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    诱导多能干细胞在儿童疾病的应用研究进展

    时间:2023-03-23 22:45:03 来源:柠檬阅读网 本文已影响 柠檬阅读网手机站

    田智琛,尹晓娟

    诱导多能干细胞在儿童疾病的应用研究进展

    田智琛1,2,3,尹晓娟1,2,3

    1. 中国人民解放军总医院海南医院儿科,三亚 572000 2. 中国人民解放军总医院儿科医学部,北京 100700 3. 南方医科大学第二临床医学院,广州 510515

    儿童疾病的最佳诊断和治疗依赖于对病理生理学更充分的认识,而诱导多能干细胞(induced pluripotent stem cells, iPSCs)的出现则为儿童疾病的研究和治疗提供了新的策略。iPSCs是由成熟细胞经重编程诱导而产生的具有多能性的干细胞,目前可从多种类型的体细胞(如成纤维细胞、外周血单个核细胞和尿液细胞等)诱导生成。其生成过程随着各种重编程方法的改进而越来越完善,其中利用小分子进行诱导是目前研究的热点。由于具有向多种细胞分化的能力,并且结合基因编辑技术的发展,目前它在模拟疾病和细胞治疗中的作用越来越受到青睐,特别是遗传性疾病,并且在临床治疗方面已经取得了一些成功。但在其广泛应用于临床治疗之前,仍存在一些问题需要解决,如致瘤性、免疫原性和异质性。本文重点对iPSCs来源、重编程技术、iPSCs在儿童常见疾病中的应用、目前存在的问题及展望等方面展开综述,以加深对iPSCs的理解,并为iPSCs在探索疾病的机制以及治疗领域的深入研究提供参考。

    诱导多能干细胞;
    重编程;
    疾病建模;
    细胞治疗

    2006年,Yamanaka等[1]首次证实了利用逆转录病毒向成纤维细胞中引入4个转录因子Oct4、Sox2、Klf4和c-Myc对其进行重编程后可使其转化为具有多能性的干细胞,即诱导多能干细胞(induced pluripotent stem cells, iPSCs)。此后,大量研究利用不同的细胞来源诱导出iPSCs (如无特殊说明,本文中iPSCs均指人iPSCs),并且探索了多种重编程的方法,使得该过程更加安全、高效。iPSCs有分化为多种类型细胞的潜能,包括以前难以获得的细胞类型,如神经细胞、心肌细胞等,而且iPSCs来源于体细胞,携带了个体的遗传背景,这可以避免免疫排斥反应的顾虑[2],并且避免了胚胎干细胞(embryonic stem cell, ESCs)所面临的伦理问题,因此对于疾病建模、药物筛选及细胞治疗是一种理想的来源。随着基因编辑(如CRISPR/Cas9)等技术的发展,iPSCs的应用越来越广泛,目前其在成人疾病领域已经被广泛用于模拟神经疾病、内分泌疾病、血液疾病、心脏疾病等,而在儿童疾病领域主要用于模拟早期发病的遗传性疾病。从iPSCs分化得到的细胞常表现出不成熟的表型,而要研究成年时期时出现的疾病可能还需要利用使分化细胞发育成熟的方法[3],因此利用iPSCs研究儿童时期的遗传性疾病更能直接体现疾病本身的特征。另外,在将其作为临床治疗手段之前,需要保证其安全性,因此还有许多问题需要解决,如致瘤性、免疫原性、细胞的异质性等[4]。本文重点综述了iPSCs来源、重编程技术、iPSCs在儿童常见疾病中的应用、目前存在的问题及展望,以期为对iPSCs的理解以及为将来的研究提供参考。

    iPSCs可来源于多种体细胞(图1)。其中成纤维细胞易于培养,但它须通过活检方式获得,而且它的增殖时间长,另外,环境因素的暴露(如紫外线等)还会增加细胞基因突变的风险。而易于获得及培养、能高效重编程、不易突变的细胞更适合用于产生iPSCs,目前外周血单个核细胞(peripheral blood mononuclear cell, PBMCs)和尿液细胞是相对理想的细胞来源[5],其中PBMCs由多种细胞组成,淋巴细胞大量存在于PBMCs中,但其存在基因组上的V、D、J片段和T细胞受体位点重排,这些重排会在后续产生的iPSCs中存在,可能会影响其应用[5]。T细胞抗原受体(T cell receptor, TCR)也可能介导对受者正常组织或细胞发生异体反应[6]。PBMCs中的CD34+细胞增殖能力强、重编程效率高,但其数量较少,需干细胞动员剂(stem cell mobilizers)来增加体内的细胞数量,但这会导致遗传学(如非整倍体)及表观遗传修饰异常[5]。尽管如此,由于PBMCs比成纤维细胞更容易培养和保存、重编程速度更快,因此是更合适的细胞来源。尿液细胞是一种具有异质性的细胞群,其具有采集过程简单、编程效率高的优势。另外,它还避免了利用其它类型细胞产生iPSCs的缺陷,即在生成iPSCs后常会有残余的表观遗传记忆,倾向于向特定谱系分化,而利用尿液细胞诱导产生iPSCs则没有这种倾向[5]。但是尿液细胞在不同供体之间的重编程效率存在显著差异,并且重编程效率会随传代次数的增加而降低[5]。目前血液、尿液和皮肤是较常见的体细胞来源,但对于产生iPSCs的首选细胞种类还无定论,探索高效、安全、取材方便的理想细胞来源,将会为iPSCs的应用提供更大的支持。

    目前的重编程方法有基因整合方式(integrative methods)及非整合方式(non-integrating methods),它们都可通过病毒和非病毒途径来介导(图2)。病毒介导的整合方式(如逆转录病毒)可使转导的因子在后代中稳定表达、转导效率高,但缺点是有插入突变和转录因子的重新激活表达的风险,导致肿瘤的发生[7]。因此有学者提出通过引入可切除载体(Cre/loxP系统)来移除外源基因,但其效率很低,并且可能导致iPSCs基因突变[7~9]。非病毒介导的整合方式,包括质粒载体、转座子等,其中piggyBac(PB)转座子系统可通过转座酶的表达,切割DNA后形成发夹结构,释放转座子并插入到基因组中,该方法效率高,后续还能实现转座子序列的无缝切除,但是人类基因组中有内源性的类PB转座子元件,故该方法可能会引起基因组的改变[9~11]。非整合方式能保持基因组完整性,但重编程效率低于整合方式[9],如仙台病毒,它是一种RNA病毒,其在导入细胞后的初始的几次传代中稳定表达重编程基因,在第10代左右其效果完全消失,且其重编程过程相对高效,对成纤维细胞及PBMCs的重编程效率约为0.1%[7,8]。非病毒介导的非整合方式,包括利用mRNA以及microRNA等小分子进行重编程,其中mRNA转染不会影响基因组,翻译过程也较DNA更快,但其稳定性和转染效率较低[8],且mRNA还需要多轮转染,这大大增加了工作量[7,12]。近年来,小分子在诱导重编程中的作用越来越受到关注,例如microRNA,其中miR291-3p、miR-294和miR-295可被用来代替c-Myc产生iPSCs集落[9]。过去的研究已证实能够用化学小分子对小鼠体细胞进行重编程[13],最近我国北京大学生命科学学院的邓宏魁团队首次实现了利用一组化学小分子将人类体细胞重编程为iPSCs,并发现抑制JNK通路是化学小分子诱导重编程的不可或缺的步骤[14]。另外,清华大学药学院丁胜团队还利用3种小分子(TTNPB、1-Azakenpaullone、WS6)的组合首次将小鼠ESCs诱导成类似于2细胞胚胎(2-cell embryos)的全能干细胞,其能在体外及小鼠体内分化为胚胎和胚外细胞[15]。总之,利用小分子诱导细胞的多能性甚至全能性是可行的,该方法避免了外源基因组的整合,并且过程简单、高效,更可能成为未来理想的重编程方法,对研究重编程具有重大意义,也是目前的研究热点。

    图1 iPSCs常见的细胞来源及应用

    iPSCs目前已经广泛应用于建立疾病模型的领域,基于iPSCs的疾病模型的建立通常包括以下步骤:收集患者的体细胞,利用重编程技术产生iPSCs;
    利用基因编辑技术建立对照;
    将细胞分化为疾病相关的细胞类型,通过比较患病和健康的细胞或类器官重现疾病表型;
    在分子水平上研究其病理机制[9]。此外,iPSCs能够分化为疾病中受影响的细胞类型,最终移植回体内,再结合基因编辑技术的发展,有望实现个性化医疗,是很有前景的治疗方法。在此介绍一些当下研究较多的iPSCs在儿童疾病模拟(多为遗传性疾病)和治疗中的应用。

    图2 常见的重编程方法

    3.1 疾病模拟

    3.1.1 遗传性肺表面活性物质(pulmonary surfactant, PS)缺乏

    遗传性PS缺乏可导致致命性的新生儿呼吸窘迫综合征(neonatal respiratory distress syndrome, NRDS)和间质性肺病(interstitial lung disease, ILD)等。常见的相关基因包括肺表面活性物质蛋白B(surfactant protein B, SP-B)基因(SFTPB)、SP-C基因(SFTPC)、ATP结合盒转运子A3(ATP-Binding cassette transporter A3, ABCA3)基因[16]。过去基于肿瘤细胞(如A549细胞)的研究是这类疾病的一线模型系统,但其无法产生PS[17],而iPSCs可以分化为II型肺泡上皮细胞(alveolar epithelial type 2 cells, ATII)并分泌PS。Jacob等[18]在遗传性SP-B缺乏患儿的iPSCs来源的ATII细胞(iPSC-derived alveolar epithelial type 2 cells, iAEC2)中发现其缺乏板层小体,不能合成SP-B,并形成错误加工的前SFTPC蛋白,经过CRISPR/Cas9基因编辑后这种表型被纠正。Leibel等[19]用携带野生型SFTPB基因的慢病毒感染SFTPB缺陷的iPSCs,在分化成肺类器官后,观察到其含有正常的板层小体(lamellar bodies, LBs)并能分泌PS,证明疾病表型被纠正。Alysandratos等[20]用SFTPC基因突变的ILD患者来源的iPSCs,诱导分化后比较突变体与对照组iAEC2,发现突变体iAEC2中积累了大量错误加工的前SP-C蛋白,他们还利用羟氯喹处理突变体iAEC2,发现该药物会加重观察到的异常。这些研究揭示了遗传性PS缺乏的病理特点以及药物作用,并且证明了基因编辑能够逆转疾病表型,另外,这类被纠正的细胞还有望成为治疗疾病的新方法。

    3.1.2 幼年型粒单核细胞白血病(juvenile mye­l­­­o­­m­o­nocytic leukemia, JMML)

    JMML是发生在婴幼儿的恶性骨髓增生性疾病,由多能造血干细胞/祖细胞的Ras信号通路异常所致。已知丝裂原活化蛋白激酶 (mitogen-activated protein kinase, MAPK)和janus蛋白酪氨酸激酶1/2 (janus protein tyrosine kinase 1/2, JAK1/2)信号通路在JMML患者中高度活跃[21]。有研究从PTPN11和CBL基因突变(都是与JMML相关的基因)患者中产生iPSCs并诱导分化,比较其与对照组iPSCs分化出来的髓系细胞,发现携带突变的细胞产生的集落都比对照组的更大、更分散[22]。并发现PTPN11突变体的iPSCs中Ras/MAPK信号通路异常活跃,MEK抑制剂对PTPN11突变细胞的增殖更有效。而CBL突变体中JAK/信号转导与转录激活因子(janus kinase/ signal transducer and activator of transcription, JAK/STAT)通路异常活跃[22],而JAK/STAT抑制剂对抑制CBL突变细胞的增殖更有效[22]。另外,mTOR激酶抑制剂雷帕霉素也能够抑制PTPN11和CBL来源的iPSCs的增生[22]。Shigemura等[23]通过基因编辑对iPSCs中的PTPN11突变进行纠正后,其产生的CD34+造血祖细胞数量降至正常水平,纠正了疾病表型,这类细胞将可能成为治疗JMML的新来源。JMML患者来源的iPSCs模拟了疾病的基本细胞生物学特性并能够验证药物治疗效果,未来还可以利用iPSCs对其他Ras通路的致病突变进行研究,并对不同突变的致病能力进行比较。

    3.1.3 遗传性癫痫

    癫痫是具有相似临床特征的疾病,如癫痫发作和异常脑电图表现[24]。Dravet综合征(Dravet syndrome, DS)是一种婴儿期发病的癫痫综合征,多数DS患者携带SCN1A基因突变,其编码电压门控Na+通道1.1 (Nav 1.1)的α亚基,该通道主要在γ-氨基丁酸(GABA)能神经元上表达。SCN1A突变导致Na+通道功能受损,神经元兴奋性降低[25]。研究证实来自SCN1A基因突变的DS患者的iPSCs分化的抑制性神经元中的Nav1.1电生理功能受损[24]。还有研究用携带该突变的患者来源的iPSCs分化为兴奋性和抑制性神经元,结果发现兴奋性神经元没有表现异常,而抑制性神经元表现出Na+电流减少和兴奋性降低,用表达野生型SCN1A的慢病毒感染可纠正这些神经元的表型[25]。有研究还利用DS-iPSCs衍生的GABA能神经元测试大麻二酚的治疗效果,发现其可增加抑制性神经元的兴奋性,并降低兴奋性神经元的兴奋性[26]。除了DS,还有研究将iPSCs用于模拟Rett综合征、Angelman综合征等遗传性癫痫[27]。总之,癫痫患者产生的iPSCs衍生神经元有助于理解癫痫的分子机制。另外,癫痫的治疗常常依赖于药物的作用,而iPSCs在研究治疗癫痫的药物作用方面也有着巨大的潜力,对疾病的治疗有着重要意义。

    3.1.4 杜氏肌肉营养不良症(Duchenne muscular dystrophy, DMD)

    DMD是儿童时期最常见的致命的遗传性疾病,其是由于X染色体连锁的DMD基因突变导致抗肌萎缩蛋白(dystrophin)缺失进而引起肌肉结构和功能异常[28]。iPSCs有助于在体外研究DMD的机制及疾病特征。如Uchimura等[29]用DMD患者来源的iPSCs分化为骨骼肌肌管并发现,与基因编辑纠正后的对照组的分化细胞相比,DMD来源的细胞展现出收缩能力下降,并且利用这个模型筛选出3种能够改善收缩乏力的化合物,即肌酸、ML9(一种肌球蛋白轻链激酶抑制剂)、丹曲林(一种肌肉松弛剂)。有研究将DMD患者iPSCs细胞分化为骨骼肌细胞和运动神经元,然后观察到肌纤维尺寸减小,以及肌层组织紊乱,并观察到肌纤维中钙内流减少[30]。Yoshioka等[31]利用CRISPR/cas9纠正DMD突变后,观察到dystrophin的表达得到恢复并且肌管的收缩能力得到了改善。另外,Young等[28]在患者来源的iPSCs中通过CRISPR/Cas9进行基因纠正后,其分化的肌细胞中产生的dystrophin在体外和体内(移植到小鼠体内)均具有正常功能,这也证实了经基因纠正的iPSCs源性细胞移植的可行性。Sun等[32]发现两种化学物质(人参皂苷和非诺贝特)可以提高DMD-iPSCs分化的成肌细胞的融合率,并在小鼠模型中证实了这些药物可以改善肌肉结构和功能。还有研究发现用泼尼松龙可以改善DMD-iPSCs分化肌管的收缩力下降和出现异常分支的疾病表型[32],由此推测泼尼松龙的治疗机制可能是直接作用于肌纤维,而不是由于其抗炎作用。这些研究都展示了iPSC在研究DMD疾病特征及探索治疗DMD药物方面的作用,是一种可靠的研究肌肉疾病的细胞模型。

    3.2 基于iPSCs的细胞治疗潜力

    iPSCs在临床治疗方面已取得了一些满意的结果,首个基于iPSCs的细胞疗法是用于治疗年龄相关性黄斑变性,该研究用iPSCs制备视网膜色素上皮细胞并移植给患者,1年后该患者视力仍保持稳定[33]。人类iPSCs来源的多巴胺能祖细胞在移植到患帕金森病的动物后其神经系统功能得到了恢复[34~36],后有研究将自体iPSCs分化为多巴胺能祖细胞并植入帕金森病患者的大脑,结果使其临床症状和影像学表现均得到了改善[37]。还有许多动物实验也证实了iPSCs的治疗潜力,例如近期Happle等[38]在遗传性肺泡蛋白沉积症小鼠模型中证实移植人iPSCs来源的巨噬细胞后能够减少肺泡蛋白沉积。Kuhn等[39]还打算研究移植基因纠正的iPSCs来源的巨噬细胞的可行性。Shafa等[40]通过气管注入iPSCs以及iAEC2后发现能够防止高氧诱导的新生小鼠肺损伤,且iAEC2能植入肺泡上皮细胞中。这证实了iPSCs源性细胞在体外被纠正以及移植到肺内可行性,可能成为治疗疾病的新方法。最近,Miura等[41]证实了将人iPSCs分化的肌肉干细胞注射到DMD小鼠的膈肌并发现其能够成功植入。Qin等[42]进行了Meta分析结果显示iPSCs衍生的神经祖细胞(neural progenitor cells, NPCs)移植能显著改善脊髓损伤后大鼠的运动功能,Kajikawa等[43]还证实了只有脊髓亚型的iPSCs-NPCs才能改善运动功能,而前脑亚型的iPSCs-NPCs则不能。至今尚未有在儿童中进行细胞治疗的临床研究,但越来越多的证据支持iPSCs可能成为治疗疾病的一种新方法,尤其是退行性病变及遗传性疾病,然而在广泛应用前还有以下问题需要解决。

    4.1 致瘤性

    iPSCs的一个重要优势是具有无限增殖的潜力,因此人们可以利用iPSCs产生大量的细胞用于研究和移植。然而,这种特性也存在风险,如果细胞在移植后继续无限增殖,就会导致肿瘤的发生。许多因素都增加了iPSCs的致瘤性风险。首先,iPSCs细胞系之间以及细胞系内的致瘤性、基因组不稳定性、表观遗传状态和分化潜力水平仍然存在差异,未成熟的细胞可能掺杂在从iPSCs分化的最终产物中。其次,许多研究报告了遗传学和表观遗传修饰异常,这些突变或修饰可能在iPSCs重编程、集落选择、扩展和纯化过程中被引入,导致肿瘤发生[6]。最后,重编程因子的引入也与致瘤性有关[4]。人们想了许多方法以降低致瘤性的风险,例如用抗体对细胞进行分选,一项用iPSCs治疗帕金森病的动物实验利用抗Chorin抗体进行阳性选择后,结果并未产生任何肿瘤[35]。研究表明,Notch信号对神经祖细胞的自我更新很重要,因此Okubo等[44]用γ-分泌酶抑制剂抑制这一途径来阻滞未成熟细胞的增殖,他们还计划使受者和iPSCs之间的HLA等位基因错配,使得当观察到异常的细胞增殖时,可以通过停用免疫抑制剂来消除移植的细胞。Kojima等[45]还通过引入HSVtk基因(“自杀基因”)来消除不成熟细胞。利用非整合的重编程方法也利于减低致瘤性的风险。这些都是消除致瘤性可能的方法,但它们的可靠性还要进一步研究,总之,在临床应用之前,应仔细筛选iPSCs衍生产品以确定是否存在潜在风险的基因改变。

    4.2 免疫原性

    早期有研究发现iPSCs衍生的畸胎瘤在同基因小鼠中可引发免疫反应[4],这很快引发了对iPSCs的质疑,因为这会限制iPSCs的应用,然而后来的一系列研究并不支持自体iPSCs的免疫原性[46]。然而,考虑到时间和成本,与自体iPSCs相比,同种异体移植显得更加有优势,虽然用免疫抑制剂可以克服异体移植产生的排斥反应,但会有许多副作用(例如增加感染风险等)。为了实现iPSCs异体移植,一种解决方法是人类白细胞抗原(human leukocyte antigens, HLA)单倍型匹配,将带有与大多数人匹配的纯合HLA的iPSCs收集储存在一个银行,即“haplobank”,从而为大部分人群提供与他们的HLA相匹配的产品。已经有一些研究在动物模型中进行了HLA匹配的iPSCs移植,有两项研究发现移植iPSCs衍生的心肌细胞未产生免疫反应,但另有一些动物实验证实存在减弱的免疫排斥反应[47,48]。Sugita等[49]将纯合HLA的 iPSCs来源的视网膜色素上皮细胞移植到HLA匹配的渗出性老年性黄斑变性患者,配合局部用用类固醇,结果未发现免疫排斥反应。这些研究证实HLA匹配可以消除或减轻免疫排斥反应,虽然可能仍然需要用免疫抑制剂,但通过匹配HLA也能够减少免疫抑制的剂量和时间,这对患者来说也是有益的。另外还有人提出可以对HLA基因进行编辑使其失活,例如删除两个HLA-A、两个HLA-B和一个HLA-C等位基因,HLA-A和HLA-B的缺失会抑制CD8+杀伤T细胞的活化,而剩余的HLA-C会与杀伤细胞免疫球蛋白样受体结合并抑制NK细胞[50],这种以较低成本为多数人群提供iPSCs可能也是一种有效的策略。

    4.3 异质性

    PSCs (iPSCs和ESCs)都具有多能性和无限增殖的特性,但每个细胞系在形态、生长曲线、基因表达和分化的倾向上都是不同的,甚至残留了未分化的干细胞,这会导致降低分化效率,并增加肿瘤形成的风险,表观遗传变异(如DNA甲基化异常)及遗传背景可能是这种异质性的原因[4]。一种解决方法是将细胞从“prime”状态(即基因表达与表观遗传状态类似于胚胎植入后的外胚层细胞的状态)调整至“naive”状态(类似囊胚内细胞团或者植入前的外胚层细胞的状态),这种转化能增强细胞的分化能力。有研究通过加入一些激酶抑制剂和其他分子,成功诱导出“naive”状态,而通过表达一些转录因子也可以实现这种转换[51,52]。这些方法可以使DNA去甲基化,消除表观遗传变异引起的异质性,但是这可能会导致遗传完整性破坏(如染色体异常等)和基因印记丢失,这也会影响iPSCs的应用。

    目前已经证实了iPSCs的不同的细胞来源,不同的来源具有各自的优势。重编程方法也不断被改进,尤其利用小分子诱导出iPSCs更是一种有潜力的理想的方法。随着iPSCs逐渐成为儿童疾病研究的可靠模型,在未来的研究中会产生更多新发现。iPSCs携带患者的遗传信息,避免了伦理的顾虑,并且还可以分化出大量既往难以获得的细胞种类,结合基因编辑技术可以在体外纠正疾病表型来建立对照,让人们能够在体外对不同系统的疾病进行研究。另外,iPSCs的治疗潜力是备受关注的焦点,目前移植iPSCs以及其衍生细胞的治疗效果已在临床及动物试验中得到证实,未来有望利用经过基因纠正的细胞来治疗疾病,例如在未来通过移植来治疗以ATII细胞功能障碍为特点的肺部疾病(遗传性肺泡蛋白沉积症、遗传性PS缺乏等),移植肌细胞、神经细胞也是有前景的治疗手段,但这种方法的可行性还需要更多研究来证实。在未来探索最佳的细胞来源及编程方法,寻找解决安全问题(尤其是致瘤性)的方法,是获得安全、高效、临床可用的iPSCs的关键。虽然目前iPSCs的应用还存在一些风险及挑战,但相信通过对iPSCs的深入研究以及重编程技术的进一步改进,结合基因编辑等技术的发展,在未来iPSCs会在研究疾病领域发挥更大的作用,并且可能为治疗既往无法治愈的疾病提供新的机会。

    [1] Takahashi K, Yamanaka S. Induction of pluripotent stem cells from mouse embryonic and adult fibroblast cultures by defined factors., 2006, 126(4): 663–676.

    [2] Bragança J, Lopes JA, Mendes-Silva L, Almeida Santos JM. Induced pluripotent stem cells, a giant leap for mankind therapeutic applications., 2019, 11(7): 421–430.

    [3] Durbin MD, Cadar AG, Chun YW, Hong CC. Investigating pediatric disorders with induced pluripotent stem cells., 2018, 84(4): 499–508.

    [4] Yamanaka S. Pluripotent stem cell-based cell therapy- promise and challenges., 2020, 27(4): 523–531.

    [5] Ray A, Joshi JM, Sundaravadivelu PK, Raina K, Lenka N, Kaveeshwar V, Thummer RP. An overview on promising somatic cell sources utilized for the efficient generation of induced pluripotent stem cells., 2021, 17(6): 1954–1974.

    [6] Wang ZQ, Zheng J, Pan RL, Chen Y. Current status and future prospects of patient-derived induced pluripotent stem cells., 2021, 34(6): 1601–1616.

    [7] Kumar S, Blangero J, Curran JE. Induced pluripotent stem cells in disease modeling and gene identification., 2018, 1706: 17–38.

    [8] Cherkashova EA, Leonov GE, Namestnikova DD, Solov"eva AA, Gubskii IL, Bukharova TB, Gubskii LV, Goldstein DV, Yarygin KN. Methods of generation of induced pluripotent stem cells and their application for the therapy of central nervous system diseases., 2020, 168(4): 566–573.

    [9] Cai CY, Meng FL, Rao L, Liu YY, Zhao XL. Induced pluripotent stem cell technology and its application in disease research., 2020, 42(11): 1042–1061.

    蔡晨依, 孟飞龙, 饶琳, 刘云玥, 赵小立. 诱导多能干细胞技术及其在疾病研究中的应用. 遗传, 2020, 42(11): 1042–1061.

    [10] Woodard LE, Wilson MH. piggyBac-ing models and new therapeutic strategies., 2015, 33(9): 525–533.

    [11] Karagiannis P, Takahashi K, Saito M, Yoshida Y, Okita K, Watanabe A, Inoue H, Yamashita JK, Todani M, Nakagawa M, Osawa M, Yashiro Y, Yamanaka S, Osafune K. Induced pluripotent stem cells and their use in human models of disease and development., 2019, 99(1): 79–114.

    [12] Steinle H, Weber M, Behring A, Mau-Holzmann U, Schlensak C, Wendel HP, Avci-Adali M. Generation of iPSCs by nonintegrative RNA-based reprogramming techniques: benefits of self-replicating RNA versus synthetic mRNA., 2019, 2019: 7641767.

    [13] Hou PP, Li YQ, Zhang X, Liu C, Guan JY, Li HG, Zhao T, Ye JQ, Yang WF, Liu K, Ge J, Xu J, Zhang Q, Zhao Y, Deng HK. Pluripotent stem cells induced from mouse somatic cells by small-molecule compounds., 2013, 341(6146): 651–654.

    [14] Guan JY, Wang G, Wang JL, Zhang ZY, Fu Y, Cheng L, Meng GF, Lyu YL, Zhu JL, Li YQ, Wang YL, Liuyang SJ, Liu B, Yang ZR, He HJ, Zhong XX, Chen QJ, Zhang X, Sun SC, Lai WF, Shi Y, Liu LL, Wang LP, Li C, Lu SC, Deng HK. Chemical reprogramming of human somatic cells to pluripotent stem cells., 2022, 605(7909): 325–331.

    [15] Hu YY, Yang YY, Tan PC, Zhang YX, Han MX, Yu JW, Zhang X, Jia ZR, Wang D, Li YQ, Ma TH, Liu K, Ding S. Induction of mouse totipotent stem cells by a defined che­mical cocktail., 2022, Doi: 10.1038/s41586-022- 04967-9.

    [16] Cooney AL, Wambach JA, Sinn PL, McCray PB. Gene therapy potential for genetic disorders of surfactant dysfunction., 2022, 3: 785829.

    [17] Wambach JA, Yang P, Wegner DJ, Heins HB, Luke C, Li FH, White FV, Cole FS. Functional genomics of ABCA3 variants., 2020, 63(4): 436– 443.

    [18] Jacob A, Morley M, Hawkins F, McCauley KB, Jean JC, Heins H, Na CL, Weaver TE, Vedaie M, Hurley K, Hinds A, Russo SJ, Kook S, Zacharias W, Ochs M, Traber K, Quinton LJ, Crane A, Davis BR, White FV, Wambach J, Whitsett JA, Cole FS, Morrisey EE, Guttentag SH, Beers MF, Kotton DN. Differentiation of human pluripotent stem cells into functional lung alveolar epithelial cells., 2017, 21(4): 472–488.e10.

    [19] Leibel SL, Winquist A, Tseu I, Wang JX, Luo DC, Shojaie S, Nathan N, Snyder E, Post M. Reversal of surfactant protein B deficiency in patient specific human induced pluripotent stem cell derived lung organoids by gene therapy., 2019, 9(1): 13450.

    [20] Alysandratos KD, Russo SJ, Petcherski A, Taddeo EP, Acín-Pérez R, Villacorta-Martin C, Jean JC, Mulugeta S, Rodriguez LR, Blum BC, Hekman RM, Hix OT, Minakin K, Vedaie M, Kook S, Tilston-Lunel AM, Varelas X, Wambach JA, Cole FS, Hamvas A, Young LR, Liesa M, Emili A, Guttentag SH, Shirihai OS, Beers MF, Kotton DN. Patient-specific iPSCs carrying an SFTPC mutation reveal the intrinsic alveolar epithelial dysfunction at the incep­tion of interstitial lung disease., 2021, 36(9): 109636.

    [21] Wehbe Z, Ghanjati F, Flotho C. Induced pluripotent stem cells to model Juvenile Myelomonocytic Leukemia: new perspectives for preclinical research., 2021, 10(9): 2335.

    [22] Tasian SK, Casas JA, Posocco D, Gandre-Babbe S, Gagne AL, Liang G, Loh ML, Weiss MJ, French DL, Chou ST. Mutation-specific signaling profiles and kinase inhibitor sensitivities of juvenile myelomonocytic leukemia revealed by induced pluripotent stem cells., 2019, 33(1): 181–190.

    [23] Shigemura T, Matsuda K, Kurata T, Sakashita K, Okuno Y, Muramatsu H, Yue FM, Ebihara Y, Tsuji K, Sasaki K, Nakahata T, Nakazawa Y, Koike K. Essential role of PTPN11 mutation in enhanced haematopoietic differe­ntiation potential of induced pluripotent stem cells of juvenile myelomonocytic leukaemia., 2019, 187(2): 163–173.

    [24] Hirose S, Tanaka Y, Shibata M, Kimura Y, Ishikawa M, Higurashi N, Yamamoto T, Ichise E, Chiyonobu T, Ishii A. Application of induced pluripotent stem cells in epilepsy., 2020, 108: 103535.

    [25] Sterlini B, Fruscione F, Baldassari S, Benfenati F, Zara F, Corradi A. Progress of induced pluripotent stem cell technologies to understand genetic epilepsy., 2020, 21(2): 482.

    [26] Sun YS, Dolmetsch RE. Investigating the therapeutic mechanism of cannabidiol in a human induced pluripotent stem cell (iPSC)-based model of Dravet syndrome., 2018, 83: 185–191.

    [27] Lybrand ZR, Goswami S, Hsieh J. Stem cells: a path towards improved epilepsy therapies., 2020, 168: 107781.

    [28] Young CS, Hicks MR, Ermolova NV, Nakano H, Jan M, Younesi S, Karumbayaram S, Kumagai-Cresse C, Wang D, Zack JA, Kohn DB, Nakano A, Nelson SF, Miceli MC, Spencer MJ, Pyle AD. A single CRISPR-Cas9 deletion strategy that targets the majority of DMD patients restores dystrophin function in hiPSC-derived muscle cells., 2016, 18(4): 533–540.

    [29] Uchimura T, Asano T, Nakata T, Hotta A, Sakurai H. A muscle fatigue-like contractile decline was recapitulated using skeletal myotubes from Duchenne muscular dystr­ophy patient-derived iPSCs., 2021, 2(6): 100298.

    [30] Mazaleyrat K, Badja C, Broucqsault N, Chevalier R, Laberthonnière C, Dion C, Baldasseroni L, El-Yazidi C, Thomas M, Bachelier R, Altié A, Nguyen K, Lévy N, Robin JD, Magdinier F. Multilineage differentiation for formation of innervated skeletal muscle fibers from healthy and diseased human pluripotent stem cells., 2020, 9(6): 1531.

    [31] Yoshioka K, Ito A, Horie M, Ikeda K, Kataoka S, Sato K, Yoshigai T, Sakurai H, Hotta A, Kawabe Y, Kamihira M. Contractile activity of myotubes derived from human induced pluripotent stem cells: a model of Duchenne muscular dystrophy., 2021, 10(10): 2556.

    [32] Sun CS, Choi IY, Rovira Gonzalez YI, Andersen P, Talbot CC, Iyer SR, Lovering RM, Wagner KR, Lee G. Duchenne muscular dystrophy hiPSC-derived myoblast drug screen identifies compounds that ameliorate disease in mdx mice., 2020, 5(11): e134287.

    [33] Mandai M, Watanabe A, Kurimoto Y, Hirami Y, Morinaga C, Daimon T, Fujihara M, Akimaru H, Sakai N, Shibata Y, Terada M, Nomiya Y, Tanishima S, Nakamura M, Kamao H, Sugita S, Onishi A, Ito T, Fujita K, Kawamata S, Go MJ, Shinohara C, Hata KI, Sawada M, Yamamoto M, Ohta S, Ohara Y, Yoshida K, Kuwahara J, Kitano Y, Amano N, Umekage M, Kitaoka F, Tanaka A, Okada C, Takasu N, Ogawa S, Yamanaka S, Takahashi M. Autologous induced stem-cell-derived retinal cells for macular degeneration., 2017, 376(11): 1038–1046.

    [34] Song B, Cha Y, Ko S, Jeon J, Lee N, Seo H, Park KJ, Lee IH, Lopes C, Feitosa M, Luna MJ, Jung JH, Kim J, Hwang D, Cohen BM, Teicher MH, Leblanc P, Carter BS, Kordower JH, Bolshakov VY, Kong SW, Schweitzer JS, Kim KS. Human autologous iPSC-derived dopaminergic progenitors restore motor function in Parkinson"s disease models., 2020, 130(2): 904–920.

    [35] Kikuchi T, Morizane A, Doi D, Magotani H, Onoe H, Hayashi T, Mizuma H, Takara S, Takahashi R, Inoue H, Morita S, Yamamoto M, Okita K, Nakagawa M, Parmar M, Takahashi J. Human iPS cell-derived dopaminergic neurons function in a primate Parkinson"s disease model., 2017, 548(7669): 592–596.

    [36] Doi D, Magotani H, Kikuchi T, Ikeda M, Hiramatsu S, Yoshida K, Amano N, Nomura M, Umekage M, Morizane A, Takahashi J. Pre-clinical study of induced pluripotent stem cell-derived dopaminergic progenitor cells for Parkinson"s disease., 2020, 11(1): 3369.

    [37] Schweitzer JS, Song B, Herrington TM, Park TY, Lee N, Ko S, Jeon J, Cha Y, Kim K, Li QZ, Henchcliffe C, Kaplitt M, Neff C, Rapalino O, Seo H, Lee IH, Kim J, Kim T, Petsko GA, Ritz J, Cohen BM, Kong SW, Leblanc P, Carter BS, Kim KS. Personalized iPSC-derived dopamine progenitor cells for parkinson"s disease., 2020, 382(20): 1926–1932.

    [38] Happle C, Lachmann N, Ackermann M, Mirenska A, Göhring G, Thomay K, Mucci A, Hetzel M, Glomb T, Suzuki T, Chalk C, Glage S, Dittrich-Breiholz O, Trapnell B, Moritz T, Hansen G. Pulmonary transplantation of human induced pluripotent stem cell-derived macrophages ameliorates pulmonary alveolar proteinosis., 2018, 198(3): 350–360.

    [39] Kuhn A, Ackermann M, Mussolino C, Cathomen T, Lachmann N, Moritz T. TALEN-mediated functional corre­ction of human iPSC-derived macrophages in context of hereditary pulmonary alveolar proteinosis., 2017, 7(1): 15195.

    [40] Shafa M, Ionescu LI, Vadivel A, Collins JJP, Xu LQ, Zhong SM, Kang M, de Caen G, Daneshmand M, Shi J, Fu KZ, Qi A, Wang Y, Ellis J, Stanford WL, Thébaud B. Human induced pluripotent stem cell-derived lung prog­enitor and alveolar epithelial cells attenuate hyperoxia- induced lung injury., 2018, 20(1): 108–125.

    [41] Miura Y, Sato M, Kuwahara T, Ebata T, Tabata Y, Sakurai H. Transplantation of human iPSC-derived muscle stem cells in the diaphragm of Duchenne muscular dystrophy model mice., 2022, 17(4): e0266391.

    [42] Qin C, Guo Y, Yang DG, Yang ML, Du LJ, Li JJ. Induced pluripotent stem cell transplantation improves locomotor recovery in rat models of spinal cord injury: a systematic review and meta-analysis of randomized controlled trials., 2018, 47(5): 1835–1852.

    [43] Kajikawa K, Imaizumi K, Shinozaki M, Shibata S, Shindo T, Kitagawa T, Shibata R, Kamata Y, Kojima K, Nagoshi N, Matsumoto M, Nakamura M, Okano H. Cell therapy for spinal cord injury by using human iPSC-derived region- specific neural progenitor cells., 2020, 13(1): 120.

    [44] Okubo T, Iwanami A, Kohyama J, Itakura G, Kawabata S, Nishiyama Y, Sugai K, Ozaki M, Iida T, Matsubayashi K, Matsumoto M, Nakamura M, Okano H. Pretreatment with a γ-secretase inhibitor prevents tumor-like overgrowth in human iPSC-derived transplants for spinal cord injury., 2016, 7(4): 649–663.

    [45] Kojima K, Miyoshi H, Nagoshi N, Kohyama J, Itakura G, Kawabata S, Ozaki M, Iida T, Sugai K, Ito S, Fukuzawa R, Yasutake K, Renault-Mihara F, Shibata S, Matsumoto M, Nakamura M, Okano H. Selective ablation of tumori­genic cells following human induced pluripotent stem cell- derived neural stem/progenitor cell transplant­tation in spinal cord injury., 2019, 8(3): 260–270.

    [46] Ortuño-Costela MDC, Cerrada V, García-López M, Gallardo ME. The challenge of bringing iPSCs to the patient., 2019, 20(24): 6305.

    [47] Sullivan S, Fairchild PJ, Marsh SGE, Müller CR, Turner ML, Song J, Turner D. Haplobanking induced pluripotent stem cells for clinical use., 2020, 49: 102035.

    [48] Morizane A, Kikuchi T, Hayashi T, Mizuma H, Takara S, Doi H, Mawatari A, Glasser MF, Shiina T, Ishigaki H, Itoh Y, Okita K, Yamasaki E, Doi D, Onoe H, Ogasawara K, Yamanaka S, Takahashi J. MHC matching improves engraftment of iPSC-derived neurons in non-human primates., 2017, 8(1): 385.

    [49] Sugita S, Mandai M, Hirami Y, Takagi S, Maeda T, Fujihara M, Matsuzaki M, Yamamoto M, Iseki K, Hayashi N, Hono A, Fujino S, Koide N, Sakai N, Shibata Y, Terada M, Nishida M, Dohi H, Nomura M, Amano N, Sakaguchi H, Hara C, Maruyama K, Daimon T, Igeta M, Oda T, Shirono U, Tozaki M, Totani K, Sugiyama S, Nishida K, Kurimoto Y, Takahashi M. HLA-matched allogeneic iPS cells-derived RPE transplantation for macular degen­eration., 2020, 9(7): 2217.

    [50] Xu HG, Wang B, Ono M, Kagita A, Fujii K, Sasakawa N, Ueda T, Gee P, Nishikawa M, Nomura M, Kitaoka F, Takahashi T, Okita K, Yoshida Y, Kaneko S, Hotta A. Targeted disruption of HLA genes via CRISPR-Cas9 gene­rates iPSCs with enhanced immune compatibility., 2019, 24(4): 566–578.e7.

    [51] Takashima Y, Guo G, Loos R, Nichols J, Ficz G, Krueger F, Oxley D, Santos F, Clarke J, Mansfield W, Reik W, Bertone P, Smith A. Resetting transcription factor control circuitry toward ground-state pluripotency in human., 2014, 158(6): 1254–1269.

    [52] Di Stefano B, Ueda M, Sabri S, Brumbaugh J, Huebner AJ, Sahakyan A, Clement K, Clowers KJ, Erickson AR, Shioda K, Gygi SP, Gu HC, Shioda T, Meissner A, Takashima Y, Plath K, Hochedlinger K. Reduced MEK inhibition preserves genomic stability in naive human embryonic stem cells., 2018, 15(9): 732–740.

    Advances in the application of induced pluripotent stem cells in pediatric diseases

    Zhichen Tian1,2,3, Xiaojuan Yin1,2,3

    The optimal diagnosis and treatment of pediatric diseases depend on more adequate understanding of pathophysiology. The advent of induced pluripotent stem cells (iPSCs) has provided new strategies for the research and therapy of pediatric diseases. iPSCs are pluripotent stem cells induced by reprogramming of mature cells. Now they can be induced from many types of somatic cells (such as fibroblasts, peripheral blood mononuclear cells and urine cells).With the improvement of various reprogramming methods, its generation procedure is more and more optimized, and the use of small molecules to induce iPSCs is one of the research focus now. Due to their ability to differentiate into a variety of cells, combined with the development of gene editing technology, iPSCs have been increasingly favored in the modeling of diseases and cell therapy, especially hereditary diseases, and have achieved some success in clinical treatment. But before they can be widely used in clinical treatment, there are still some problems to be solved, such as tumorigenicity, immunogenicity and heterogeneity. This article reviewed the source of iPSCs, reprogramming technology, applications of iPSCs in common childhood diseases, current problems and prospects, in order to deepen the understanding of iPSCs and provide reference for in-depth research in field of exploring mechanisms of diseases and therapy of diseases.

    induced pluripotent stem cells; reprogramming; disease modeling; cell therapy

    2022-07-19;

    2022-09-05;

    2022-09-22

    海南省自然科学基金项目(编号:820MS122)资助[Supported by the Natural Science Foundation of Hainan Province (No. 820MS122)]

    田智琛,在读硕士研究生,专业方向:儿科学。E-mail: tianzhichen63@163.com

    尹晓娟,博士,主任医师,研究方向:新生儿呼吸窘迫综合征、诱导多能干细胞。E-mail: yyinxiaojuan@126.com

    10.16288/j.yczz.22-245

    (责任编委: 林古法)

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