2016年發(fā)表在Nature Protocols上的綜述文章：展望未來(lái) 10 年的誘導(dǎo)多能干細(xì)胞技術(shù)
Looking to the future following 10 years of induced pluripotent stem cell technologies | Nature Protocols

以下為全文翻譯（水平有限，僅供參考）：

摘要

誘導(dǎo)多能干細(xì)胞 (iPSC) 的發(fā)展從根本上改變了我們對(duì)發(fā)育細(xì)胞命運(yùn)決定的看法，并導(dǎo)致了再生醫(yī)學(xué)的一系列技術(shù)創(chuàng)新。在這里，我們概述了過去十年該領(lǐng)域的進(jìn)展，以及我們對(duì) iPSC 技術(shù)未來(lái)方向和臨床意義的看法。

背景

科學(xué)家們?cè)诨卮鸩溉閯?dòng)物生物學(xué)中最引人入勝的問題之一方面取得了巨大進(jìn)展：受精卵如何利用其基因組中編碼的遺傳信息產(chǎn)生大約 200 種不同的細(xì)胞類型。第一個(gè)答案出現(xiàn)在 1960 年代，在非洲爪蛙 Xenopus laevis 的一系列范式轉(zhuǎn)換實(shí)驗(yàn)中。 John Gurdon 爵士使用一種稱為體細(xì)胞核移植 (SCNT; Box 1) 的技術(shù)來(lái)證明體細(xì)胞的細(xì)胞核可以通過去核卵重新編程為能夠產(chǎn)生整個(gè)有機(jī)體的多能狀態(tài) 1,2。這表明卵子中的細(xì)胞質(zhì)因子可以重新編程體細(xì)胞核的命運(yùn)。在隨后的四十年中，該領(lǐng)域見證了一系列重要方法的發(fā)展，例如重組 DNA 技術(shù)、胚胎干細(xì)胞 (ESC; Box 1) 系的建立和功能基因組學(xué)，這些方法促進(jìn)了通過特定因素發(fā)現(xiàn)細(xì)胞重編程。

BOX1 | 詞匯表
SCNT：一種用于發(fā)育生物學(xué)的技術(shù)，可以通過將體細(xì)胞核移植到去核卵中來(lái)探測(cè)體細(xì)胞核的發(fā)育潛力。
減法 cDNA 雜交篩選(Subtractive cDNA hybridization screen)：一種分子生物學(xué)方法，它使用放射性標(biāo)記的 cDNA 探針（在兩種細(xì)胞類型之間差異表達(dá)）來(lái)篩選從感興趣的細(xì)胞類型制備的 cDNA 文庫(kù)。
轉(zhuǎn)分化或直接細(xì)胞轉(zhuǎn)化(Transdifferentiation or direct cell conversion:)：一個(gè)成熟體細(xì)胞在不經(jīng)歷正常發(fā)育過程的情況下轉(zhuǎn)化為不同譜系的另一個(gè)成熟體細(xì)胞的過程。
四倍體互補(bǔ)試驗(yàn)(Tetraploid complementation assay)：最嚴(yán)格的多能性測(cè)試試驗(yàn)，其中二倍體細(xì)胞被注射到由細(xì)胞融合產(chǎn)生的四倍體囊胚中，以測(cè)試它們產(chǎn)生整個(gè)胚胎的能力，而四倍體細(xì)胞完全變成胚外組織.
Minicircles：環(huán)狀 DNA 載體，其中細(xì)菌來(lái)源的質(zhì)粒骨架通過重組被去除，以避高等真核細(xì)胞的細(xì)胞免疫。
類器官(Organoids)：源自干細(xì)胞的 3D 培養(yǎng)中的多細(xì)胞結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)和功能類似于器官。
ESC：來(lái)自囊胚期胚胎內(nèi)細(xì)胞團(tuán)的多能細(xì)胞。
體細(xì)胞(Somatic cells)：生物體除了生殖細(xì)胞外的任何細(xì)胞。
全基因組測(cè)序(Whole-genome sequencing)：在一個(gè)環(huán)境中確定生物體基因組的整個(gè) DNA 序列，通常使用高通量測(cè)序技術(shù)進(jìn)行

確定的細(xì)胞重編程因子

ESC系的建立重塑了發(fā)育生物學(xué)領(lǐng)域，為研究多能狀態(tài)3、4提供了便利的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。與青蛙中的 SCNT 相似，去核卵可以重新編程體細(xì)胞核，胚胎干細(xì)胞可以通過與體細(xì)胞（例如成人胸腺細(xì)胞和人類成纖維細(xì)胞；BOX 1）的融合來(lái)重新編程體細(xì)胞的表觀遺傳和轉(zhuǎn)錄譜5,6。這一發(fā)現(xiàn)表明，ESC 可能是特定重編程因子的肥沃獵場(chǎng)。
其他研究提供了關(guān)于重編程因素可能是什么的進(jìn)一步線索。在許多譜系中證明了兩種不同體細(xì)胞類型之間的細(xì)胞轉(zhuǎn)化，稱為轉(zhuǎn)分化（BOX 1）。例如，成肌細(xì)胞特異性轉(zhuǎn)錄因子 (TF) MyoD 通過消減 cDNA 雜交篩選（BOX 1）鑒定。
單獨(dú) MyoD 的異位表達(dá)足以將小鼠成纖維細(xì)胞轉(zhuǎn)化為成肌細(xì)胞。同樣，在造血譜系中，單個(gè)主要細(xì)胞命運(yùn)決定 TF被證明就已足以誘導(dǎo)轉(zhuǎn)分化8,9，例如 GATA1 或 C/EBPs。這些發(fā)現(xiàn)表明，TFs可以指導(dǎo)細(xì)胞命運(yùn)和分化。

通過 TF 進(jìn)行重編程。正是在這些先前研究的背景下，Shinya Yamanaka 及其同事開展了最終導(dǎo)致 iPSC 創(chuàng)新的開創(chuàng)性工作。關(guān)鍵的第一步是確定能夠?qū)⒔K末分化細(xì)胞重編程為多能細(xì)胞的因子，多能細(xì)胞的特征在于具有無(wú)限期自我更新的能力和分化成體內(nèi)任何細(xì)胞類型的潛力。潛在的重編程因子的選擇是基于這樣的假設(shè)，即維持 ESC 所必需的因子在體細(xì)胞的核重編程中也具有重要作用。 Yamanaka 小組在計(jì)算機(jī)和實(shí)驗(yàn)上都表征了在 ESC 中特別富集的 cDNA。這些 ESC 相關(guān)轉(zhuǎn)錄物 (ECAT) 被選為候選重編程因子。研究人員使用敲除 ESC 和敲除小鼠分析了這些 ECAT。例如，他們表明 ECAT NANOG 可以獨(dú)立于 LIF-STAT3 信號(hào) 10 維持 ESC 自我更新。幾個(gè)不一定在 ESC 中特異性表達(dá)但對(duì)維持多能性至關(guān)重要的基因也被選為候選基因 11-13。
最后的 24 個(gè)候選者被包裝為逆轉(zhuǎn)錄病毒表達(dá)載體，并轉(zhuǎn)導(dǎo)到小鼠胚胎成纖維細(xì)胞中，以測(cè)試它們誘導(dǎo)多能性的能力 14。盡管沒有單一的候選因子產(chǎn)生 ESC 菌落，但所有 24 個(gè)因子的集合可重復(fù)性地產(chǎn)生 ESC 樣細(xì)胞克隆。通過系統(tǒng)地一次消除一個(gè)因素，科學(xué)家們確定了四個(gè)關(guān)鍵因素——即 OCT4（也稱為 POU5F1）、SOX2、KLF4 和 MYC（稱為 Yamanaka 因子）——當(dāng)在體細(xì)胞中異位表達(dá)時(shí)可以誘導(dǎo)多能性14 。不久之后，同一團(tuán)隊(duì)證明Yamanaka 因子可以從人類細(xì)胞中產(chǎn)生 iPSCs15,16。與此同時(shí)，James Thomson 及其同事使用包括 NANOG 和 LIN28 而非 KLF4 和 MYC17 在內(nèi)的重編程因子的替代組合獨(dú)立地獲取了人類 iPSC。十年后，這些相同的重編程因子（OCT4、SOX2、KLF4、MYC、NANOG 和 LIN28）仍然是 iPSC 領(lǐng)域的基石，這表明了原始工作的穩(wěn)健性（圖 1）。與許多重大發(fā)現(xiàn)一樣，事后回顧 iPSC 的發(fā)展可能會(huì)給人一種可預(yù)測(cè)性和必然性的錯(cuò)誤感覺。 iPSC 的出現(xiàn)可以看作是類似于中國(guó)古典小說《西游記》中關(guān)于孫悟空誕生的意象：孫悟空從巖石中破土而出，并憑借他神奇的長(zhǎng)生不老的力量（自我更新）和變形（多能性），他永遠(yuǎn)改變了世界。

圖 1 | 替代重編程因子和重編程促進(jìn)因子。左側(cè)描繪的是據(jù)報(bào)道能夠替代它們各自的山中因子并與之相似的基因。右側(cè)是重編程的細(xì)胞事件的示意圖。將重編程因子與事件連接起來(lái)的箭頭粗細(xì)近似于因子的相對(duì)貢獻(xiàn)。還顯示了不同類別的重編程促進(jìn)劑。 MET，間充質(zhì)-上皮轉(zhuǎn)化； HDAC，組蛋白脫乙酰酶； HMT，組蛋白甲基轉(zhuǎn)移酶。

iPSC 的特征和重編程技術(shù)的開發(fā)

在發(fā)現(xiàn) iPSC 后，確定這些細(xì)胞與“黃金標(biāo)準(zhǔn)”ESC 的相似程度非常重要。轉(zhuǎn)錄譜、表觀遺傳圖譜和分化潛能的比較證實(shí)了 iPSC 和 ESC 之間的顯著相似性，但關(guān)于兩種細(xì)胞類型之間細(xì)微差異的程度和重要性的爭(zhēng)議仍然存在（參見參考文獻(xiàn) 18）。不同研究得出的結(jié)論有些模棱兩可，這可能是由于遺傳背景、重編程方法和培養(yǎng)條件的差異造成的。事實(shí)上，嚴(yán)格匹配的同基因型（isogenic）小鼠 iPSC 和 ESC只有兩個(gè)差異表達(dá)的轉(zhuǎn)錄本，位于印記的 Dlk1-Dio3 基因位點(diǎn)。在功能上，Dlk1-Dio3 基因座的印記狀態(tài)可以說是小鼠 iPSC20,21 體內(nèi)發(fā)育能力的最佳預(yù)測(cè)因子。與以原始多能性狀態(tài)（稱為naive幼稚多能性）存在的小鼠 iPSC 或 ESC 不同，人類 iPSC 對(duì)應(yīng)于發(fā)育更進(jìn)一步的多能性狀態(tài)（稱為primed始發(fā)多能性），因此目前尚不清楚高質(zhì)量小鼠naive的標(biāo)記是否iPSCs 也適用于primed的人類 iPSCs。盡管尚未了解 iPSC 和 ESC 之間報(bào)告的分子差異的生物學(xué)意義，但 iPSC 已被證明能夠進(jìn)行種系傳播 22-24 甚至在四倍體互補(bǔ)試驗(yàn)中產(chǎn)生“全 iPSC”小鼠（BOX 1），這是最嚴(yán)格的發(fā)育能力測(cè)定方法25-27。這些數(shù)據(jù)應(yīng)該消除了對(duì)小鼠 iPSC 和 ESC 在發(fā)育潛力和多能性方面的等效性的任何揮之不去的懷疑。
iPSCs 在研究核重編程機(jī)制、疾病建模、藥物篩選和自體細(xì)胞治療方面的價(jià)值立即得到認(rèn)可。然而，細(xì)胞重編程的低效率是阻礙該領(lǐng)域進(jìn)展的瓶頸。此外，用于傳遞重編程因子的逆轉(zhuǎn)錄病毒在整個(gè) iPSC 基因組中產(chǎn)生了多個(gè)整合轉(zhuǎn)基因拷貝，從而增加了基因組毒性的風(fēng)險(xiǎn)。病毒轉(zhuǎn)基因的不當(dāng)表達(dá)會(huì)偏向 iPSCs 的分化潛能，并導(dǎo)致嵌合小鼠腫瘤的高發(fā)病率22, 28。這些問題可能會(huì)混淆機(jī)制研究并危及 iPSC 在臨床應(yīng)用中的安全性。因此，改進(jìn)iPSC 重編程的效率、基因組完整性和安全性是研究人員的首要任務(wù)。

iPSC 的體細(xì)胞來(lái)源。已經(jīng)付出了很多努力來(lái)擴(kuò)大細(xì)胞來(lái)源的種類。這樣做的原因包括希望了解重編程機(jī)制、優(yōu)化 iPSC 生成和模型疾病。能夠產(chǎn)生 iPSC 的體細(xì)胞列表不斷增長(zhǎng)，以匹配體內(nèi)發(fā)現(xiàn)的所有細(xì)胞類型。示例范圍從血液 29、30 和大腦 31、32 的體干細(xì)胞到終末分化淋巴細(xì)胞 33 和出生后神經(jīng)元 34。重編程所需的效率、動(dòng)力學(xué)和因子在不同細(xì)胞類型之間差異很大（TABLE 1）。例如，人類角質(zhì)形成細(xì)胞和星形膠質(zhì)細(xì)胞的高效重編程歸因于它們?cè)诨虮磉_(dá)程序、細(xì)胞周期特征和上皮表型方面與 ESC 非常相似35、36。此外，由于其他 Yamanaka 因子的補(bǔ)償性內(nèi)源性表達(dá)，一些成體干細(xì)胞可以用少至一個(gè)因子（例如，神經(jīng)干細(xì)胞的 OCT4）進(jìn)行重編程30-32。消除使用可能致癌的 MYC 進(jìn)行重編程可能會(huì)使成體干細(xì)胞成為未來(lái)高質(zhì)量 iPSC 的有吸引力的來(lái)源。從這些研究中得出的主要結(jié)論是，重編程過程取決于細(xì)胞環(huán)境，誘導(dǎo)多能性是適用于不同細(xì)胞類型的普遍現(xiàn)象。

非整合的 iPSC。第一代逆轉(zhuǎn)錄病毒重編程載體的成功在于其能夠向廣泛的細(xì)胞類型進(jìn)行有效遞送以及Yamanaka 因子的持久高水平表達(dá)。這兩個(gè)特征都是在沒有表達(dá)載體整合的情況下成功重編程的先決條件，其目的是取代病毒整合。使用可切除的多順反子慢病毒載體使得可以從已建立的 iPSC 中去除轉(zhuǎn)基因。然而，在切除事件后留下了一個(gè)小的基因組足跡，因此這種方法并不是嚴(yán)格的非整合 37,38。真正的非整合 iPSC 是用非整合病毒產(chǎn)生的，包括在細(xì)胞中瞬時(shí)表達(dá)重編程因子的腺病毒和仙臺(tái)病毒33、39、40。此外還開發(fā)了其他非病毒方法，包括使用質(zhì)粒、Minicircles（BOX 1）和游離型載體，以及合成 mRNA、microRNA 和重組蛋白的表達(dá)（參見參考文獻(xiàn) 41 的綜述）。

替代重編程的方法。對(duì)多能性調(diào)控網(wǎng)絡(luò)和重編程機(jī)制的研究產(chǎn)生了新的重編程因子和提高重編程效率的小分子。新因子是根據(jù)它們替代現(xiàn)有重編程因子或促進(jìn)重編程的能力來(lái)確定的。同一 TF 家族的相關(guān)成員可以激活相同的基因表達(dá)程序，因此可以相互替代。例如，Krüpple TF 家族（例如 KLF2 和 KLF5）和 MYC 家族（例如 N-MYC 和 L-MYC）的其他成員可以分別替代 KLF4 和 MYC42-44。不同的因子也可以激活相同的多能性途徑，就像 Lin28 的情況一樣，它通過抑制其負(fù)調(diào)節(jié)因子 let-7 microRNA 來(lái)促進(jìn) MYC 翻譯。同樣，ESRRB 受 KLF4 的轉(zhuǎn)錄調(diào)控，可以在重編程中取代它45,46。
值得注意的是，鄧宏魁團(tuán)隊(duì)在一系列論文中表明，一組核心小分子（即丙戊酸( valproic acid)、CHIR99021、E-616542、反苯環(huán)丙胺、毛喉素( tranylcypromine, forskolin)和 DZNep）足以將所有三個(gè)胚層的多種細(xì)胞類型重新編程為多能性細(xì)胞，從而避免了基因操作的需要47,48。有趣的是，化學(xué)重編程通過胚外內(nèi)胚層樣階段過渡，而不是像Yamanaka因子誘導(dǎo)的通過原始條紋樣中內(nèi)胚層中間體過渡。如果這一新方法被證明是可靠的，它可能會(huì)帶來(lái)更一致和標(biāo)準(zhǔn)化的iPSC生產(chǎn)。然而，有必要進(jìn)行進(jìn)一步的研究，以評(píng)估用化學(xué)物質(zhì)取代遺傳物質(zhì)是否提高了iPSCs的安全性，以及是否有可能用類似的雞尾酒對(duì)人類細(xì)胞進(jìn)行重新編程。

重編程各階段。科學(xué)家們通過研究重編程過程中的分子事件并了解重編程的障礙，發(fā)現(xiàn)了其他重編程促進(jìn)因素。現(xiàn)在普遍認(rèn)為重編程經(jīng)歷了兩個(gè)“波”。在第一波中，Yamanaka 因子結(jié)合許多基因組位點(diǎn)以沉默定義體細(xì)胞身份的基因，同時(shí)它們激活促進(jìn)細(xì)胞周期、DNA 復(fù)制和間充質(zhì)到上皮轉(zhuǎn)化的基因。此步驟是隨機(jī)的且效率低下，主要是由于組蛋白的表觀遺傳修飾使染色質(zhì)無(wú)法被接近。 ESRRB、UTF1、LIN28 和 DPPA2等幾種標(biāo)志物的表達(dá)可預(yù)測(cè)此階段完全重編程的細(xì)胞。在這個(gè)早期階段之后，處于部分重編程狀態(tài)并表達(dá)早期多能性標(biāo)志物（例如堿性磷酸酶和 FBXO15）的細(xì)胞進(jìn)入第二階段，其中內(nèi)源性多能性基因網(wǎng)絡(luò)以更具確定性和層次性的方式建立。 DNA 甲基化的變化僅發(fā)生在重編程的后期，這可能有助于加強(qiáng)多能性的表觀遺傳狀態(tài)50,51。調(diào)節(jié)表觀遺傳酶如 WDR5（H3K4 甲基化）、DOT1L（H3K79 甲基化）和 TET1（DNA 去甲基化）的表達(dá)已被證明可促進(jìn) Yamanaka 因子在早期或晚期的作用，從而提高重編程效率52 ,53。使用小分子也可以達(dá)到相同的效果，例如組蛋白去乙?；敢种苿ɡ缍∷徕c和丙戊酸）、組蛋白甲基轉(zhuǎn)移酶抑制劑（例如用于 H3K9 甲基轉(zhuǎn)移酶 G9a 的 BIX-01294）和 DNA 去甲基化劑（例如 5-氮雜-胞苷）54（圖 1）。

抑制 iPSC 的細(xì)胞衰老。與在培養(yǎng)中無(wú)限期快速增殖的 ESC 不同，體細(xì)胞只具有有限增殖潛力并且容易發(fā)生細(xì)胞衰老。要成為 iPSC，體細(xì)胞需要克服細(xì)胞衰老，這是由腫瘤抑制因子 p53、p21（也稱為 CDKN1A）和 INK4A/ARF（也稱為 CDKN2A）調(diào)節(jié)的。特征性 ESC 樣細(xì)胞周期特征出現(xiàn)在重編程的早期。通過抑制 p53 和細(xì)胞周期依賴性激酶抑制劑（p21、INK4A/ARF）或通過細(xì)胞周期增強(qiáng)劑（細(xì)胞周期蛋白 D1、D2 和 E2）的過表達(dá)來(lái)誘導(dǎo)細(xì)胞增殖，提高重編程效率，而細(xì)胞周期停滯會(huì)抑制重編程過程55-58。有趣的是，使用短發(fā)夾 RNA (short hairpin RNA)暫時(shí)抑制 p53 不僅提高了正常細(xì)胞的重編程效率，而且還能夠從難以重編程的細(xì)胞中生成 iPSC。例如，范可尼貧血 (FA) 患者的細(xì)胞在常氧條件下對(duì) Yamanaka 因子的重編程具有抵抗力，因?yàn)?FA DNA 修復(fù)途徑的缺陷會(huì)顯著降低重編程效率。使用短發(fā)夾 RNA抑制重編程中 p53 介導(dǎo)的 DNA 損傷反應(yīng)，可以產(chǎn)生核型正常的人類 FA iPSC 60。
由于這些熱情的努力，現(xiàn)在可以使用許多強(qiáng)大的方案來(lái)從血液、頭發(fā)和皮膚等容易獲得的樣本中提取人類 iPSC，這對(duì)生物醫(yī)學(xué)研究和大規(guī)模 iPSC 業(yè)務(wù)都是一個(gè)福音29、61、62。

轉(zhuǎn)分化。iPSC技術(shù)的快速發(fā)展也刺激了使用定義的因子將一種分化的細(xì)胞類型直接轉(zhuǎn)化為另一種細(xì)胞類型(也稱為轉(zhuǎn)分化)的研究。直接細(xì)胞轉(zhuǎn)化不涉及多能性步驟，因此原則上它可以避免多能性相關(guān)的腫瘤發(fā)生。然而，轉(zhuǎn)分化通常不允許最終產(chǎn)品的擴(kuò)張，而且它往往效率較低。目前正在進(jìn)行積極的研究以提高這一令人興奮的技術(shù)的治療潛力(有關(guān)綜述，請(qǐng)參閱參考文獻(xiàn)63)。

iPSC 技術(shù)在再生醫(yī)學(xué)中的未來(lái)

iPSC 技術(shù)的快速發(fā)展激發(fā)了許多令人興奮的研究領(lǐng)域，包括臨床相關(guān)細(xì)胞類型的定向分化、疾病建模、藥物篩選和細(xì)胞治療。與歷史上的重大技術(shù)突破一樣，iPSC 技術(shù)促進(jìn)了許多相關(guān)的創(chuàng)新。一個(gè)這樣的例子是 3D 類器官的開發(fā)（BOX 1），它提供了急需的人類發(fā)育、體內(nèi)平衡和疾病的近生理模型 64。因此，在iPSC產(chǎn)生的第一個(gè)十年里，再生醫(yī)學(xué)領(lǐng)域已經(jīng)成為一個(gè)高度活躍的研究領(lǐng)域（圖 2）。

圖 2 |選定的 iPSC 技術(shù)發(fā)展里程碑和未來(lái)展望。迷你腎臟圖片由 Salk 生物研究所提供。 RPE，視網(wǎng)膜色素上皮細(xì)胞。經(jīng)參考許可復(fù)制的迷你大腦73. 經(jīng)參考許可復(fù)制的迷你眼74. 經(jīng)參考許可復(fù)制的小腸75.

臨床試驗(yàn)中的 iPSC。 2014 年，在日本一項(xiàng)針對(duì)年齡相關(guān)性黃斑變性的臨床試驗(yàn)中，第一例患者接受了 iPSC 衍生的視網(wǎng)膜色素上皮細(xì)胞移植，該試驗(yàn)旨在評(píng)估基于 iPSC 的細(xì)胞療法的安全性和有效性，這是同類試驗(yàn)中的首例。令人鼓舞的是，到目前為止，還沒有關(guān)于不利影響的報(bào)告。這代表了實(shí)現(xiàn) iPSC 臨床潛力的重要第一步。類似的有前途的途徑包括 iPSC 衍生的心臟細(xì)胞和神經(jīng)系統(tǒng)細(xì)胞，其中存在強(qiáng)大的分化方案65,66。除了用作心肌梗塞和帕金森病等疾病的細(xì)胞療法外，這些細(xì)胞還可用于對(duì)新藥進(jìn)行更準(zhǔn)確的毒性評(píng)估，從而大大降低藥物開發(fā)的成本和失敗率67。
展望未來(lái)，研究人員將需要與醫(yī)生和監(jiān)管機(jī)構(gòu)密切合作，以解決許多重要問題，然后才能充分利用 iPSC 的潛力。該領(lǐng)域尚未就 iPSC 臨床使用的安全標(biāo)準(zhǔn)達(dá)成共識(shí)。幾項(xiàng)研究報(bào)告了 iPSC 中存在突變，盡管突變的來(lái)源和意義仍存在爭(zhēng)議 68-70。如果全基因組測(cè)序（WGS；BOX1）是強(qiáng)制性的，以避免使用帶有突變的 iPSC，就像上一段中提到的日本的試驗(yàn)一樣，基于 iPSC 的治療的成本可能會(huì)變得過高。即使成本不是問題，更多的 WGS 數(shù)據(jù)也不一定能提供明確的答案，因?yàn)榇蠖鄶?shù)基因組的功能目前尚不清楚。例如，基因組中有約 500 個(gè)超保守元素（非編碼），功能不明確 71。很難預(yù)測(cè)這些元素突變的后果。因此，我們對(duì) iPSC 突變負(fù)荷對(duì)其治療用途的影響的理解將與功能基因組學(xué)共同發(fā)展。值得注意的是，其他移植細(xì)胞（例如骨髓）不需要 WGS。需要更多的基礎(chǔ)研究工作和臨床試驗(yàn)來(lái)制定監(jiān)管指南，以平衡基于 iPSC 的治療的收益、風(fēng)險(xiǎn)和成本。

iPSC 的移植。我們所未知的另一個(gè)主要問題是是移植細(xì)胞的哪些屬性最能預(yù)測(cè)其治療功能。大多數(shù)定向分化方案?jìng)?cè)重于產(chǎn)生細(xì)胞表型與其體內(nèi)終末分化對(duì)應(yīng)物相匹配的細(xì)胞。關(guān)于移植后這些細(xì)胞會(huì)發(fā)生什么，人們知之甚少，而且還有許多問題。例如，在沒有內(nèi)源性生態(tài)位的情況下，體外產(chǎn)生的細(xì)胞能否在移植后存活并在功能上整合？表型校正需要多少個(gè)細(xì)胞？是否存在未成熟的、正在增殖的祖細(xì)胞比終末分化細(xì)胞提供更多優(yōu)勢(shì)的情況？移植的一個(gè)有趣的替代方法是通過體內(nèi)重編程或轉(zhuǎn)分化產(chǎn)生所需的細(xì)胞類型，如小鼠模型中的大腦和心臟所示 69,72。然而，需要仔細(xì)研究在體內(nèi)引入強(qiáng)大的命運(yùn)決定性 TF 的長(zhǎng)期影響。未來(lái)旨在回答這些問題的研究對(duì)于彌合 iPSC 的基礎(chǔ)科學(xué)和醫(yī)療用途之間的差距是必要的。

總結(jié)

過去十年的研究清楚地表明，細(xì)胞重編程為多能性是一項(xiàng)快速發(fā)展的技術(shù)，在臨床應(yīng)用方面具有很大的前景。同樣明顯的是，為了充分發(fā)揮 iPSC 的潛力，仍然需要付出很多努力。這將需要增加基礎(chǔ)研究并與臨床醫(yī)生和政策制定者進(jìn)行更密切的合作?？茖W(xué)界應(yīng)向公眾宣傳 iPSC 在未來(lái)醫(yī)學(xué)中的效用，同時(shí)小心防范不切實(shí)際的期望。在廣大公眾的理解和支持下，我們應(yīng)該期待在不遠(yuǎn)的將來(lái)，借助 iPSC 技術(shù)揭示疾病機(jī)制，批準(zhǔn)個(gè)性化治療并發(fā)現(xiàn)更多有用的藥物。