(fù)血管疾病患者的血管。這些結(jié)果為早期階段的臨床試驗奠定了基礎(chǔ)。”

在這項新的研究中，這些作者將糖尿病患者和非糖尿病患者的外周血細胞通過基因工程手段重編程為hiPSC，然后將hiPSC分化為特定的血管修復(fù)細胞。在注射到2型糖尿病（T2D）視網(wǎng)膜功能障礙的動物模型后，他們發(fā)現(xiàn)在血管灌注恢復(fù)后，視力和視網(wǎng)膜電圖均有明顯改善。他們猜測hipsC衍生的血管修復(fù)細胞可能作為內(nèi)皮前體細胞的來源，在這些糖尿病動物受試者體內(nèi)顯示出血管修復(fù)特性。

【3】Nat Biotechnol：首次利用干細胞分化出功能完全的胰腺β細胞

doi：10.1038/s41587-022-01219-z

胰島素是一種由胰腺β細胞產(chǎn)生的重要激素。1型糖尿病是由這些細胞的破壞引起的，這導致患者不得不每天多次注射胰島素來補充損失的胰島素。通過移植從腦死亡器官供者的胰腺中分離出來的β細胞，可以恢復(fù)糖尿病患者的胰島素分泌。然而，這種治療方法還沒有被廣泛采用，因為要治愈一名糖尿病患者需要來自至少兩名供者的β細胞。

長期以來，人們一直試圖利用干細胞產(chǎn)生功能性β細胞，這可能使這種療法越來越普遍。然而，到目前為止，由干細胞產(chǎn)生的β細胞還不成熟，對胰島素分泌的調(diào)節(jié)能力較差。這可能是在美國正在進行的基于未成熟的β細胞的臨床試驗中沒有取得突破的部分原因。在一項新的研究中，由芬蘭赫爾辛基大學的Timo Otonkoski教授領(lǐng)導的一個研究團隊進行了開拓性的研究工作，以優(yōu)化由干細胞產(chǎn)生的胰腺β細胞細胞的功能。他們首次證實了干細胞能夠形成在結(jié)構(gòu)和功能上都非常接近正常胰島β細胞的細胞。相關(guān)研究結(jié)果于2022年3月3日在線發(fā)表在Nature Biotechnology期刊上，論文標題為“Functional， metabolic and transcriptional maturation of human pancreatic islets derived from stem cells”。

論文共同第一作者、赫爾辛基大學的研究人員表示，“在我們的研究中，胰島素分泌在由干細胞產(chǎn)生的細胞中得到了正常的調(diào)節(jié)，而且這些細胞對葡萄糖水平變化的反應(yīng)甚至比從器官供者身上分離出來的作為對照的胰島更好。”這些作者在細胞培養(yǎng)物和小鼠研究中都證明了干細胞衍生的β細胞的功能。在小鼠實驗中，他們證實移植到小鼠體內(nèi)的干細胞衍生β細胞開始有效控制它們體內(nèi)的葡萄糖代謝。

【4】PNAS：神經(jīng)干細胞療法聯(lián)合藥物圖卡替尼或有望幫助改善腦轉(zhuǎn)移乳腺癌患者的生存率

doi：10.1073/pnas.2112491119

腦轉(zhuǎn)移是導致乳腺癌患者死亡的主要原因，缺乏臨床試驗以及血腦屏障的存在往往會限制乳腺癌患者的治療；近日，一篇發(fā)表在國際雜志Proceedings of the National Academy of Sciences上題為“Combination of tucatinib and neural stem cells secreting anti-HER2 antibody prolongs survival of mice with metastatic brain cancer”的研究報告中，來自美國西北大學等機構(gòu)的科學家們通過研究將神經(jīng)干細胞與HER2抑制劑藥物圖卡替尼（tucatinib）聯(lián)合使用或能改善HER2陽性乳腺癌腦轉(zhuǎn)移小鼠的生存。相關(guān)研究結(jié)果證實了利用工程化神經(jīng)干細胞來進行腦部腫瘤藥物運輸?shù)挠行裕⒂型麕椭_發(fā)新型有效的治療性手段來抵御HER2陽性乳腺癌患者的大腦轉(zhuǎn)移。

目前研究人員在大約30%的乳腺癌患者中都觀察到了HER2的過表達，而且其還與晚期疾病和患者的總體生存率下降直接相關(guān)；此外，大約50%的HER2過表達的乳腺癌患者都會發(fā)生癌癥中樞神經(jīng)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)移，且患者診斷后的平均生存時間大約為11個月至18個月。盡管化療藥物能改善原發(fā)性乳腺癌和全身性轉(zhuǎn)移癌癥患者的治療效果，但對于中樞神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)生乳腺癌轉(zhuǎn)移的患者而言，目前急需開發(fā)有效的靶向性療法。

研究者Alex Cordero-Casanovas博士表示，全身性的化療制劑針對大腦的滲透性較低，因此我們就需要開發(fā)一種創(chuàng)新性的治療性策略和運輸平臺來改善腦轉(zhuǎn)移癌癥患者的臨床治療結(jié)局。在當前研究中，研究人員就設(shè)計出了一種人類衍生的神經(jīng)干細胞來持續(xù)產(chǎn)生大量抗體，從而抑制HER2的表達，同時還不影響這些干細胞的干性、遷移和腫瘤滋生特性。

當利用神經(jīng)干細胞在體外治療HER2陽性的乳腺癌細胞后，研究者發(fā)現(xiàn)，所分泌的抗HER2抗體或能通過抑制PI3K-Akt信號通路來阻斷腫瘤細胞的增殖，這一通路對于腫瘤細胞生長和生存都非常必要。隨后研究人員通過將腫瘤細胞注射到小鼠的頸動脈中開發(fā)了HER2陽性乳腺癌和腦轉(zhuǎn)移模型，這或許就代表了人類患者疾病的多病灶特性，接下來研究人員給予小鼠注射神經(jīng)干細胞對照、神經(jīng)干細胞抗HER2的神經(jīng)干細胞或安慰劑，并結(jié)合HER2抑制劑藥物圖卡替尼治療，給予小鼠口服24天藥物組合。

【5】Blood & Nat Commun：干細胞研究新發(fā)現(xiàn)！或有望幫助改善多種人類癌癥的治療！

doi：10.1182/blood.2020010447 ? doi：10.1038/s41467-021-27263-y

日前，發(fā)表在國際雜志Blood上題為“Syndecan-2 enriches for hematopoietic stem cells and regulates stem cell repopulating capacity”和Nature Communications上題為“Neuropilin 1 regulates bone marrow vascular regeneration and hematopoietic reconstitution”的兩篇研究報告中，來自西達賽奈醫(yī)學中心等機構(gòu)的科學家們通過研究或有望實現(xiàn)讓癌癥療法變得更加有效，并能縮短患者從放療和化療中恢復(fù)的時間。

在第一篇發(fā)表在Blood上的研究報告中，研究人員發(fā)現(xiàn)，血液干細胞上所表達的特殊蛋白或能幫助識別、研究并部署這些細胞用于療法；醫(yī)學博士John Chute說道，這種名為多配體蛋白聚糖-2(syndecan-2)的特殊蛋白或能識別原始的造血干細胞并幫助調(diào)節(jié)干細胞的功能。血液干細胞往往會少量存在于骨髓和外周血中，即通過心臟、動脈、毛細血管和靜脈流動的類型，于是這些干細胞引起了科學家們的興趣，因為其能產(chǎn)生機體中所有的血細胞和免疫細胞，其通常也能被用于白血病和淋巴瘤患者的治愈性療法。

然而，這種方法面臨著一個重大挑戰(zhàn)，即造血干細胞在人類骨髓和外周血中僅占不到0.01%的比例，而且目前并沒有一種好的方法能將其與其它細胞區(qū)分開，這就意味著，當人們接受骨髓和外周血細胞的輸注時，其僅會獲得極少數(shù)具有治療效應(yīng)的干細胞，以及大量沒有治療效應(yīng)的細胞。為了研究這一現(xiàn)象，研究人員從成體小鼠機體中提取除了骨髓細胞，并通過一種設(shè)備來對樣本進行檢測，這種設(shè)備能根據(jù)細胞表面存在的蛋白來檢測出數(shù)百種不同類型的細胞，這一過程揭示，造血干細胞的表面或許擁有高濃度的多配體蛋白聚糖-2，其或許是一種稱之為硫酸乙酰肝素蛋白多糖(heparan sulfate proteoglycans，HSPGs)的蛋白家族的一部分。

【6】重磅！科學家進行全球首個脊髓損傷干細胞療法臨床試驗！

新聞閱讀：Japan team carries out world-first spinal cord stem cell trial

近日，來自日本慶應(yīng)義塾大學的科學家們表示，他們已經(jīng)成功將干細胞移植到了一名脊髓損傷的患者機體中，而這是科學家們在全球進行了首例此類臨床試驗；目前并沒有有效的療法來治療因嚴重脊髓損傷所致的癱瘓，脊髓損傷僅在日本就影響著超過10萬人的健康。

為此，研究人員就想通過研究來闡明是否利用誘導多能干細胞就能幫助治療脊髓損傷，誘導多能干細胞是通過刺激成熟的、專業(yè)的細胞回歸到幼年狀態(tài)而產(chǎn)生的；隨后研究人員能誘導其成熟為不同類型的細胞，本文研究中，研究人員就使用了誘導多能干細胞所衍生的神經(jīng)干細胞。

該臨床試驗的第一步是將超過200萬個誘導多能干細胞衍生的細胞注射到上個月進行手術(shù)的患者的脊髓中，研究者Masaya Nakamura表示，這或許是一項巨大的進步，在該療法投入使用之前我們還有許多工作需要完成；而該研究的初始階段旨在證實這種干細胞移植策略的安全性。

【7】Cell Rep：科學家成功利用人類誘導多能干細胞開發(fā)出輸卵管類器官 或有望闡明為何卵巢癌好發(fā)于高風險女性群體

doi：10.1016/j.celrep.2021.110146

卵巢癌是美國婦科癌癥死亡的主要原因，部分原因是患者機體的癥狀往往是非常微妙的，大多數(shù)的腫瘤在晚期和擴散到卵巢之前都無法被發(fā)現(xiàn)；據(jù)美國癌癥協(xié)會數(shù)據(jù)顯示，盡管一般的女性終生患卵巢癌的風險低于2%，但攜帶所謂的BRCA-1基因突變的女性的患癌風險則在35%-70%之間。近日，一篇發(fā)表在國際雜志Cell Reports上題為“Human ipsC-derived fallopian tube organoids with BRCA1 mutation recapitulate early-stage carcinogenesis”的研究報告中，來自西達賽奈醫(yī)學中心等機構(gòu)的科學家們通過研究對輸卵管組織進行建模揭示了一種常見卵巢癌的起源，這或許就能幫助他們確定一種基因突變是如何讓女性處于較高的癌癥風險之中，研究者所創(chuàng)建的組織稱之為類器官，其能潛在幫助預(yù)測哪些個體會提前幾年甚至在幾十年后患上卵巢癌，從而就有望幫助研究人員制定早期的預(yù)測和預(yù)防性策略。

面對如此高的幾率，一些攜帶BRCA-1突變的女性會選擇通過手術(shù)切除其乳房、卵巢和輸卵管，盡管其機體可能永遠不會在這些組織中發(fā)生癌變；這篇研究報告中，相關(guān)研究結(jié)果或能幫助臨床醫(yī)生確定哪些女性未來最優(yōu)可能患上卵巢癌，以及哪些人群不會，同時還能幫助尋求阻斷這一過程或治療癌癥的新方法。

研究者Clive Svendsen博士指出，我們使用來自患有卵巢癌且攜帶BRCA-1突變的女性的細胞來構(gòu)建這些輸卵管類器官，我們的數(shù)據(jù)支持了最近的研究，結(jié)果表明，這些患者機體的卵巢癌實際上開始于輸卵管內(nèi)部的癌變，如果我們能在一開始就檢測到這些異常，就有望縮短卵巢癌的發(fā)病時間。為了得到這些研究發(fā)現(xiàn)，研究人員制造了誘導多能干細胞（iPSCs），其能產(chǎn)生任何類型的細胞，首先他們從來自兩組女性的血液樣本開始研究，即攜帶BRCA-1突變的年輕卵巢癌女性患者和健康女性對照組。隨后研究人員調(diào)查了利用ipsCs來產(chǎn)生模擬輸卵管內(nèi)壁的類器官模型，并比較兩組研究對象的類器官。

科學家有望利用干細胞開發(fā)出治療肌肉萎縮癥的新型潛在藥物。

圖片來源：DOI:10.3390/biomedicines9111589

【8】Biomedicines：科學家有望利用干細胞開發(fā)出治療肌肉萎縮癥的新型潛在藥物

doi：10.3390/biomedicines9111589

肌肉萎縮癥描述了一組遺傳性疾病，患者主要會表現(xiàn)為肌肉的進行性變?nèi)鹾屯嘶渲卸攀霞I養(yǎng)不良癥（DMD，Duchenne muscular dystrophy）是最常見的一種肌肉萎縮癥，目前針對DMD并無有效的療法，而且現(xiàn)有的藥物在大多數(shù)情況下僅能減緩患者疾病的進展，從而間接延長患者的生活質(zhì)量。近日，一篇發(fā)表在國際雜志Biomedicines上題為“Orai1–STIM1 Regulates Increased Ca2+ Mobilization， Leading to Contractile Duchenne Muscular Dystrophy Phenotypes in Patient-Derived Induced Pluripotent Stem Cells”的研究報告中，來自日本京都大學等機構(gòu)的科學家們通過研究利用誘導多能干細胞（ips）進行研究揭示，一種作用于儲存操作的鈣離子通道的藥物或能延長肌肉的收縮功能，相關(guān)研究結(jié)果表明，這些通道或許是治療DMD的一種新型的藥物靶點。

圖片來源：DOI: 10.3390/biomedicines9111589

除了作為最常見的一種肌肉萎縮癥外，DMD也是被研究地最多且最充分的一種疾病，其特點表現(xiàn)為蛋白質(zhì)肌萎縮蛋白（dystrophin）發(fā)生了突變，該蛋白功能異常或缺失會導致肌肉在收縮和放松是發(fā)生損傷。最終就會導致患者機體虛弱，且會在不進行人工呼吸的情況下無法呼吸；雖然糾正這些突變的基因療法是DMD治療研究中的“圣杯”，但藥物療法被認為更容易實現(xiàn)一些。

鈣對于維持骨骼健壯非常有益，其對肌肉也非常重要，肌肉的收縮依賴于肌肉中所釋放的鈣離子的激增，然而，這些例子的過載或許是有害的，而且通常與DMD的發(fā)生有關(guān)。研究者表示，目前科學家們普遍認為，鈣離子的過載會調(diào)節(jié)DMD的發(fā)病機制，然而我們并不清楚的是，調(diào)節(jié)鈣離子的過載是否會帶來一定的治療效應(yīng)；其中一個原因就是缺乏實驗性的藥物化合物，這也是研究人員選擇聯(lián)合研究的原因，因為其能獲得并進入大型的藥物數(shù)據(jù)庫中。

【9】Nat Commun：新方法讓人多能性干細胞高效地分化為功能性膽管細胞

doi：10.1038/s41467-021-26764-0

在一項新的研究中，來自加拿大多倫多大學等研究機構(gòu)的研究人員發(fā)現(xiàn)了一種從人多能性干細胞產(chǎn)生功能性膽管細胞（cholangiocyte）的方法，這可能為患有肝病的囊性纖維化患者開辟新的治療途徑。相關(guān)研究結(jié)果近期發(fā)表在Nature Communications期刊上，論文標題為“Generation of functional ciliated cholangiocytes from human pluripotent stem cells”。

雖然眾所周知囊性纖維化是一種肺病，但患者的第二大常見死因?qū)嶋H上是肝病。這是因為囊性纖維化患者會經(jīng)歷膽汁液流量的減少，而膽汁液是由肝臟分泌的，有助于消化和解毒。膽管是在肝臟中發(fā)現(xiàn)的一種管狀結(jié)構(gòu)，將膽汁帶到小腸。膽汁液流動的損失導致肝臟功能紊亂。因此，一些患者需要進行肝臟移植。

圖片來自Nature Communications, 2021, doi:10.1038/s41467-021-26764-0。

論文通訊作者、多倫多大學實驗室醫(yī)學與病理生物學系助理教授Shinichiro Ogawa博士說，“到目前為止，我們還沒有一種很好的科學模型來研究人類肝臟中膽管系統(tǒng)的生理狀況。為了在培養(yǎng)皿中在基本細胞和分子水平上研究一種疾病，我們需要功能性細胞。

我們可以從多能性干細胞中獲得這些功能細胞，這一事實給了我們一種完全不同的評估和治療缺陷細胞的方法。”這些作者產(chǎn)生的膽管細胞具有成熟、功能性膽管細胞的特性。膽管細胞在幾種治療選擇很少的慢性和漸進性肝病中起著作用。這些疾病是約20%的成人肝臟移植和大多數(shù)兒童肝臟移植的原因。

【10】Stem Cells子刊：神經(jīng)干細胞可能是治療新生兒大腦損傷的關(guān)鍵

doi：10.1002/sctm.21-0243

懷孕期間或出生前后的大腦損傷可能會對后代產(chǎn)生終身的影響，包括腦癱和癲癇，但目前尚無治療方法使受傷的新生兒大腦再生。神經(jīng)干細胞（NSC）具有在大腦中定植和再生受損腦組織的潛力。在對這一領(lǐng)域的最廣泛研究回顧中，NSC在減少新生兒大腦損傷方面具有很強的潛力。

NSC是大腦的組成部分。科學家們正在開展研究來確定如何可能利用NSC來促進大腦受傷部位的恢復(fù)。在近期發(fā)表在Stem Cells Translational Medicine期刊上的一篇標題為“Neural stem cell treatment for perinatal brain injury：A systematic review and meta-analysis of preclinical studies”的綜述論文中，澳大利亞哈德遜醫(yī)學研究所的Madelein Smith及其研究團隊分析了所有已發(fā)表的臨床前研究，發(fā)現(xiàn)NSC可以減少大腦損傷并改善大腦損傷后的身體功能。