「基因魔剪」協助多能幹細胞「突圍」免疫排斥！

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作者：moon

導 讀

一個是充滿希望的「種子細胞」，一個是當今基因編輯領域的神兵利器「基因魔剪」，這兩者結合，將摩擦出怎樣的火花？又會發生怎樣的故事？且聽美國加州大學的科學家娓娓道來......

難以繞過的「天塹」

科學家經常對外宣講多能幹細胞的治療潛力，它可以成熟分化為任何組織，而在幹細胞移植領域，急需解決的就是「免疫排斥問題」。

機體免疫系統是「剛正不阿、鐵面無私」的。它識別「異己」，保護身體免受傳染因子和其他入侵者的侵害。但這也意味著，移植的器官、組織或細胞被均視為一種「危險的入侵者」，它總是引起強烈的免疫反應，會導致移植排斥。當發生這種情況時，醫學上的說法是「組織相容性不匹配」。雖然可以使用某些藥物，抑制機體免疫系統活性並減少免疫排斥。但這些免疫抑製劑降低了機體的免疫力，患者更容易感染和患癌症。

跨越「天塹」並非一帆風順

科學家曾經認為排斥問題是通過誘導多能幹細胞（iPSCs）解決的，這種幹細胞是由完全成熟的細胞（如皮膚或脂肪細胞）產生的。如果將來自iPSCs的細胞移植到捐獻原始細胞的同一患者體內，那麼機體免疫系統會認為移植的細胞是「自我」，並且不會發生免疫攻擊。

現實並非想像中那樣美好。iPSC的臨床應用已證明是困難的。由於尚未了解的原因，許多患者的細胞不接受重新編程。此外，為每位患者生產iPSC既昂貴又耗時。「iPSC技術存在許多問題，但最大的障礙是質量控制和可重複性。我們不知道是什麼讓一些細胞能夠重新編程，但大多數科學家認為它還不能可靠地完成，」Deuse說。 「因此，大多數個體化iPSC治療方法已被放棄。」

「一橋飛架南北，天塹變通途」

想必已經猜到，這個「橋」就是前面提到的「基因魔剪」CRISPR。不過還有一個小幫手，就是下文提及的「CD47」。

研究者想知道，是否有可能通過創建一種「通用」iPSC來迴避這些挑戰，這樣，就可用於任何需要它們的患者。當然，可能性是有的，就是使用「基因魔剪」CRISPR進行基因編輯。說干就干，終於，理想的種子開花結果。

主要研究者Hoffman博士在新論文（Hypoimmunogenic derivatives of induced pluripotent stem cells evade immune rejection in fully immunocompetent allogeneic recipients）中，描述了在改變三個基因的活動之後，iPSC在被移植到具有完全功能免疫系統的組織後能夠不引起免疫反應！

首先，研究人員使用「基因魔剪」CRISPR刪除兩個基因，這兩個基因對於主要組織相容性複合體（MHC）I類和II類的蛋白質家族的正常功能至關重要。 MHC蛋白質位於幾乎所有細胞的表面，並顯示分子信號，幫助免疫系統分辨「入侵者」。缺少MHC基因的細胞不會出現這些信號，因此它們不會被識別為外來信號。

「長征」到這裡並沒有結束，接下來的研究發現，它雖然逃過了第一次「圍剿」，但是，卻招來了第二波「圍剿」——缺失MHC蛋白的細胞卻成為自然殺傷（NK）細胞的靶標。所以研究人員不得不尋求外援。研究人員與加州大學洛杉磯分校微生物學和免疫學系主任Lewis Lanier教授以及激活和抑制NK細胞活性的信號專家Schrepfer合作，發現細胞表面蛋白CD47充當「不要吃我」的信號，可逃避巨噬細胞的攻擊，當然，它也能躲避NK細胞的攻擊。

研究人員相信，細胞表面蛋白CD47可能是完全關閉排斥反應的關鍵所在。研究人員將CD47基因載入到一種病毒中，通過該病毒，傳遞給MHC蛋白缺失的小鼠和人體幹細胞。當研究人員將他們的三重工程小鼠幹細胞移植到具有正常免疫系統的錯配小鼠時，他們沒有觀察到排斥反應。然後，他們將類似工程化的人類幹細胞移植到人源化小鼠（其免疫系統已被人體免疫系統的成分所取代，以模仿人體免疫力）體內，並再次觀察到沒有引起免疫排斥反應。

「我們顯示當主要組織相容性複合物（MHC）I類和II類基因失活並且CD47過表達時，小鼠和人iPSC都失去其免疫原性。這些低免疫原性iPSC保留其多能幹細胞潛能和分化能力。」作者在文提到。

不僅如此，研究人員從這些三重工程幹細胞中衍生出各種類型的人類心臟細胞，並將它們再次移植到人源化小鼠體內。幹細胞衍生的心肌細胞能夠實現長期存活，甚至開始形成基本的血管和心肌，這為修復衰竭心臟帶來了希望。

研究人員稱，這是第一次設計出可以普遍移植的細胞，並且可以在免疫功能正常的受體中存活而不會引起免疫反應。這證明幹細胞治療領域又有一個大的進步。該項新技術可以使更多的人受益，並且，它的生產成本遠低於任何個體化治療方法——只需要製造低免疫原性細胞細胞一次，留下的產品可以做到「通用移植」。

參考資料：

[1]CRISPR gene editing makes stem cells "invisible" to immune system

[2]Hypoimmunogenic derivatives of induced pluripotent stem cells evade immune rejection in fully immunocompetent allogeneic recipients

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