诱导多能干细胞

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诱导多能干细胞(Induced Pluripotent Stem Cells,简称 iPSC 或 iPS 细胞)是一类通过向成熟体细胞(如皮肤成纤维细胞、外周血单核细胞)导入特定的山中因子(Oct3/4, Sox2, Klf4, c-Myc),经重编程(Reprogramming)而获得的具有类似胚胎干细胞(ESC)发育全能性的干细胞。

iPSC 技术的出现是生物学历史上的里程碑,它打破了“细胞分化不可逆”的教条。与 ESC 相比,iPSC 最大的优势在于不涉及破坏人类胚胎(无伦理争议)且可来源于患者自身(无免疫排斥风险)。目前,iPSC 已成为构建通用型(Off-the-shelf)CAR-NK 和 CAR-T 细胞产品的核心平台技术。

iPSC · 诱导多能干细胞
Somatic ➔ Pluripotent (点击展开)
                   核心特征:无限增殖 + 多向分化
发明人 山中伸弥 (2006)
起始细胞 成纤维细胞, PBMC, 尿液细胞
核心因子 OSKM (Oct3/4, Sox2, Klf4, c-Myc)
主要优势 无伦理问题, 可自体移植
细胞命运的“时光倒流”

iPSC 的制备过程本质上是一次表观遗传学(Epigenetics)的重塑。体细胞处于分化的终末端,其基因组被甲基化修饰“锁定”。导入山中因子后,发生了以下关键变化:

  • 沉默体细胞基因: 原有的特异性基因(如皮肤细胞的角蛋白基因)被关闭。
  • 激活多能性网络: 内源性的 Oct3/4Nanog 等基因被重新唤醒,细胞核形态发生变化,染色质变得松散。
  • 获得端粒酶活性: 细胞重获无限增殖能力,端粒长度恢复至胚胎水平。
终极对决:iPSC vs 胚胎干细胞
比较维度 iPSC 的优势与劣势
伦理来源
• 优势:来源是皮肤或血液,完全规避了破坏人类胚胎的伦理红线,这是其能获得诺奖的关键。
免疫原性
• 优势:可实现自体移植(Autologous),理论上无免疫排斥。
• 趋势:为降低成本,目前主流转向构建 HLA 纯合子 iPSC 细胞库,实现“通用型”异体移植。
安全性风险
• 劣势:存在表观遗传记忆(Epigenetic Memory),且因重编程过程剧烈,可能引入基因突变,致瘤风险略高于 ESC。
临床应用主战场

iPSC 正从基础研究走向产业化落地,特别是在细胞治疗领域展现出取代原代细胞的潜力:

  • 通用型免疫细胞疗法 (Off-the-shelf Cell Therapy):
    利用 iPSC 无限增殖的特性,进行基因编辑(如敲除 HLA,插入 CAR),然后分化为 NK 细胞T 细胞
    价值:解决了 CAR-T 疗法“自体制备周期长、成本高、批次差异大”的痛点,可制成现货产品,随取随用。
  • 再生医学 (Regenerative Medicine):
    已开展针对老年黄斑变性 (RPE 细胞)、帕金森病 (多巴胺神经元)、脊髓损伤和心力衰竭的临床试验。
  • 疾病模型与药物筛选:
    利用患者特异性 iPSC 分化出的心肌或神经细胞,在体外测试新药的毒性(如心脏毒性)和疗效,实现“培养皿里的临床试验”。
       里程碑文献

[1] Takahashi K, Yamanaka S. (2006). Induction of pluripotent stem cells from mouse embryonic and adult fibroblast cultures by defined factors. Cell.
[学术点评]:iPSC 诞生的奠基之作。

[2] Mandai M, et al. (2017). Autologous induced stem-cell-derived retinal cells for macular degeneration. New England Journal of Medicine (NEJM).
[学术点评]:报道了全球首例 iPSC 来源细胞移植入人体的临床结果,证实了其初步安全性。

[3] Li Y, et al. (2018). Human iPSC-Derived Natural Killer Cells Engineered with Chimeric Antigen Receptors Enhance Anti-tumor Activity. Cell Stem Cell.
[学术点评]:证明了 iPSC-CAR-NK 疗法在实体瘤治疗中的巨大潜力,是现货型细胞治疗的代表性研究。

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