干细胞衍生疗法在治疗退行性疾病和损伤的再生医学中显示出巨大的前景。间充质干细胞 (MSC) 表现出分化成各种细胞类型、调节免疫反应和促进组织修复的非凡能力。然而，人们对其诱发肿瘤的潜力的担忧源于其内在特性、环境因素以及处理过程中发生的基因突变。为此本综述探讨了与干细胞衍生治疗产品的致瘤潜力相关的复杂挑战，并研究了导致这种风险的潜在机制，例如致癌基因激活、肿瘤抑制基因的抑制以及微环境对干细胞行为的影响。

干细胞概述：基于干细胞的治疗产品在治疗多种退行性疾病和损伤方面具有巨大潜力。干细胞因其独特的分化、免疫反应调节和促进组织修复能力而成为这场医学革命的前沿应用。

本综述批判性地讨论了需要关注和创新的一个重要方面：这些疗法带来的致瘤风险。

• 其中，间充质干细胞脱颖而出，成为人们的保证和信心之源。它们被广泛研究，因为它们很容易从骨髓、脂肪组织和华通氏胶等来源中分离出来，并且可以通过旁分泌信号和免疫调节支持受损组织的修复。
• 胚胎干细胞 (ESC) 具有最高的分化潜力，源自胚泡的内部团块，而从成体细胞重新编程的诱导多能干细胞 (iPSC) 为再生医学提供了一种针对患者的方法。然而，最终，干细胞疗法具有很大的临床前景。

致瘤性会抵消此类治疗的安全性和有效性；然而，所涉及的风险是巨大的。历史上的例子，例如ESC和iPSC 形成畸胎瘤，强调了找到解决方案的重要性。其他报道的致瘤性机制包括基因组不稳定性、异常分化和通常调节细胞生长和存活的信号通路失调。需要完成大量工作来解决这些问题；然而，与此同时，不能牺牲干细胞疗法对进一步再生医学的转化潜力。

使用任何干细胞衍生产品解决控制致瘤性问题的能力对于促进患者安全和进一步获得监管认可至关重要。

本文概述了减轻致瘤风险的策略，包括严格的质量控制措施、精细的分化方案和先进的筛选技术。报告还强调，基因编辑技术和小分子调节干细胞行为等创新方法有望提高安全性。尽管存在这些挑战，但正在进行的研究和技术进步正在积极解决这些问题，以确保在临床环境中更安全、更有效地利用干细胞疗法。

确保干细胞疗法的安全性： 如何解决干细胞的致瘤风险？

近期，期刊杂志《Biology and Life Sciences》发表了一篇“确保干细胞疗法的安全性： 肿瘤致病风险与缓解策略的综述，该综述概述了干细胞衍生产品致瘤潜力所面临的各种挑战。

干细胞简介

干细胞的定义和类型

干细胞是一类具有自我更新能力和多向分化潜能的细胞，它们能够分化成多种类型的细胞，对于组织修复和再生具有重要作用。以下是干细胞的定义和几种主要类型：

干细胞的定义

干细胞（Stem Cells）是未分化或部分分化的细胞，它们具有以下两个主要特征：

1. 自我更新（Self-Renewal）：干细胞能够通过细胞分裂维持自身数量，即在不失去其特性的情况下进行自我复制。
2. 多向分化潜能（Multipotency）：干细胞能够分化成多种不同类型的成熟细胞。

干细胞的类型

胚胎干细胞（Embryonic Stem Cells, ESCs）：

• 来源于早期胚胎（胚泡阶段）的内部细胞团。
• 具有全能性，理论上可以分化成任何类型的细胞。
• 由于伦理和免疫排斥问题，其应用受到限制。

干细胞类型	定义	差异化能力	干细胞来源	应用
间充质干细胞（MSC）	可排出生成多种细胞类型的多能基质细胞。	成骨细胞（骨细胞）、软骨细胞（软骨细胞）、肌肉细胞（切除细胞）、脂肪细胞（脂肪细胞）。	骨髓、外周血、脂肪组织、胎盘、脐带、脐带血。	骨再生、软骨修复、截取和脂肪组织再生、骨关节炎、骨折、自身免疫的治疗。
胚胎植入（ESC）	底层胚泡的内细胞团，能够发育成200多种人类细胞类型中的任意一种。	任何人类细胞类型。	囊胚（早期内部结构）的内细胞团。	了解人类发展和疾病的研究工具，激发进一步的探索和发现。
感应性多能干细胞 (iPSC)	直接从体细胞生成，其分泌生成任何细胞类型的能力与ESC非常相似。	身体内的任何细胞类型。	成体组织（重新编程的体细胞）。	个性化医疗、疾病建模、药物筛选、移植治疗、创建患者特异性干细胞系。

诱导多能干细胞（Induced Pluripotent Stem Cells, iPSCs）：

• 通过将成熟细胞（如皮肤细胞或血细胞）重新编程为多能干细胞。
• 类似于胚胎干细胞，具有分化成任何细胞类型的潜力。
• 为个性化医疗提供了可能，因为它们可以从患者自身细胞中获得。

成体干细胞（Adult Stem Cells）：

• 存在于已经分化的组织中，如骨髓、血液、皮肤、肌肉等。
• 通常具有组织特异性，即它们主要分化为所在组织类型的细胞。
• 包括造血干细胞（Hematopoietic Stem Cells, HSCs）、间充质干细胞（Mesenchymal Stem Cells, MSCs）等。

间充质干细胞（Mesenchymal Stem Cells, MSCs）：

• 可以从多种组织中提取，如骨髓、脂肪组织、脐带血等。
• 能够分化为多种中胚层来源的细胞，如骨、软骨、脂肪、肌肉和肌腱细胞。
• 具有免疫调节特性，可用于治疗自身免疫性疾病。

组织特异性干细胞（Tissue-Specific Stem Cells）：

• 特定于某一组织或器官，如神经干细胞（Neural Stem Cells, NSCs）、肝干细胞（Hepatocyte Stem Cells）等。
• 主要负责组织内的细胞更新和修复。

癌干细胞（Cancer Stem Cells, CSCs）：

• 具有干细胞特性的癌细胞，可能参与肿瘤的起始、发展和耐药性。
• 在癌症治疗中是一个重要的研究领域。

干细胞的研究和应用是现代医学中最激动人心的领域之一，它们在组织工程、再生医学、药物筛选和个性化医疗中具有广泛的应用前景。

干细胞的治疗应用和临床潜力

干细胞具有巨大的潜力，在再生医学中发挥着关键作用，为受损组织的修复和再生带来了希望。干细胞治疗的应用和临床潜力是医学研究中的一个热点领域，以下是一些关键点：

1. 广泛的治疗应用：干细胞，尤其是间充质干细胞（MSCs），因其能够分化形成多种组织细胞而备受关注。它们被应用于治疗多种疾病，包括但不限于神经系统疾病、心血管疾病、自身免疫性疾病等。全球已有超过6000项临床试验正在进行，涉及上百种疾病，显示了干细胞治疗的广泛应用前景。
2. 神经系统疾病的治疗潜力：干细胞在治疗神经系统疾病如阿尔茨海默病、帕金森病、多发性硬化症、脊髓损伤等方面展现出巨大潜力。例如，有研究通过将神经干细胞设计为持续产生抗体，以抑制HER2的表达，从而改善脑转移癌症患者的临床治疗结局。
3. 心血管疾病的治疗：MSCs在心血管疾病治疗中至关重要，它们具有转化为心血管细胞的能力、免疫调节能力、抗纤维化特性和参与新生血管生成的能力，为心血管疾病患者带来了持久的生机。
4. 自身免疫性疾病的治疗：MSCs调节人体免疫系统，有潜力治疗多种自身免疫性疾病，如红斑狼疮等。
5. 骨关节炎的治疗：干细胞治疗骨关节炎（OA）是一种有前途的方法。干细胞通过分化为软骨、旁分泌、抗炎和免疫调节、“归巢”等机制修复关节软骨，并通过抑制炎症和调节免疫系统、归巢、调节阿片类受体、分泌细胞外囊泡等方式来缓解疼痛。
6. 干细胞技术的其他应用：干细胞技术不仅直接用于疾病治疗，还延展出类器官技术，加速新药开发、助力精准医疗，甚至有望推动再生医学实现飞跃，如治疗阿尔茨海默病、修复衰老器官等。
7. 临床试验和研究进展：全球范围内，干细胞治疗的临床试验和研究正在不断进展，涉及200种适应症，应对8大系统疾病，显示了干细胞治疗的巨大潜力和广泛的临床应用前景。
8. 干细胞彻底改变了药物筛选和疾病建模：尤其是iPSC在药物发现和疾病建模中的应用越来越广泛。根据之前的一项研究，iPSC可以产生无限的与疾病相关的细胞类型，这对于识别新的分子靶点和进行大规模表型筛选非常有价值。这种产生患者特异性细胞系的潜力为个性化医疗以及药物发现和疾病建模的未来带来了令人兴奋的前景。

治疗应用	干细胞类型	临床潜力	挑战与限制	参考
心脏修复	MSC、iPSC	恢复心肌功能，针对突变蛋白来恢复心脏病的变化。	移植细胞的重要性、整合性和成熟度；潜在的免疫要点；逻辑考虑。	[1 , 2 , 3]
神经退行性疾病	诱导性多能干细胞	分化为多巴胺能神经元，用于治疗帕金森病；用于治疗阿尔茨海默病。	移植细胞的存活、整合和成熟；潜在的免疫排斥；道德考虑。	[ 4,5,6 ]​​​​
免疫调节	MSCs、HSCs	迁移至炎症和损伤部位；调节致病免疫反应；治疗GVHD。	与免疫细胞相互作用；分泌抗炎细胞因子；降低GVHD 严重程度。	[ 7 , 8 , 9 , 10 , 11 , 12 , 13 ]
药物筛选和疾病模型	诱导性多能干细胞	产生无限的与疾病相关的细胞类型；识别新的分子靶点；大规模表型筛选；体外建模疾病。	确保细胞生存和整合；道德考虑；潜在的免疫排斥。	[ 14,15,16 ]

综上所述，干细胞治疗在多个医学领域展现出巨大的应用潜力和临床前景，但仍需更多的研究来解决生产工艺标准化、验证安全性和有效性等挑战。随着科研的深入，干细胞治疗有望为人类健康贡献更大力量。

干细胞致瘤性的解释

致瘤性是指细胞被引入生物体后形成肿瘤的可能性。在干细胞疗法中，该术语描述的是干细胞不受控制地生长和分化，从而导致肿瘤形成的倾向。这是干细胞疗法开发和临床应用中的一个关键问题，因为必须精心管理肿瘤发生的风险，以确保患者的安全。在干细胞疗法中，有多种因素会导致肿瘤发生。

内在因素包括基因突变、表观遗传变化和端粒酶活性：

• 一组研究人员讨论了在细胞培养、重编程甚至移植后可能出现的基因突变。他们指出，DNA甲基化和组蛋白修饰等表观遗传变化会使基因表达失调并导致肿瘤发生转化。端粒酶活性通常在干细胞中上调以维持其增殖能力，它也可以通过使细胞绕过正常的细胞衰老并继续分裂而在肿瘤发生中发挥作用。一些研究小组讨论了端粒酶在干细胞生物学中的作用及其对癌症和衰老的影响，进一步强调了其在肿瘤发生中的重要性。

研究表明，干细胞中的表观遗传失调可通过激活致癌基因和沉默肿瘤抑制基因来促进肿瘤发生（图1）。

外在因素包括微环境影响、免疫相互作用和炎症：

• 干细胞所处的微环境或微环境可显著影响其行为。强调，炎症信号和微环境内与免疫细胞的相互作用可以抑制或促进致瘤性，具体取决于具体情况。慢性炎症与癌症发展风险增加有关，因为它可以通过产生活性氧 (ROS) 和其他炎症介质来诱导促肿瘤环境。他们深入综述了炎症与癌症之间的联系，强调了肿瘤微环境对癌症进展的影响。

致瘤结果的历史背景和例子

干细胞致瘤性的历史背景和例子可以从以下几个方面进行概述：

胚胎干细胞（ESCs）致瘤性的历史背景和例子：

• 1998年，Thomson等人的一项早期研究中，将ESC注射到免疫功能低下的小鼠体内，导致畸胎瘤的形成。这些畸胎瘤包含来自所有三个胚层的分化细胞，突显了ESC的多能性及其不受控制的生长潜力。这一发现强调了在ESC可以安全用于临床环境之前需要严格的分化方案和广泛的临床前测试。

诱导性多能干细胞（iPSCs）致瘤性的历史背景和例子：

• Miura等人在2009年证明，iPSC注射到小鼠体内后会形成畸胎瘤，类似于ESC。此外，Okita等人在2007年发现iPSC中的基因突变和染色体异常可导致肿瘤形成。这些突变可能来自重编程因素或压力。为了减轻这些风险，研究人员正在探索更安全的重编程方法，例如非整合和化学重编程，这些方法不会改变宿主基因组。

间充质干细胞（MSCs）致瘤性的历史背景和例子：

• Tolar等人在2007年报告了MSC在体外大量扩增后出现恶性转化的实例。同样，Foudah等人在2009年的研究发现，MSC的长期培养会导致染色体异常并转化为癌细胞。这些例子凸显了监测MSC的遗传稳定性和限制其在培养中的扩增以降低恶性转化风险的重要性。

Cytopeutics®hUC-MSCs致瘤性的研究：

• 一项研究评估了极高剂量同种异体人脐带间充质干细胞（Cytopeutics® hUC-MSCs）的安全性和致瘤性。研究结果表明，即使在非常高的剂量下，单次或多次施用同种异体Cytopeutics® hUC-MSC也是安全的，不会导致肿瘤，并且在整个评估期间不会对小鼠造成不良影响。

这些历史背景和例子表明，干细胞疗法在治疗多种疾病方面具有巨大潜力，但同时也伴随着致瘤性的风险。因此，对干细胞疗法的安全性和致瘤性进行持续的研究和评估是至关重要的。

解决干细胞致瘤的重要性

临床意义

解决干细胞治疗致瘤潜力的重要性主要体现在以下几个方面：

1. 患者安全：确保干细胞疗法的安全性对于防止患者受到伤害至关重要。干细胞形成肿瘤的可能性带来了重大风险，包括可能危及患者生命的恶性肿瘤的可能性。例如，Amariglio等人 (2009) 的一项研究报告了一例患者在接受干细胞治疗后患上脑瘤的病例，凸显了严格的安全协议的迫切需要。
2. 全面临床前测试和长期监测：全面的临床前测试和长期监测对于确保患者安全至关重要。这些措施包括先进的筛选方法，以检测基因异常并确保干细胞在移植前完全分化，从而降低肿瘤形成的可能性。
3. 致瘤风险对治疗潜力的影响：致瘤风险会损害干细胞的安全性和有效性，从而削弱干细胞的治疗潜力。如果不充分解决肿瘤形成的风险，则可能导致并发症，从而抵消治疗的好处。根据Lee等人 (2013) 的研究，未分化或部分分化的细胞可以形成肿瘤，这可能会抵消治疗的再生益处。
4. 细胞分化和增殖的控制：因此，要确保干细胞疗法安全有效，就需要对细胞分化和增殖进行细致的控制。这包括优化培养条件、实施严格的质量控制措施以及进行彻底的临床前和临床评估以验证干细胞产品的安全性和有效性。
5. 干细胞研究与应用的进展：随着生命科学研究不断发展，人类对干细胞的了解逐渐深入，干细胞相关科研成果在疾病治疗、再生医学等方面发挥越来越重要的作用。应用干细胞技术，不仅可以治疗白血病、免疫系统疾病等过去难以医治的疾病，还可以延展出类器官技术，以加速新药开发、助力精准医疗，甚至有望推动再生医学实现飞跃，如治疗阿尔茨海默病、修复衰老器官等。

综上所述，解决干细胞治疗的致瘤潜力对于保护患者安全、提高治疗效果和推动干细胞疗法的临床应用具有重要意义。

监管问题和患者安全

监管问题和患者安全在干细胞疗法中的重要性体现在以下几个方面：

监管机构的要求：

• 美国食品药品管理局（FDA）和欧洲药品管理局（EMA）等监管机构对干细胞疗法的安全性有着严格的要求。这些法规确保干细胞治疗在获准用于临床之前符合高安全性、有效性和质量标准。例如，FDA关于基于人体细胞和组织的产品的指导方针要求进行广泛的临床前测试，包括致瘤潜力评估，以证明疗法不会给患者带来不可接受的风险。同样，EMA指导方针强调需要进行全面的风险评估和强有力的质量控制措施。

临床意义和患者安全：

• 确保干细胞疗法的安全性对于防止患者受到伤害至关重要。干细胞形成肿瘤的可能性带来了重大风险，包括可能危及患者生命的恶性肿瘤的可能性。例如，Amariglio等人 (2009) 的一项研究报告了一例患者在接受干细胞治疗后患上脑瘤的病例，凸显了严格的安全协议的迫切需要。

伦理要求：

• 在干细胞治疗中预防致瘤结果也具有伦理要求。致瘤细胞可能带来的危害引发了重大的伦理问题，特别是关于知情同意过程以及研究人员和临床医生确保患者安全的责任。Hyun (2010) 讨论了干细胞研究的伦理挑战以及透明度和问责制在解决这些风险方面的重要性。

风险评估和质量控制：

• 伦理指南要求患者充分了解干细胞疗法的潜在风险和益处，研究人员采取一切必要措施将致瘤风险降至最低。这包括实施严格的安全协议、进行彻底的风险评估，以及确保所有研究和临床实践都遵守最高的伦理标准。

国际标准化组织（ISO）和国家组织的作用：

• 国际标准化组织（ISO）和重要国际组织、国家组织在制定干细胞治疗相关标准方面发挥着关键作用。例如，FACT（国际细胞治疗认证基金会）制定的标准中，与干细胞治疗（SCT）相关的标准主要包括造血细胞治疗标准、脐带血库标准、通用标准。

监管挑战：

• 干细胞治疗的监管挑战包括工艺和质量一致性、临床研究的合规性和数据完整性。若申请人在临床研究过程中变更了原材料、生产或制备工艺及质量标准等，应解释原因并对变更后产品进行质量可比性研究，并评估变更对产品安全性或有效性的影响。

综上所述，监管问题和患者安全在干细胞疗法中占据核心地位，需要监管机构、研究人员、临床医生和国际组织的共同努力，以确保干细胞疗法的安全性和有效性，保护患者免受伤害。

减轻干细胞治疗致瘤风险的策略

减轻干细胞治疗致瘤风险的策略可以从以下几个方面进行：

质量控制措施

严格的培养和扩增方案

• 遵守GMP标准：干细胞生产过程中遵守GMP（良好生产规范）标准至关重要，以确保安全性、有效性和一致性。GMP指南要求在生产过程中控制环境、进行全面记录并保证质量。
• 遗传和表型监测：持续的遗传和表型监测对于发现和消除可能导致致瘤性的任何异常至关重要。定期检查包括核型分析和基于PCR的方法来检测常见的遗传变化，并监测表型稳定性以确保细胞保留其预期功能。

监测遗传稳定性

• 核型分析和新一代测序（NGS）：干细胞的遗传不稳定性可以通过核型分析、新一代测序（NGS）和比较基因组杂交（CGH）技术检测。这些方法有助于识别和消除可能导致肿瘤形成的突变细胞。
• 定期筛查：定期使用这些技术筛查干细胞以便及早发现突变非常重要。研究表明，培养的干细胞会随着时间的推移发生基因变化，因此需要频繁监测。

分化方案的改进

改进的区分技术

• 终末分化条件预处理：策略包括在终末分化条件下预处理培养物、使用特定的生长因子和抑制剂以及采用多阶段分化方案。

尽量减少残留未分化细胞

• 流式细胞术和磁激活细胞分选（MACS）：在干细胞研究中，人们采用了流式细胞术和磁激活细胞分选（MACS）等各种技术来去除未分化细胞，从而确保分化细胞的纯度。

基因组和表观基因组筛查技术

先进的筛选方法

• 高通量测序（HTS）：高通量测序（HTS）对于检测干细胞中的遗传和表观遗传畸变至关重要。HTS技术能够进行全面的全基因组分析，并识别突变、拷贝数变异和其他遗传变化。

检测和消除致瘤细胞

• 靶向测序和高通量单细胞测序：在针对癌症的研究中，人们正在采用特定方法来识别和消除致瘤细胞。这些方法涉及使用特定标记和遗传靶标来筛选和去除潜在的危险细胞。

通过上述策略，可以有效地减轻干细胞治疗的致瘤风险，提高干细胞治疗的安全性和有效性。

增强安全性的创新方法

增强干细胞治疗安全性的创新方法主要包括基因编辑技术和小分子调节两大类，以下是具体的方法和应用：

基因编辑技术

CRISPR/Cas9的应用

CRISPR/Cas9系统是一种革命性的基因编辑工具，它通过引导RNA (gRNA) 将Cas9酶引导至基因组中的特定位置，实现精确的基因序列编辑。这一技术在纠正干细胞中的基因突变方面显示出巨大潜力，有助于治疗遗传疾病并降低致瘤风险。CRISPR/Cas9通过精确纠正致病突变，可以显著提高干细胞疗法的安全性，减少脱靶效应和意外后果。在造血干细胞(HSC)中使用CRISPR/Cas9已显示出在纠正基因缺陷的同时保持植入和多谱系再增殖潜力的前景。

其他基因编辑工具

除了CRISPR/Cas9，还有其他基因编辑工具如TALEN和ZFN。这些工具各有优势和局限性，CRISPR/Cas9以其简单、经济高效和同时靶向多个位点的高效率而闻名，而TALEN和ZFN具有更高的特异性，可能减少脱靶效应。

小分子调节

小分子能够精确靶向细胞内的特定分子通路，调节信号通路以促进安全分化并降低致瘤性。例如，小分子可以激活在胚胎阶段诱导成骨的信号通路。

干细胞研究中使用的小分子示例

• ROCK抑制剂：用于提高将人类成纤维细胞重编程为诱导性多能干细胞(iPSC)的效率，减轻细胞应激并促进重编程过程中的细胞存活。
• 表观遗传调节剂：如组蛋白去乙酰化酶抑制剂和DNA甲基转移酶抑制剂，可以通过改变干细胞的表观遗传景观来影响基因表达，促进分化并降低致瘤风险。

其他小分子

• 他汀类药物：抑制甲羟戊酸通路，促进成骨分化并增强骨修复。
• 二甲双胍：通过AMPK信号调节促进成骨和脂肪形成谱系的分化。
• 腺苷和地塞米松：用于特定谱系分化，例如成骨细胞和软骨细胞。
• GSK3抑制剂CHIR99021：可激活Wnt信号以增强自我更新和多能性维持。
• 福斯高林：提高cAMP水平，从而影响干细胞增殖和存活。
• 反苯环丙胺和丙戊酸：作为组蛋白去乙酰化酶抑制剂，提高重编程效率并维持多能性。
• 3-Deazaneplanocin A：通过抑制EZH2降低H3K27me3水平，促进干细胞分化，并通过表观遗传修饰降低致瘤潜力。

这些创新方法代表了操纵干细胞行为用于治疗应用的激动人心的前景，有助于提高干细胞治疗的安全性和有效性。

总结：报告强调，基因编辑技术和小分子调节干细胞行为等创新方法有望提高安全性。尽管存在这些挑战，但正在进行的研究和技术进步正在积极解决这些问题，以确保在临床环境中更安全、更有效地利用干细胞疗法。

参考资料：BS, S.; KH, C.; BC, T. Ensuring Safety in Stem Cell Therapies: A Review of Tumorigenic Risks and Mitigation Strategies. Preprints 2024, 2024090136. https://doi.org/10.20944/preprints202409.0136.v1

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