8周握力提高35%！日本京都大學(xué)最新力證：iPSC可促進(jìn)肌肉萎縮癥恢復(fù)再生

皮膚下的肌肉可能是最為神奇的人體引擎。

它支持著我們走路、跑跳，甚至攀登上陡峭的山峰。也正是這600余塊肌肉的緊密合作，我們的日常行動(dòng)才得以為繼。

然而有這么一群人，從出生就被剝奪了行動(dòng)的權(quán)利，他們患上了一種叫“Ullrich型先天性肌肉萎縮癥（UCMD）”的罕見(jiàn)病，是由人體編碼膠原蛋白Ⅵ（包括COL6A1，COL6A2和COL6A3）發(fā)生基因突變所導(dǎo)致的。

患兒從小就會(huì)出現(xiàn)肌無(wú)力，無(wú)法獨(dú)立行走等問(wèn)題，待到年齡漸長(zhǎng)，他們還得依靠呼吸機(jī)維持夜間呼吸，否則極易因呼吸衰竭而死亡。

更令人絕望的是，作為最嚴(yán)重的COL6相關(guān)肌病，醫(yī)學(xué)界對(duì)此也束手無(wú)策，難道只有眼睜睜地看著疾病愈演愈烈嗎？

11月23日，國(guó)際期刊《Frontiers in Cell and Developmental Biology》（影響因子：6.684）給出了新答案。

△ 研究發(fā)現(xiàn)：干細(xì)胞促進(jìn)患有罕見(jiàn)肌肉疾病的小鼠肌肉恢復(fù)再生

來(lái)自日本京都大學(xué)iPS細(xì)胞研究與應(yīng)用中心（CiRA）的研究者[1]發(fā)現(xiàn)：通過(guò)iPSC衍生的間充質(zhì)干細(xì)胞（iMSC），可以系統(tǒng)性地恢復(fù)膠原蛋白VI合成，幫助UCMD小鼠肌肉再生。這一結(jié)果為有UCMD患兒的家庭點(diǎn)燃了希望。

近年炙手可熱的iPSC細(xì)胞技術(shù)相信大家都有所耳聞。

這項(xiàng)被譽(yù)為“改變世界的偉大技術(shù)”，意味著研究人員可以用機(jī)體的多種不同來(lái)源的細(xì)胞進(jìn)行重新編碼，將它們轉(zhuǎn)化為具有萬(wàn)能分化性的誘導(dǎo)多能干細(xì)胞（iPSC），進(jìn)而分化成干細(xì)胞、神經(jīng)細(xì)胞、或者是其他需要再生的細(xì)胞。

△iPSC技術(shù)正在改變世界。它能量產(chǎn)血小板（左圖上），支持3D打印心臟（右圖上）再生毛囊干細(xì)胞（左圖下），定向分化成T細(xì)胞（右圖下）

此項(xiàng)UCMD實(shí)驗(yàn)中選用的便是iPSC技術(shù)衍生的間充質(zhì)干細(xì)胞（iMSC）。

可能有人會(huì)疑問(wèn)：為何不直接提取自身骨骼肌中的MSCs，反而要經(jīng)iPSC技術(shù)“曲線救國(guó)”呢？

對(duì)此，該研究的Aya Harada博士是這樣考慮的：“雖然源自其他組織的MSCs理論上也能產(chǎn)生膠原VI，但運(yùn)用iPSC可以制備大量具有均勻質(zhì)量的細(xì)胞用于移植。”簡(jiǎn)而言之，iPSC衍生細(xì)胞在“量產(chǎn)”上更具優(yōu)勢(shì)。

而在動(dòng)物模型選擇上，基于前人經(jīng)驗(yàn)，研究者選擇了在敲除Col6a1基因、獲得NSG (NOD酸γ)背景后雜交獲得的Col6a1KO/NSG小鼠。這些小鼠都被安排了腹腔注射5×10?iMSCs。部分小鼠還在第4周進(jìn)行了i.p.加強(qiáng)移植（23G 1ml注射器注射5 × 10?個(gè)iMSCs ）。

待到第8周進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)時(shí)，研究者重點(diǎn)觀測(cè)了這些被安排i.p.移植小鼠，追蹤指標(biāo)為膠原蛋白VI的挽救面積、肌肉的再生情況，同時(shí)也對(duì)線粒體形態(tài)和細(xì)胞凋亡情況，肌肉功能進(jìn)行了檢測(cè)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)：

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△iMSC移植小鼠在8周時(shí)旋轉(zhuǎn)及握力功能均得到改善

但實(shí)驗(yàn)并未到此為止，為了確認(rèn)iPSC衍生iMSC的安全性，在接下來(lái)的20周研究者依舊保持著觀察，而直至實(shí)驗(yàn)結(jié)束，小鼠并未出現(xiàn)不良反應(yīng)或致瘤事件。

綜上所述，iPSC技術(shù)具有治療UCMD的潛力。

在這項(xiàng)研究中，iPSC技術(shù)之所以能夠起效，關(guān)鍵還在于iPSC的全能分化性與抑制細(xì)胞凋亡的特性。

UCMD發(fā)病機(jī)制是由于編碼膠原蛋白Ⅵ（COL6A1-3）上的基因發(fā)生突變，繼而對(duì)膠原蛋白VI的合成、組裝、分泌等產(chǎn)生影響。也就是說(shuō)，在UCMD中，膠原蛋白VI是關(guān)鍵物質(zhì)。

得益于iPSC細(xì)胞的全能分化特性，這群經(jīng)iPSC衍生的iMSC幾乎保持了和骨骼肌原始MSC相似的基因及蛋白表達(dá)水平，同樣能發(fā)揮修復(fù)再生體內(nèi)組織的功能。我們?cè)陔S后的實(shí)驗(yàn)中也能看到，iMSC展現(xiàn)了長(zhǎng)時(shí)間分泌膠原VI的能力，以增強(qiáng)膠原VI恢復(fù)部位的肌肉再生。

△Hidetoshi Sakurai實(shí)驗(yàn)室展示了iPS細(xì)胞如何補(bǔ)充膠原VI以再生患有Ullrich先天性肌肉萎縮癥的小鼠的肌肉。圖片來(lái)源：京都大學(xué)

而在實(shí)驗(yàn)中，UCMD小鼠的線粒體還呈現(xiàn)出異常狀態(tài)，也由此加速了肌肉細(xì)胞的凋亡，這種情況在移植iMSC后得到了改善，這里就要說(shuō)到干細(xì)胞的旁分泌特性了。

△未移植Col6KO/NSG小鼠8周四頭肌的電子顯微照片（A）箭頭處為線粒體異常，移植iMSC小鼠線粒體（B）異常極少

大量實(shí)驗(yàn)證實(shí)：干細(xì)胞可以分泌各類生長(zhǎng)因子、細(xì)胞因子，如血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子（VEGF），肝細(xì)胞生長(zhǎng)因子（HGF），胰島素樣生長(zhǎng)因子等，這些因子都能參與調(diào)節(jié)細(xì)胞微環(huán)境，防止肌肉細(xì)胞提前凋亡。

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前文我們就提到過(guò)，肌肉萎縮其實(shí)是一系列不同病因而導(dǎo)致肌肉力量減退的疾病，所涉病種十分廣泛，除了上述提到的UCMD，還有進(jìn)行性肌肉萎縮癥，脊髓性肌萎縮等，而干細(xì)胞在它們的應(yīng)用治療上也均有建樹(shù)。

脊髓型肌萎縮是一種由脊髓前角運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元變性導(dǎo)致的肌無(wú)力、肌萎縮的疾病，主要是由SMN1基因突變導(dǎo)致，患者主要表現(xiàn)為進(jìn)行性、對(duì)稱性四肢和軀干肌無(wú)力，萎縮，重癥患兒常死于呼吸衰竭。

那干細(xì)胞療法可以治療嗎？2012年《Science Translational Medicine》（影響因子：17.956）發(fā)表一項(xiàng)研究[2]，意大利的科學(xué)家們從SMA患者的皮膚成纖維細(xì)胞產(chǎn)生并經(jīng)遺傳矯正的iPSC細(xì)胞用于自體細(xì)胞療法，他們?cè)谛∈竽Ｐ椭谐晒刂谱×思膊〉倪M(jìn)展。

△經(jīng)基因校正的 SMA-iPSCs 在分化為運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元后可能為 SMA 的治療性移植提供運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元的來(lái)源

研究者之一的米蘭大學(xué)Stefania Corti表示：“理想的脊髓性肌萎縮治療方法將是一種組合治療策略，用分子治療解決遺傳缺陷，用細(xì)胞移植補(bǔ)充性地應(yīng)對(duì)疾病病癥。”

這個(gè)疾病案例發(fā)生在中國(guó)，CCTV-1《人口》欄目曾報(bào)道過(guò)一對(duì)患有”進(jìn)行性肌肉萎縮癥”的雙胞胎兄弟[3]。這種肌肉萎縮也是由于基因缺陷導(dǎo)致的，基本無(wú)藥可醫(yī)。

還好母親蔡麗萍并沒(méi)有放棄希望，她偶然在電視中看到有醫(yī)院正通過(guò)干細(xì)胞移植治療疾病，就與院方取得了聯(lián)系。

在經(jīng)過(guò)從孩子體內(nèi)抽取一定數(shù)量的骨髓干細(xì)胞，進(jìn)行細(xì)胞分離，培養(yǎng)和誘導(dǎo)分化后，這些被寄予厚望的干細(xì)胞被移植回孩子體內(nèi)。

結(jié)果手術(shù)非常順利，在20天之后，雙胞胎中的彬彬就可以靠墻站住，而在接下來(lái)的2年間，經(jīng)過(guò)4次干細(xì)胞移植手術(shù)，兩個(gè)孩子已經(jīng)能走路。

△兄弟兩正在接受康復(fù)訓(xùn)練，這將是一個(gè)漫長(zhǎng)而充滿希望的過(guò)程

干細(xì)胞這項(xiàng)新技術(shù)的應(yīng)用讓他們的癥狀得到緩解與好轉(zhuǎn)，改善了患者的生活質(zhì)量。

隨著全球范圍內(nèi)相關(guān)研究的不斷深入，干細(xì)胞已經(jīng)在多種會(huì)導(dǎo)致肌肉萎縮癥的疾病臨床中展現(xiàn)了其威力，隨著這些“不治之癥”被逐漸攻克，讓罹患肌肉萎縮癥的病患重新站起來(lái)，過(guò)上正常人的生活，將不再是夢(mèng)想。