高分综述|hPSC中反复出现遗传变异的后果

盼山的备忘录 2024-03-31 00:59:35

根据hPSCreg网站统计,截至2024年3月1日,全球目前共注册967个hESC细胞系、5572个hiPSC细胞系、136项临床试验和1934份证书(包括细胞系证书和项目证书各1790个和144个)。hPSC领域的研究持续火热,涉及疾病建模、细胞治疗、药物发现以及毒理学应用等多个领域。

图1 人多能干细胞注册细胞系及临床试验数量的全球数据(来源hPSCreg网站)Cell Stem Cell综述

2022年末,Martin F. Pera等人1总结了hPSC培养中复发性遗传和表观遗传变异的性质、检测方案以及它们对体外或体内细胞行为的影响。

科学家们早在二十多年前就开始研究人多能干细胞(hPSC),随着该领域的不断发展,每年发表的hPSC论文数量稳步增长,截止到2020年已达到每年约2,000篇(图2A)。同时hPSC也越来越多被应用于生物医学科学研究中,尤其是在疾病建模和细胞治疗领域(图2B)。除了美国以外,中国发表的hPSC相关文章的数量排在全球第二(图2C和2D)。

图2 全球关于人多能干细胞领域的文章发表情况(数据截止2020年)与生物医学其他的研究领域类似,hPSC的研究在很大程度上依赖于研究者所使用的工具完整度,如使用的生物试剂和参考的材料等。hPSC研究中最需要考虑的因素之一是细胞系的质量,特别是hPSC在体外和存在选择压力的情况下会受到遗传变异的影响,这些变异可能会改变细胞的行为并影响其作为研究及治疗工具的效果1。基于此,国际干细胞研究协会(ISSCR)在2023年颁发了一项关于PSC质量标准评估的指导原则,从细胞系生物库的保存、多能性评估以及遗传特征等多个维度进行描述,为PSC领域的研究者提供了一套评估标准。

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图3 PSC质量标准评估指导原则

1hPSC遗传异常的后果

对未分化hPSC进行体外研究表明,复发性遗传变异会提高变异细胞的存活率及增殖率,增加其对复制压力和有丝分裂错误的抵抗力,这些变异细胞会竞争培养环境中的有限资源,并改变正常细胞对分化生长因子的反应,限制其分化能力1。

图4 hPSC中发现的遗传变异及其检测方法

然而hPSC细胞系中一些遗传或表观遗传变异常通过难以预测的方式改变其生物学特性。表1总结了常见的复发性遗传变异对hPSC及其分化衍生细胞的体外和体内行为的影响。

表1 hPSC及其分化衍生细胞中复发性遗传变异的生物学后果2对临床应用的影响hPSC中发现的许多复发性遗传变异同时也是人类癌症的特征表现,如生殖细胞肿瘤和其他类型的恶性肿瘤1。在干细胞衍生疗法中,研究者致力于研究检出和消除未分化细胞的方案,以达到消除未分化的恶性干细胞的效果。

表2总结了一些研究报告中涉及的细胞治疗产品的临床前安全性评估,包括残留未分化细胞的测定和体内致瘤性研究。

表2 hPSC衍生疗法的临床前安全性评估案例

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参考文献[1] Andrews PW, Barbaric I, Benvenisty N, Draper JS, Ludwig T, Merkle FT, Sato Y, Spits C, Stacey GN, Wang H, Pera MF. The consequences of recurrent genetic and epigenetic variants in human pluripotent stem cells. Cell Stem Cell. 2022 Dec 1;29(12):1624-1636. doi: 10.1016/j.stem.2022.11.006. PMID: 36459966.

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