1 月 18 日，Cell Stem Cell?雜志發(fā)表了中科院生物物理研究所劉光慧團(tuán)隊(duì)一項(xiàng)重磅成果，通過靶向編輯單個(gè)長壽基因 FOXO3，得到了能抵抗細(xì)胞衰老和癌變的人類血管細(xì)胞，有望被用于血管退行性疾病的治療。

這些遺傳增強(qiáng)的人類血管細(xì)胞，有著更強(qiáng)的自我更新、抵抗氧化損傷、延緩細(xì)胞衰老及抵抗癌變等能力。

圖 | 劉光慧團(tuán)隊(duì)最新發(fā)表的研究成果（來源：Cell Stem Cell）

“我們的研究從概念上證明了利用基因編輯策略獲得優(yōu)質(zhì)安全的人類血管細(xì)胞的可行性。未來，這種策略可能會(huì)被應(yīng)用于治療動(dòng)脈粥樣硬化、心肌梗死、缺血性中風(fēng)、糖尿病足、視網(wǎng)膜血管病變，以及其他血管損傷性疾病?！眲⒐饣壅f。

基因編輯+干細(xì)胞技術(shù)

胚胎干細(xì)胞研究一直是一個(gè)頗具爭議的領(lǐng)域，支持者認(rèn)為這項(xiàng)研究有助于根治很多疑難雜癥，因?yàn)榕咛ジ杉?xì)胞可以分化成多種功能性細(xì)胞；而反對者則認(rèn)為，進(jìn)行胚胎干細(xì)胞研究就必須破壞胚胎，而胚胎是人尚未成形時(shí)在子宮的生命形式，具有極大的倫理和安全問題。

但想通過干細(xì)胞實(shí)現(xiàn)疾病治療的技術(shù)，所面臨的障礙和困難還遠(yuǎn)不是倫理問題這么簡單。一方面，將體外培養(yǎng)的干細(xì)胞注入人體，是否能夠在體內(nèi)存活？是否能實(shí)現(xiàn)預(yù)期治療效果？是否會(huì)引起其它未知風(fēng)險(xiǎn)？這些都是難以掌控的事情。

有研究就發(fā)現(xiàn)，干細(xì)胞很可能因?yàn)榛蚪M不穩(wěn)定而突變成腫瘤細(xì)胞，在細(xì)胞治療中形成安全隱患。目前在一些非法開展干細(xì)胞注射治療的案例中，也常常發(fā)生血液感染甚至更嚴(yán)重機(jī)體障礙。

而對于干細(xì)胞治療的安全性、有效性問題，近些年取得突破發(fā)展的基因編輯技術(shù)，或許能夠提供解決思路。

在這項(xiàng)最新研究中，來自中國科學(xué)院生物物理研究所劉光慧研究組、北京大學(xué)湯富酬研究組和中國科學(xué)院動(dòng)物研究所曲靜研究組聯(lián)合攻關(guān)，利用第三代腺病毒載體 HDAdV 介導(dǎo)的基因編輯技術(shù)，置換了人類干細(xì)胞中 FOXO3 基因第 3 號外顯子中兩個(gè)單核苷酸，實(shí)現(xiàn)了抑制細(xì)胞中 FOXO3 蛋白的磷酸化和降解，促進(jìn)了 FOXO3 在細(xì)胞核內(nèi)的聚集，該基因的轉(zhuǎn)錄活性得到提高。

圖 | 對 FOXO3 基因的編輯（來源：Cell Stem Cell）

之后研究人員又將基因編輯過的干細(xì)胞分化成血管內(nèi)皮細(xì)胞（血管內(nèi)膜）、血管平滑肌細(xì)胞（血管中膜）和間質(zhì)細(xì)胞（血管外膜）。

FOXO3 被認(rèn)為是一種重要的人類長壽基因，內(nèi)源激活的 FOXO3 通過拮抗 CSRP1 基因表達(dá)介導(dǎo)對血管細(xì)胞衰老的抵抗作用。此外，F(xiàn)OXO3 的異常表達(dá)，可能與腫瘤的發(fā)生密切相關(guān)，在癌癥中經(jīng)常觀察到 FOXO3 基因表達(dá)的下調(diào)，因此 FOXO3 也被稱為腫瘤抑制因子。

為了驗(yàn)證基因改造的干細(xì)胞功能，研究人員在小鼠腿部大動(dòng)脈血管處人為結(jié)扎，如此一來小鼠向腿部輸送血液的血管就被封住了，然后研究人員將遺傳增強(qiáng)的血管細(xì)胞注射到腿部，以觀察受損血管的再生能力。

結(jié)果發(fā)現(xiàn)，與對照組中那些未經(jīng)過遺傳增強(qiáng)的血管細(xì)胞相比，遺傳增強(qiáng)的血管細(xì)胞有著更強(qiáng)的自我更新、抵抗氧化損傷及延緩細(xì)胞衰老等能力，可高效促進(jìn)受損血管再生，迅速恢復(fù)缺血部位血流。

此外，研究人員還向遺傳增強(qiáng)的血管細(xì)胞導(dǎo)入一些致癌基因，結(jié)果發(fā)現(xiàn)這些血管細(xì)胞可以有效抵抗癌基因誘導(dǎo)的細(xì)胞惡性轉(zhuǎn)化。也就是說這些經(jīng)過基因改造的血管細(xì)胞，具有抵抗發(fā)生癌變的能力，也就大大降低了利用這些細(xì)胞進(jìn)行治療的安全隱患。

血管保護(hù)與再生

人體循環(huán)系統(tǒng)由心臟、血管和調(diào)節(jié)血液循環(huán)的神經(jīng)體液組織構(gòu)成，因此循環(huán)系統(tǒng)疾病也稱為心血管病，包括上述所有組織器官的疾病，其中以心臟病最為多見。

而幾乎所有的心血管疾病最終都會(huì)導(dǎo)致心力衰竭的發(fā)生。心肌梗死、心肌病、血流動(dòng)力學(xué)負(fù)荷過重、炎癥等任何原因引起的心肌損傷，均可造成心肌結(jié)構(gòu)和功能的變化，最后導(dǎo)致心力衰竭的發(fā)生和發(fā)展。

眾所周知，成年心肌細(xì)胞作為終末分化的細(xì)胞，不具備再生能力，一旦損傷便意味著永久喪失。這也便造成了心肌梗死、心力衰竭等各種心臟疾病，往往最終不可避免地，以心力衰竭作為最終歸宿。

在心血管領(lǐng)域的治療中，包括藥物、放支架、冠脈搭橋等幾乎所有臨床治療手段，都不能扭轉(zhuǎn)心力衰竭的進(jìn)展，只是在一定程度上延緩病情。

面對這一不可逆的過程，血管再生治療就成為了一種有希望的心血管疾病根本療法。

圖 | 干細(xì)胞分化成血管細(xì)胞（來源：Cell Stem Cell）

簡單來說，血管再生治療就是給心臟等特定部位注入構(gòu)成血管的基礎(chǔ)細(xì)胞，使其生成新的血管，以改善缺血部位的血液灌注。

盡管干細(xì)胞血管再生臨床應(yīng)用還有很長的道路，但目前已經(jīng)成為治療缺血性心臟病的熱門話題。目前對于血管再生治療尚需解決的主要問題包括，獲得理想的特異干細(xì)胞，以及這些細(xì)胞在體內(nèi)增值過程中的安全有效調(diào)控，比如癌變或者增值過多加重動(dòng)脈硬化等問題。

干細(xì)胞治療的潛力

近 20 年前，當(dāng)科學(xué)家首次從人類胚胎上采集干細(xì)胞時(shí)，堅(jiān)信潛力巨大的干細(xì)胞將很快用于治療糖尿病、心臟病、中風(fēng)和許多其他疾病。但轉(zhuǎn)眼 20 年過去了，這其間的曲折遠(yuǎn)比科學(xué)家當(dāng)初想像得要多。

干細(xì)胞（Stem Cell）是一種未充分分化，尚不成熟的細(xì)胞，具有再生各種組織器官和人體的潛在功能。

而胚胎干細(xì)胞是從早期胚胎或原始性腺中分離出來的一類細(xì)胞，它具有體外培養(yǎng)無限增殖、自我更新和多向分化的特性。無論在體外還是體內(nèi)環(huán)境，胚胎干細(xì)胞都能被誘導(dǎo)分化為機(jī)體幾乎所有的細(xì)胞類型。

2006 年，京都大學(xué)的山中伸彌（Shinya Yamanaka）教授及其研究團(tuán)隊(duì)，通過誘導(dǎo)小鼠胚胎成纖維細(xì)胞和成年小鼠尾部末端成纖維細(xì)胞產(chǎn)生了 iPSC。山中伸彌也憑此獲得了 2012 年諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)。

圖 | 獲得 2012 年諾貝爾獎(jiǎng)的山中伸彌（來源：ucsf.edu）

iPSC 全稱誘導(dǎo)多功能干細(xì)胞，是通過人工誘導(dǎo)非多能性細(xì)胞表達(dá)某種特定基因，從而得到的具有胚胎干細(xì)胞全能分化的干細(xì)胞。

2007 年美國威斯康星大學(xué)麥迪遜分校一個(gè)研究小組向人類皮膚細(xì)胞導(dǎo)入 4 個(gè)基因后，成功將其誘導(dǎo)為人類 iPSC。

利用人體其他細(xì)胞制成類似胚胎干細(xì)胞的干細(xì)胞，不僅避免了倫理爭議與法律難題，而且由于 iPSC 是從病人自己的體細(xì)胞培養(yǎng)得到的，因此 iPSCs 治療將不會(huì)引發(fā)免疫反應(yīng)。

iPsc 的誕生，給整個(gè)再生醫(yī)學(xué)前景帶來了無窮的想象，基于干細(xì)胞技術(shù)的臨床試驗(yàn)也如雨后春筍般出現(xiàn)。

雖然 iPSC 的誕生具有諸多優(yōu)點(diǎn)，且在理論上具有胚胎干細(xì)胞的全能分化特性，但其在動(dòng)物身上使用仍存在一定的風(fēng)險(xiǎn)，比如，這種細(xì)胞在導(dǎo)入動(dòng)物體內(nèi)后存在致瘤風(fēng)險(xiǎn)。

而目前醫(yī)療界的共識是，干細(xì)胞治療最大風(fēng)險(xiǎn)在于細(xì)胞的變異可能會(huì)失去控制，最終導(dǎo)致各種類型的腫瘤，尤其是異體干細(xì)胞治療。也就是說，哪怕是一個(gè)最簡單的干細(xì)胞美容整形，也可能蘊(yùn)含著小概率的引發(fā)腫瘤的風(fēng)險(xiǎn)。

但無論如何，干細(xì)胞治療技術(shù)已經(jīng)成為顛覆性醫(yī)療的主力軍之一。

來源：麻省理工deep 合作微信：domchow2012