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【干貨】干細胞、基因編輯領域最新研究進展匯總
從1957年世界上第一例骨髓移植技術成功救治一位重癥聯(lián)合免疫缺陷患者到現(xiàn)在，干細胞技術的發(fā)展已經長達半個世紀之久。
在這幾十年的研究中，科學家們一次次地見證了奇跡的誕生，干細胞治療也逐步由實驗室研究走向臨床試驗，大家期待的“干細胞治療新時代”即將到來。
據(jù)不完全統(tǒng)計，如今干細胞已經能夠治療以及正處于臨床試驗階段的疾病達到140種。全世界已經保存了200多萬份干細胞，并進行了數(shù)萬例干細胞移植術，國際上已有10幾個干細胞產品上市。
隨著近年年來科學家們研究的不斷深入，他們開始使用干細胞療法治療多種人類疾病，比如癌癥、糖尿病、神經變性疾病、脊髓損傷以及多發(fā)性硬化癥等。如今越來越多的臨床案例表明，干細胞技術對人類醫(yī)療發(fā)展有著劃時代的意義，世界各國紛紛將干細胞列為在人類健康領域提高國際競爭力的戰(zhàn)略性新興產業(yè)。
在干細胞療法飛速發(fā)展時，又有一種新型技術因能表現(xiàn)出強大的治療潛力而進入大家的視野，那就是基因編輯技術，基因編輯技術是一種能對目標基因進行“編輯”，實現(xiàn)對特定DNA片段的敲除、摻入的一種技術；未來科學家們對人體基因進行有效編輯有望治療一系列人類疾病。
此前科學家們僅能通過物理、化學誘變和同源重組等方式對目標DNA進行編輯，然而這些方法靶向位點較為隨機，且耗時耗力。
在過去幾年里研究人員開發(fā)出了鋅指核酸酶（Zinc-finger nucleases，ZFN）和轉錄激活因子樣效應因子核酸酶（transcription activator-like effector nucleases，TALEN）兩種技術，這兩種特殊的序列特異性核酸酶技術能夠實現(xiàn)高效定點的基因組編輯功能， 其在基因治療等領域展示出了巨大的潛力，曾經一度成為科學家們所使用的主流基因編輯技術，然而隨著ZFN和TALEN技術的廣泛應用，其所帶來的問題不斷出現(xiàn)，主要表現(xiàn)為操作繁瑣、周期較長、脫靶率較高等缺陷，這無疑嚴重制約著基因編輯技術在人類疾病治療領域的發(fā)展。
2012年，CRISPR/Cas9基因編輯技術問世，立刻掀起了全球科學家的研究高潮，該技術被認為是繼ZFN和TALEN之后的第三代基因編輯技術。
CRISPR/Cas9系統(tǒng)包括兩個元件，分別是Cas9內切酶和guide RNA(gRNA)，gRNA引導Cas9蛋白在靶位點進行切割，形成 DNA雙鏈斷裂(DSB)，該技術能夠幫助研究人員快速而精確地對核苷酸序列進行編輯，不僅操作較為簡單方便，而且成本也較低。
未來CRISPR/Cas9技術的另一個誘人的應用就是通過對機體體細胞基因組進行編輯，來治療多種人類遺傳性疾病，而通過糾正誘發(fā)疾病的突變就有可能逆轉患者疾病的癥狀。
干細胞基因編輯成果概覽
近年來，科學家們利用CRISPR/Cas9基因編輯技術在治療多種疾病上取得了重要的研究進展。
2018年2月，刊登在國際雜志Science Advances上的一篇研究報告中，科學家們通過研究利用CRISPR/Cas9技術對杜氏肌營養(yǎng)不良（DMD）癥患者機體的多能干細胞進行改造產生了健康的心肌，有望治療杜氏肌營養(yǎng)不良癥患者[1]。
同一個月，刊登在Cell雜志上的兩篇研究報告中，來自懷特黑德生物醫(yī)學研究所的研究人員利用一種基于CRISPR/Cas9的技術成功治療了脆性X染色體綜合征[2]。
2018年4月，一項刊登在國際雜志Nature Genetics上的研究報告中，來自斯坦福大學的科學家們將CRISPR基因編輯技術同DNA條形碼技術結合有效地對癌癥的進展進行了追蹤，這種組合性的方法對于未來研究人員進行癌癥藥物檢測非常重要[3]。
隨著研究的深入，對干細胞進行基因編輯的安全性問題也引起了很多人的擔憂，比如就有人會擔心基因編輯會降低干細胞的穩(wěn)定性，促進其發(fā)生突變，隨著科學家們多項研究成果的刊登，漸漸地打消了人們的顧慮。
那么近些年來，科學家們在干細胞基因編輯領域到底取得了哪些重要成果呢？
此前，來自英國桑格研究所和劍橋大學的研究人員首次結合基因編輯技術對患者機體自身誘導干細胞（induced stem cell）的基因突變進行編輯，修正了一種代謝性肝病患者細胞中的基因突變，這一研究進展開或能幫助重新調整患者自身的細胞，從而成功治療遺傳病[4]。
2017年1月，一項刊登在Science Translational Medicine雜志上的研究報告中，來自美國國家過敏癥和傳染病研究所等機構的研究人員研究人員利用基因編輯工具成功修復了源自X連鎖慢性肉芽腫病患者體內造血干細胞中的一種缺陷基因。當移植到小鼠體內后，這些經過修復的造血干細胞產生功能正常的白細胞，這就提示著這一策略可能潛在能被用來治療X連鎖慢性肉芽腫病患者[6]。
隨后2017年4月27日發(fā)表在Stem Cell Reports雜志上的一篇研究報告中，來自華盛頓大學的研究人員實現(xiàn)了成功利用CRISPR編輯干細胞來抵抗關節(jié)炎的目標；文章中研究人員利用新型基因編輯技術改造小鼠的干細胞，使其能夠抵抗關節(jié)炎等慢性疾病導致的炎癥。這些經過改造的干細胞（SMART細胞，干細胞經修飾用于自主再生療法）能產生制造一種抗炎性生物制劑藥物的軟骨細胞，在理想情況下這些軟骨細胞能夠替換關節(jié)炎性軟骨，保護關節(jié)和其它組織免受慢性炎癥中誘發(fā)的損傷[7]。
如今研究人員利用基因編輯技術在生殖干細胞領域也取得了重要的研究成果，來自中科院上海生命科學研究院的李勁松博士長期從事于體細胞重編程與胚胎發(fā)育相關領域的研究。
2012年，他們建立了只攜帶精子來源遺傳物質的小鼠孤雄單倍體胚胎干細胞，并證明這一細胞能代替精子在注入卵母細胞后能支持胚胎發(fā)育產生健康的半克隆小鼠（半克隆技術）。然而單倍體細胞的“受精”能力隨著細胞的傳代逐漸丟失，特別是經過基因編輯后，這些細胞再注入卵子中很難獲得健康半克隆小鼠。
最近，李勁松團隊通過將調控雄性印記基因H19和Gtl2表達的H19-DMR和IG-DMR敲除后獲得了能穩(wěn)定產生半克隆小鼠的“人造精子”，這一研究突破將不斷推動科學家們在生殖醫(yī)學領域的研究進展。
2017年3月，刊登在國際雜志Oncotarget上的一篇研究報告中，來自中國中南大學的科學家們發(fā)表了他們在基因編輯干細胞抑制腫瘤生長研究領域的新進展。
文章中，研究人員嘗試建立高效穩(wěn)定表達抗癌因子的病人特異性的人誘導多能干細胞，從而誘導分化為間充質干細胞，用于腫瘤的自體化基因治療，這項研究成果首次證明通過非病毒基因打靶病人特異性人誘導多能干細胞獲得自體間充質干細胞用于癌癥治療的可行性，展示了基因編輯人誘導多能干細胞在腫瘤自體化基因治療領域的臨床應用前景[8]。
同年7月刊登在國際雜志Cell Research上的一篇研究報告中，來自中科院生物物理所劉光慧等研究人員成功實現(xiàn)了通過單堿基基因編輯重塑超級干細胞的目的。
文章中，研究人員利用基因編輯改寫了人類基因組遺傳密碼中的單個堿基，首次在實驗室中獲得了遺傳增強的“超級”干細胞（Genetically Enhanced Stem cells，GES細胞）。這種GES細胞能夠對細胞衰老和致瘤性轉化產生雙重抵抗作用，因此為開展安全有效的干細胞治療提供了可能的解決途徑。這一發(fā)現(xiàn)對間充質干細胞的臨床轉化治療具有重要的價值，同時也很好地證實了利用基因編輯技術可以促進干細胞在再生醫(yī)學中的應用，為干細胞研究提供了值得借鑒的新方法[9]。
2018年3月，來自日本京都大學等處的研究人員通過研究開發(fā)了一種新型的基因編輯方法，其能夠以較高的準確度修飾人類基因組中單個DNA堿基，這種新方法的特殊之處在于其能夠指導細胞自身的修復機制，從而就能為研究疾病相關的突變提供一對基因匹配的細胞。目前研究人員正在利用胚胎干細胞進行人類糖尿病臨床試驗，但需要對患者進行慢性的免疫抑制，對患者自身的ips細胞進行基因修正或許能夠幫助產生健康的胰腺細胞，同時還能降低患者移植后出現(xiàn)的排斥反應和概率。
最后研究者Woltjen表示，我們的目標就是能開發(fā)出改善對疾病發(fā)病機制理解的新型基因編輯技術，最終開發(fā)出根治疾病的新型療法，我們相信，MhAX技術在目前多種人類疾病研究中將具有更為廣泛的適用性[10]。
4月份，來自浙江大學的研究人員通過研究建立了對人多能干細胞進行更高效和精準的基因編輯技術體系—CRISPR-Cpf1技術，研究人員表示，CRISPR-Cpf1基因編輯系統(tǒng)能與小分子藥物進行組合，實現(xiàn)對人多能干細胞進行更加簡單、高效和精準的基因編輯，從而更好地應用于基礎生物學研究、疾病模型構建、藥物篩選和臨床轉化[11]。
同一個月，發(fā)表在PLOS Pathogens雜志上的一篇研究報告中，來自國外的研究人員通過研究表示，利用基因編輯的干細胞或許有望消除HIV，文章中，研究者表示，使用基因編輯的骨髓干細胞可以顯著降低感染猴/人免疫缺陷病毒（SHIV）的豬尾獼猴休眠的“病毒水庫”的大小[12]。
2018年5月刊登在Nature Cell Biology雜志上的一篇研究報告中，科學家們利用基因編輯技術以及人源胚胎干細胞技術繪制出了人類基因組的藍圖，揭示了基因對人體健康以及疾病發(fā)生的作用。研究人員通過生成180000種不同的突變，對人類基因組中的所有基因功能進行了分析。其中，他們構建出了一種僅存在一對染色體的新型胚胎干細胞，并使用了CRISPR-CAS9技術進行大規(guī)模突變體的篩選[13]。
此前一項發(fā)表在Cell Stem Cell雜志上的研究報告中，來自美國斯坦福大學等機構的科學家們成功利用CRISPR修飾表觀基因組產生了誘導性多能干細胞，文章中，研究者發(fā)現(xiàn)，一種能夠激活而不是切割DNA的CRISPR形式能夠將胚胎小鼠細胞轉化為誘導性多能干細胞[14]。
2018年6月，刊登在國際著名雜志Cell上的一篇研究報告中，來自美國的科學家們利用CRISPR/Cas9技術成功改造造血干細胞，促進CAR-T細胞療法有效治療急性髓性白血病。
文章中，研究者開發(fā)出了一種新方法，能利用CAR-T細胞來治療急性髓性白血病（AML），為了能治療這種白血病，目前研究人員會靶向作用健康細胞中表達的一種名為CD33的特殊蛋白，這種療法并不能在不造成患者其它正常骨髓損傷的情況下來成功攻擊癌癥，而本文研究中研究者所開發(fā)的新方法則利用基因編輯工具CRISPR/Cas9來移除健康造血干細胞中的CD33分子，從而攻擊攜帶該分子的癌變細胞[15]。
近年來，科學家們在干細胞基因編輯領域取得了大量的研究進展，相信未來通過科學家們更為深入的研究必將能開發(fā)出更多有效治療多種人類疾病的新型干細胞基因編輯手段；近年來，在國家政策的大力支持下，我國干細胞產業(yè)發(fā)展迅猛，如今已經形成了全產業(yè)鏈模式，預計到2021年，我國干細胞相關市場規(guī)模將接近1500億元。
然而與國外相比，我國干細胞發(fā)展的步伐還需加快，除了聚焦干細胞及轉化研究的重大基礎科學問題和瓶頸性關鍵技術，我們還要爭取在優(yōu)勢重點領域取得科學理論和核心技術的原創(chuàng)性突破，推動干細胞研究成果向臨床應用的轉化，整體提升我國干細胞及轉化醫(yī)學領域技術水平。
為此，生物谷將于2018年11月9日至2018年11月10日在北京舉辦第十屆干細胞國際研討會，本屆干細胞國際研討會在秉承此前干細胞臨床與轉化的會議經驗基礎上，我們圍繞干細胞重編程與再生醫(yī)學、干細胞臨床研究即干細胞商業(yè)化等多個領域，邀請國內外知名專家學者、業(yè)界翹楚、臨床醫(yī)生一道進行深入討論，促進合作交流。同時本次研討會特別設立“青年千人”論壇，為海內外優(yōu)秀青年學者搭建學術交流平臺。
本次干細胞國際研討會已邀請中科院廣州生物與健康研究院裴端卿教授、仁濟醫(yī)院的管陽太主任、浙江大學遺傳學研究所徐鵬飛研究員、喬治城大學劉學鋒教授等知名干細胞領域研究者，屆時我們將會在干細胞基因編輯、多能性、干細胞與多種疾病關聯(lián)等領域進行深入交流探討，裴端卿教授主要研究主要研究領域為干細胞的多能性維持與體細胞重編程，細胞內蛋白與膜運送機制，其代表性學術成果發(fā)表在Nature，PNAS，JBC 等國際期刊上，共計50多篇研究論文，引用達2000余次。
2017年，裴端卿教授和舒曉東教授通過聯(lián)合研究，報道了關于調控人胚胎干細胞向肝系細胞分化的機理，相關研究成果為多能干細胞分化提供細胞生物學的機理，為解決干細胞在再生醫(yī)學運用中打開一扇新門窗；與此同時，在統(tǒng)一體細胞重編程與干細胞分化這兩個看似相反過程的機理研究中邁出一大步，促進細胞命運調控理論體系的建立[16]。
2017年10月，裴端卿教授以及來自加州理工學院等處的多位學者在Cell Stem Cell雜志上刊登了一篇題為“Human Embryo Editing: Opportunities and Importance of Transnational Cooperation”的研究報告，論述了科學界通過組織人類基因編輯委員會和國際學術峰會為人類基因編輯，尤其是可遺傳的胚胎基因編輯提供詳細的指導意見的努力，并著重描述了人類胚胎基因編輯對于胚胎發(fā)育等基礎研究的重要推動作用，以及國際學術合作對人類胚胎基因編輯的潛在臨床應用的重要意義[17]。
2018年4月，裴端卿教授在Cell Stem Cell發(fā)表最新研究研究成果，文章中研究者表示，他們開發(fā)了簡單、高效、標準化制備干細胞的方法，即一種名為化合物誘導干細胞多能性的技術（CIP，Chemical Induction of Pluripotency），該技術能為誘導多能干細胞的研究和優(yōu)化制備途徑提供了全新的科學視角和解決方案[18]。
其他已邀請的嘉賓也在干細胞研究領域取得了多項成果和項目，比如2018年5月，由仁濟醫(yī)院神經內科科主任管陽太牽頭的干細胞多中心臨床研究項目《臍帶源間充質干細胞治療視神經脊髓炎譜系疾病的前瞻性多中心隨機對照研究》按照《干細胞臨床研究管理辦法（試行）》的規(guī)定完成了國家衛(wèi)健委備案。仁濟醫(yī)院神經內科牽頭開展的臨床研究是首個將人臍帶源間充質干細胞（hUC-MSC ）治療視神經脊髓炎譜系疾病（NMOSD）的大型多中心臨床試驗，探討人臍帶源間充質干細胞治療NMOSD的安全性和有效性，為該新療法在臨床治療應用提供循證醫(yī)學證據(jù)。
2018年11月9-10日，我們將相聚北京召開第十屆干細胞國際研討會，會議上我們將圍繞干細胞重編程、干細胞臨床研究、干細胞規(guī)模化制備，監(jiān)管等多個領域，與國內外知名專家學者、業(yè)界翹楚、臨床醫(yī)生一同深入討論，促進合作交流，快來參會吧！
重要會議推薦：2018（第十屆）干細胞國際研討會
會議亮點
1.探討干細胞基礎研究的熱點與難點
圍繞干細胞重編程、干細胞干性維持與定向分化，干細胞與組織器官修復、類器官等進行深入交流
2.推動干細胞治療的臨床轉化
圍繞干細胞臨床轉化過程中遇到的問題， 邀請專家、臨床醫(yī)生等解答
3.促進干細胞治療的完善與發(fā)展
討論干細胞治療規(guī)范和標準， 干細胞的存儲、制備的自動化
