干细胞在疾病治疗中的应用

干细胞是一类具有自我复制、多向分化和归巢潜能等特性的原始细胞，可以分为全能干细胞、多能干细胞和单能干细胞。迄今为止，干细胞疗法在皮肤、心脏、眼睛、骨骼肌、神经组织、胰腺和血液方面，取得了一定的进展。

一、皮肤

干细胞疗法目前可以用于治疗一些遗传性皮肤病，其中应用最广泛的是大疱性表皮松解症。大疱性表皮松解症（表现为皮肤和黏膜的慢性糜烂和溃疡）是一种严重的遗传性水疱疾病，是由于胶原和层粘连蛋白的编码基因突变引起的，而胶原和层粘连蛋白是对维持皮肤结构完整性至关重要的细胞外基质的组成部分。

国际知名学术期刊《Nature》2017年曾报道，利用转基因干细胞成功治疗一个年仅7岁的大疱性表皮松解症男孩的案例。De Luca及其同事报告，给一名患大疱性表皮松解症的7岁男童植入转基因干细胞后，产生了80%的皮肤。方法是从未受到累及皮肤采集2cm×2cm活检标本，并对自体组织特异性干细胞进行基因工程改造，从而使其表达正常层粘连蛋白。

二、心脏

心肌梗死是最常见，也是最容易危及生命的一种心脏疾病，这主要是因为心肌的再生能力极其有限。而由于器官移植仍然是终末期疾病的唯一治疗方案，因此各种细胞替代策略已被视为潜在的替代方案。

目前已开展了近200项涉及干细胞的临床试验，最常见的是递送来自骨髓的自体单核细胞和基质细胞。这些细胞不是来源于间充质，通常也不能再生成体组织（例如心脏组织）。几项大规模、随机、安慰剂对照试验取得的共识是，递送MSC虽然安全，但却不能产生长期的治疗益处。

在非人灵长类动物心肌梗死后，将ESC来源的心肌细胞移植入其体内的研究产生了相互矛盾的结果：一项研究显示心肌修复，但伴有室性心律失常，而另一项研究未显示心肌再生。

目前，我们面临的固有挑战是对于植入的工程化组织，应如何促进其电-机械功能整合，因此要使用同种异体ESC来源或自体iPSC来源的心血管祖细胞治疗心肌疾病，其难度似乎令人望而生畏。所以，目前干细胞在心脏疾病的主要应用是用于研究发病机制和筛选药物。

三、眼睛

眼睛干细胞疗法主要用于治疗与视力丧失相关的疾病，包括视网膜色素变性、角膜缘干细胞缺乏症等。视网膜是位于眼睛内表面的光敏神经层，它依赖于下方视网膜色素上皮（RPE）的完整性。老年性黄斑变性的特征是RPE逐渐丧失，随后黄斑内光感受器死亡，导致斑片状、波浪形的中央视觉，最终失明。

目前干性黄斑变性尚无治疗方法，该病涉及视网膜下的玻璃疣沉积和变性，上述情况发生于大约90%老年性黄斑变性患者。研究者在老年性黄斑变性的早期（即光感受器完全丧失之前）将新的RPE移植到动物黄斑内，结果功能失调的RPE被替代，动物的视力恢复。在老年性黄斑变性的后期，细胞疗法除移植RPE细胞之外，还需要移植感光细胞（或可分化成感光细胞的细胞）。

多能干细胞来源的RPE细胞以细胞悬液的形式递送，或者接种在生物工程支架上，然后通过外科手术植入，从而实现精确定位。移植同种异体RPE细胞有引发免疫应答的风险。因此，可能需要采取免疫抑制治疗，但只是暂时的，持续至RPE修复即可。

除了RPE的修复，角膜和晶状体的修复也取得了进展。2015年，一种能够在物理损伤或化学烧伤后修复角膜和恢复视力的“成体”组织特异性角膜缘干细胞制剂获得了欧洲药品管理局的上市许可。

四、骨骼肌

骨骼肌占体重的40%。随着年龄增长，肌肉量和肌肉力量进行性减少，因而限制活动能力。此外，遗传性肌肉消耗疾病（如肌营养不良、重症肌无力等）也会导致随意运动能力丧失。

肌肉干细胞（MuSC）也称为卫星细胞，具有强大的再生潜力，可在受到启动时进行自我更新，并长期有效地修复损伤。理论上来讲，患者来源的iPSC可无限量供应自我更新的胚胎期治疗性成肌干细胞，就可以在植入前进行基因置换或修正，从而治疗因衰老或疾病引起的肌肉萎缩。

五、神经组织

大多数哺乳动物的脑部在子宫内已经基本发育完成，因此，破坏神经元的损伤或疾病会导致永久性残疾，因而促使人们关注作为细胞替代疗法来源的PSC。

利用多能干细胞分化的多巴胺能神经元可以治疗帕金森病。经此种方法治疗后，纹状体多巴胺能功能和运动功能有所改善，并且在一些患者中，胎儿来源的中脑腹侧组织移植物（含有产生多巴胺的神经母细胞）长期持续存在。

此外，使用干细胞的其他神经系统适应证目前正在临床前研究阶段。最棘手的难题之一是脊髓损伤。目前，移植各种形式的神经干细胞和少突胶质细胞祖细胞后已经产生了轴突生长和神经连接的效果，并提出了修复和康复的希望，但尚未在严格的临床试验确立功能恢复的证据。

六、胰腺

根据国际糖尿病联合会(IDF)统计数据显示，2021年全球成年糖尿病患者人数达到5.37亿（10.5%），折算比例，约十分之一的成年人受到影响。糖尿病（DM）是由于胰岛β细胞遭到自身免疫破坏或衰竭引起的，针对这些原因，研究人员尝试使用胚胎干细胞衍生出能够产生胰岛素分泌的β细胞，从而治疗糖尿病。

目前的β细胞递送策略，包括将胰腺内胚层祖细胞或成熟β细胞用胶囊封装（encapsulation），并且皮下放置胶囊，以便于监测和回收。一旦该方法成功，糖尿病患者就不需要每日多次监测自己的血糖水平，因为由干细胞衍生的胰岛β细胞可以更精确和灵敏地控制血糖水平。

七、血液

红细胞、血小板、T细胞和造血干细胞，属于人们探索最多的多能干细胞来源的细胞产品。红细胞和血小板的体外制造提供了一个获得无病原体制品的途径，这些制品可以是特定剂量、特定抗原类型。而由多能干细胞衍生出的免疫细胞（如T细胞等）则对治疗肿瘤有着重要的作用。

理论上而言，多能干细胞来源的T细胞可以为CAR修饰提供取之不尽的同种异体供给。为了避免免疫应答，通常需要对其进行进一步的基因工程改造，利用CRISPR-Cas9清除CAR-T细胞中的主要组织相容性复合体分子。如果对PSC来源的肿瘤杀伤性CAR-T细胞做出原理验证，将可能制造出“现成的”肿瘤靶向T细胞疗法，并且会大大降低成本。

参考资料：

[1]Stem Cells in the Treatment of Disease, NEJM (2019)