本文配圖均來源于:Chiara Pavan 等. A cloaked human stem-cell-derived neural graft capable of functional integration and immune evasion in rodent models. Cell Stem Cell, 2025, 32 (5): 710-726.e8. DOI: 10.1016/j.stem.2025.03.008
研究背景
細胞治療是當前生物醫(yī)藥領(lǐng)域最具顛覆性的治療策略之一,其核心價值在于突破了傳統(tǒng)藥物 “對癥治療” 的局限,通過 “細胞替代、修復或增強機體功能” 實現(xiàn)對疾病的 “病因性干預”—— 不僅能攻克腫瘤、神經(jīng)退行性疾病等難治性疾病的治療瓶頸,更有望推動醫(yī)學從 “疾病治療” 向 “組織再生、功能重建” 升級,是未來精準醫(yī)療與再生醫(yī)學的核心支柱。
細胞治療主要覆蓋三大核心領(lǐng)域:
1.腫瘤治療:如 CAR-T 細胞療法已獲批用于血液瘤(如淋巴瘤、白血。,解決傳統(tǒng)放化療難以根治的難題;2.神經(jīng)退行性疾病:帕金森病、阿爾茨海默病等依賴 “神經(jīng)元替代”,細胞治療是唯一可能逆轉(zhuǎn)病理的方向;3.組織器官修復:如干細胞治療心肌梗死、糖尿病足等,通過細胞分化 / 旁分泌功能修復受損組織。
而在全球疾病負擔與醫(yī)學研究領(lǐng)域,神經(jīng)性疾病是一類高發(fā)病率、高致殘率、高社會成本的重大疾病,僅帕金森病全球患者超千萬,且隨人口老齡化呈快速增長趨勢。而細胞療法治療帕金森病等神經(jīng)疾病時,異體細胞移植易引發(fā)免疫排斥,長期使用免疫抑制劑會帶來嚴重副作用,且存在致瘤風險。
研究流程
A cloaked human stem-cell-derived neural graft capable of functional integration and immune evasion in rodent models,開發(fā)了一種hPSC系(稱為H1-FS-8IM),首次實現(xiàn)人干細胞神經(jīng)移植物在嚙齒類模型中兼具
免疫逃逸、
功能整合與
可控安全,成為適用于帕金森細胞療法的可行產(chǎn)品。
H1-FS-8IM 細胞系的體外功能驗證與體內(nèi)帕金森治療研究流程圖
Figure1:H1-FS-8IM隱形細胞系的構(gòu)建及神經(jīng)分化能力的驗證
本研究模擬胎盤和癌細胞的免疫逃逸機制,分兩輪用不同轉(zhuǎn)座子系統(tǒng)將 8 種免疫調(diào)節(jié)基因(PDL1、CD200、CD47、HLAG、FASLG、SERPINB9、CCL21、MFGE8)轉(zhuǎn)入 H1 人多能干細胞(hPSC):第一輪用 PiggyBac 轉(zhuǎn)座子插入 4 個基因并經(jīng)嘌呤霉素篩選;第二輪用 SleepingBeauty 轉(zhuǎn)座子插入剩余 4 個基因并帶熒光報告基因,構(gòu)建 H1FS8IM 細胞系,引入 HSVTK 自殺基因(與 CDK1 轉(zhuǎn)錄關(guān)聯(lián))。通過qPCR、免疫熒光實驗等驗證H1-FS-8IM 細胞經(jīng)基因編輯后其多能性、三胚層分化能力無顯著變化,是具備正常分化潛能的多能干細胞(圖1)。

Figure2:免疫細胞共培養(yǎng)測試H1-FS-8IM逃避免疫細胞檢測的能力
初步為了確認H1-FS-8IM的免疫逃避能力,將H1-FS和H1-FS-8IM與免疫細胞:PBMCs、巨噬細胞、NK細胞共培養(yǎng),細胞流式顯示:H1-FS-8IM 組的 CD45 + 細胞數(shù)量、增殖指數(shù)顯著低于 H1-FS 組,說明其能抑制白細胞的活化增殖,H1-FS-8IM 組的 CD3 + 細胞數(shù)量、增殖指數(shù)遠低于 H1-FS 組,證明其可有效抑制 T 細胞的活化,H1-FS-8IM 組的促炎因子(IFN-γ、TNF-α)水平顯著降低,說明其能減少免疫炎癥反應(yīng);以及通過免疫熒光實驗(圖2H-L)進行定量統(tǒng)計:神經(jīng)元(品紅)無差異,但H1-FS-8IM中CD45+巨噬細胞(綠色)較H1-FS共培養(yǎng)減少,證明H1-FS-8I在體外表現(xiàn)出能夠逃避多種參與移植物排斥的免疫細胞群的能力(圖2)。
Figure3:植入H1FS8IM 或hPSC的NSG小鼠模型
為了證明H1FS8IM能夠規(guī)避免疫檢測,研究人員首先構(gòu)建了NSG 小鼠,NSG小鼠是一種重度免疫缺陷小鼠,向NSG小鼠體內(nèi)移植人CD34+造血干細胞,可重建人的免疫系統(tǒng),再向該小鼠中注射H1FS8IM 或hPSC,構(gòu)建小鼠模型。通過免疫組織化學染色顯示:H1-FS-8IM 組(Bii)與H1-FS 組(Bi)相比,hNCAM 陽性區(qū)域(人源神經(jīng)細胞黏附分子,用于特異性標記移植的人源神經(jīng)元)持續(xù)存在,證明免疫隱形改造使移植物在體內(nèi)長期存活;通過移植物核心定量指標顯示(圖3C-E),H1-FS-8IM 組移植物體積顯著大于 H1-FS 組,證明其存活能力更強,H1-FS-8IM 組移植物形態(tài)規(guī)則,神經(jīng)元分布均勻,證明其體內(nèi)微環(huán)境更穩(wěn)定的;TH⁺細胞數(shù)量顯著更多,說明其定向分化功能未受免疫改造影響;且H1-FS-8IM 組的 GFAP 密度顯著更低,說明其引發(fā)的炎癥反應(yīng)更弱(圖3H);H1-FS-8IM 組的神經(jīng)元軸突投射數(shù)量更多,證明其能更好地與宿主神經(jīng)環(huán)路實現(xiàn)功能性整合(圖3I)。核心結(jié)論:H1-FS-8IM 神經(jīng)移植物在體內(nèi)可長期存活、高效分化為多巴胺能神經(jīng)元,同時減少炎癥反應(yīng)并實現(xiàn)功能整合,驗證了其作為細胞治療產(chǎn)品的體內(nèi)有效性。
Figure4:HSV-TK/GCV 自殺基因系統(tǒng)的體外安全性與體內(nèi)精準清除驗證
針對免疫逃逸的主要擔憂之一就是會引發(fā)惡性腫瘤的風險,之前研究人員向 H1-FS-8IM 細胞中轉(zhuǎn)入了HSV-TK 基因,通過GCV(更昔洛韋)處理,可針對異常增殖的細胞啟動HSV-TK 自殺基因系統(tǒng),精準識別增殖細胞并誘導其凋亡。隨后研究人員利用GCV處理DIV13 vmDA 神經(jīng)元及DIV13 vmDA 神經(jīng)元與免疫細胞共培養(yǎng)體系,通過免疫熒光染色及細胞流式分析發(fā)現(xiàn),H1-FS-8IM細胞中激活自殺系統(tǒng)的同時對其免疫逃逸作用沒有顯著影響(圖4A-D)。以免疫缺陷裸鼠為模型,驗證更昔洛韋(GCV)對 H1-FS-8IM 神經(jīng)移植物的安全管控作用:GCV 處理組的H1-FS-8IM 神經(jīng)移植物在顯著清楚異常增殖細胞的同時,不損傷其包括移植物體積、移植物細胞密度、神經(jīng)元分化狀態(tài)及體內(nèi)微環(huán)境等正常功能(圖4E-O),為該細胞的臨床安全應(yīng)用提供了體內(nèi)證據(jù)。
Figure5:H1-FS-8IM 移植物在帕金森模型裸鼠中的長期存活與功能驗證
最后為了評估H1-FS-8IM細胞對帕金森疾病的實際效用,研究人員通過采用 6-OHDA 誘導裸鼠構(gòu)建帕金森模型(損傷多巴胺能神經(jīng)元),隨后移植 H1-FS 或 H1-FS-8IM 移植物,長期追蹤其治療效果。結(jié)果顯示:在H1-FS和H1-FS-8IM衍生的神經(jīng)移植物均顯示運動功能改善,旋轉(zhuǎn)不對稱在20周內(nèi)完全逆轉(zhuǎn)(
見圖6C),未觀察到移植物大小、HNA細胞總數(shù)或細胞密度的顯著差異(
見圖6D–6F)。同樣,神經(jīng)元計數(shù)(
圖6G–6I)在兩個移植組之間也無差異。
核心結(jié)論:H1-FS-8IM 神經(jīng)移植物在帕金森模型裸鼠中可長期存活、分化為多巴胺能神經(jīng)元,并與宿主腦區(qū)實現(xiàn)功能整合,最終改善模型動物的運動功能,驗證了其作為帕金森細胞治療產(chǎn)品的潛力。
研究意義
本文報道了一種免疫隱形功能與自殺基因系統(tǒng)的 H1-FS-8IM 多巴胺能神經(jīng)元移植物,突破了帕金森病細胞替代治療中 “免疫排斥” 與 “安全性” 兩大瓶頸,通過早期治療前藥更昔洛韋(GCV),及時激活自殺開關(guān),也可用于豐富移植物內(nèi)早期出生的多巴胺神經(jīng)元,同時防止后生非多巴胺細胞過度生長,從而使移植物組成更可預測,純度更高,從而預期功能性增強。采用H1-FS-8IM系,不僅為帕金森病治療帶來新希望,未來,也可能適用于如中風、癲癇和亨廷頓舞蹈病等許多其他可行的神經(jīng)疾病,為其提供新的治療思路。
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