(軍事科學(xué)院軍事醫(yī)學(xué)研究院，北京 100850)

吳祖澤教授，中國科學(xué)院院士。

軍事科學(xué)院軍事醫(yī)學(xué)研究院研究員，實驗血液學(xué)家。1957年畢業(yè)于山東大學(xué)。1993年當選為中國科學(xué)院院士。曾任軍事醫(yī)學(xué)科學(xué)院放射與輻射醫(yī)學(xué)研究所研究員、所長、軍事醫(yī)學(xué)科學(xué)院院長、總后勤部衛(wèi)生部醫(yī)學(xué)科學(xué)技術(shù)委員會副主任委員、國際輻射研究協(xié)會首任中國理事、中華醫(yī)學(xué)會常務(wù)理事、中國病理生理學(xué)會實驗血液學(xué)專業(yè)委員會主任委員、《中國科學(xué)》和《科學(xué)通報》副主編、國家重點基礎(chǔ)研究發(fā)展規(guī)劃專家顧問組成員、軍事醫(yī)學(xué)科學(xué)院學(xué)術(shù)委員會主任、全軍實驗血液學(xué)重點實驗室主任委員等職?，F(xiàn)任中國醫(yī)藥生物技術(shù)協(xié)會再生醫(yī)學(xué)專業(yè)委員會主任委員、北京市干細胞臨床研究專家委員會主任委員、《中國實驗血液學(xué)雜志》和《軍事醫(yī)學(xué)雜志》主編等。

吳祖澤院士是我國造血干細胞研究奠基人，為我國最早引入并傳播了造血干細胞的理論和技術(shù)。早在上世紀70年代他領(lǐng)銜的造血干細胞動力學(xué)研究代表了中國最早的干細胞醫(yī)學(xué)生物學(xué)成就。1987年“造血干細胞群的不均一性與動力學(xué)研究”獲國家自然科學(xué)獎二等獎。1980年與軍事醫(yī)學(xué)科學(xué)院附屬醫(yī)院成功完成世界第一例胎肝造血干細胞移植救治急性重度骨髓型放射病人。2014年“成體干細胞救治放射損傷新技術(shù)的建立與應(yīng)用”獲國家科學(xué)技術(shù)進步獎一等獎。

著有《造血細胞動力學(xué)概論》、《造血干細胞移植基礎(chǔ)》、《造血調(diào)控》、《中國學(xué)科發(fā)展戰(zhàn)略·再生醫(yī)學(xué)》、《再生醫(yī)學(xué)研究與轉(zhuǎn)化應(yīng)用》等專著。曾獲光華科技基金獎一等獎，中央軍委“軍隊專業(yè)技術(shù)重大貢獻獎”，總后勤部“一代名師”,何梁何利基金科學(xué)與技術(shù)進步獎等獎勵。2015年國際小行星中心和國際小行星命名委員會批準將國際編號為(207809)號小行星，正式命名為“吳祖澤星”。

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細胞治療是利用活細胞產(chǎn)品治療疾病的方法，是繼傳統(tǒng)的化學(xué)藥物治療、放療、手術(shù)治療等之后的新型療法。細胞治療產(chǎn)品包括干細胞和免疫細胞等多種細胞類型。與其他療法相比，細胞治療對個性化的要求更高。隨著現(xiàn)代醫(yī)學(xué)進入精準時代，細胞治療的理念、技術(shù)和模式也在發(fā)生革命性變革。細胞治療是以個性化治療為基礎(chǔ)，隨著各種組學(xué)研究包括基因組學(xué)、表觀基因組學(xué)、蛋白質(zhì)組學(xué)、代謝組學(xué)、功能基因組學(xué)和表型組學(xué)等發(fā)展，基因治療如基因編輯、靶向基因載體等基因治療技術(shù)日趨成熟。細胞治療和基因治療的結(jié)合極大提高了細胞治療的精準性和有效性。精準醫(yī)學(xué)需求已經(jīng)促使細胞治療從“個性化”升級到“精準化”時代。本文主要就干細胞、免疫細胞和基因治療中涉及的精準醫(yī)學(xué)問題進行概述和討論。

1 干細胞與精準醫(yī)學(xué)

干細胞是一類具有自我更新能力和多向潛能的細胞。根據(jù)其來源分為胚胎干細胞、重編程干細胞(iPS細胞)和成體干細胞等類型。干細胞治療的疾病非常廣泛，包括各種腫瘤、心臟病、糖尿病、神經(jīng)退行性疾病等影響人類健康的重大疾病。目前世界范圍內(nèi)已經(jīng)有10多個干細胞制品進入臨床應(yīng)用。干細胞治療的核心環(huán)節(jié)是通過替代或重建機體損傷及衰老細胞發(fā)揮治療作用。干細胞在體內(nèi)參與組織器官損傷后修復(fù)過程，包括移植后歸巢、免疫反應(yīng)、細胞激活、組織再生及重塑等。上述過程受細胞供體、細胞類型、細胞狀態(tài)及病變微環(huán)境等多重因素的影響。針對上述影響因素的精準分析和干預(yù)將提高干細胞治療的有效性。干細胞的精準醫(yī)學(xué)問題包括：①干細胞的精準分型。細胞移植后的免疫排斥是干細胞治療的基礎(chǔ)問題。依據(jù)干細胞基因組、表觀基因、轉(zhuǎn)錄、蛋白和代謝物的特征，對干細胞供者和受者進行精準分析和分型，有助于提高干細胞治療的效果。這些精準醫(yī)學(xué)技術(shù)也可用于干細胞供者的精準篩選[1]。②干細胞的精準誘導(dǎo)分化和標準化制備。不同損傷和疾病需要特定類型干細胞及其來源的功能細胞進行治療。通過干細胞規(guī)?；囵B(yǎng)、向特定譜系誘導(dǎo)分化和轉(zhuǎn)分化從而獲得特定細胞。解析干細胞微環(huán)境信息包括可溶性細胞因子、生物大分子基質(zhì)以及周圍相鄰細胞的相互作用等有助于精準制備所需的細胞產(chǎn)品[2]。③干細胞治療的精準應(yīng)用。不同疾病需要不同的細胞類型進行治療，如采用心肌干細胞治療心臟病，采用胰島細胞治療糖尿病等。干細胞治療疾病的適應(yīng)證需要大量臨床前數(shù)據(jù)和臨床試驗結(jié)果的驗證，并且要有精準的評價。④干細胞的特異歸巢及修復(fù)。干細胞具有趨化到損傷和病變組織的特點。各種組織損傷信號調(diào)控干細胞的歸巢和分布。通過精準診斷和改善病變局部環(huán)境，創(chuàng)造良好的細胞歸巢“土壤”，可以促進干細胞特異歸巢并增強其治療效果。另外，通過細胞靶向修飾和介入移植等策略也可提高干細胞的歸巢效率。

精確疾病模型在機制研究和新治療方案開發(fā)過程中至關(guān)重要。動物模型雖然能夠模擬復(fù)雜的人類疾病,但不能精準反映人類基因組、表觀基因、轉(zhuǎn)錄、蛋白和代謝物的變異，人干細胞在模擬疾病模型方面具有明顯優(yōu)勢。干細胞具有供者的疾病遺傳背景，并可在體外分化為各種細胞類型和類器官小體，因此是理想的藥物篩選及評價的“個性化”疾病模型，體外測試結(jié)果能精準指導(dǎo)臨床病人的用藥。如病人的iPS細胞來源的特異性心肌細胞能夠預(yù)測藥物對心臟的毒理反應(yīng)，分析對心臟的敏感性和藥物風(fēng)險[3]。新的iPS細胞技術(shù)包括利用細胞直接分化技術(shù)已經(jīng)用于基因缺陷導(dǎo)致的各種疾病的建模[4]。另外，腫瘤干細胞是腫瘤治療的重要靶標。腫瘤干細胞3D培養(yǎng)能夠形成微器官樣結(jié)構(gòu)，這些微器官結(jié)構(gòu)能夠很好模擬腫瘤在體內(nèi)的生長模式，從而應(yīng)用于敏感藥物篩選和指導(dǎo)個性化治療[5]。

細胞配型和免疫原性依然是限制干細胞治療的重大問題。細胞重編程和轉(zhuǎn)分化技術(shù)可以直接把病人自己的體細胞轉(zhuǎn)變成治療需要的細胞類型，克服了倫理和免疫排斥兩大難題，因此在個性化細胞治療中具有廣闊的應(yīng)用前景。自體iPS細胞來源的視網(wǎng)膜色素細胞用于治療視網(wǎng)膜變性等疾病，已經(jīng)開始進行臨床試驗[6]。

2 精準免疫細胞治療

免疫細胞治療主要指利用體外擴增的各種免疫細胞治療腫瘤。從以往DC-CIK、NK等非特異性免疫細胞發(fā)展到嵌合抗原受體T(CAR-T)細胞免疫療法等特異性細胞療法，體現(xiàn)了免疫細胞治療從個體化向精準治療的升級。CAR-T細胞是經(jīng)過靶向基因修飾的特異性殺傷T細胞，在治療惡性血液腫瘤方面已經(jīng)獲得成功。2017年美國FDA批準了兩個CAR-T細胞免疫療法(Kymriah和Yescarta)，用于治療復(fù)發(fā)性或難治性兒童、青少年B-細胞急性淋巴細胞白血病，標志著精準免疫細胞治療時代的開始。CAR-T細胞研究已經(jīng)很多年，但是只是近幾年才被改良應(yīng)用到臨床上并獲得成功。CAR-T細胞療法是基因治療技術(shù)不斷提高和精準升級的經(jīng)典范例。CAR-T細胞治療過程包括靶點抗體的篩選、胞內(nèi)信號區(qū)域的設(shè)計和驗證以及基因轉(zhuǎn)移載體的選擇等多個環(huán)節(jié)。除了對導(dǎo)入基因的精密設(shè)計之外，對效應(yīng)細胞精準分型和基因?qū)敕绞揭仓苯佑绊懙紺AR-T細胞的治療效果。CAR-T細胞免疫療法將成為腫瘤的一線療法。新一代精準設(shè)計的超級CAR-T細胞能夠感知存在于腫瘤細胞上的多靶點，并引入藥物控制免疫超敏反應(yīng)元件，更加安全有效[7]。

目前CAR-T療法在實體瘤治療中依然面臨著挑戰(zhàn)。亟需精準醫(yī)學(xué)技術(shù)的發(fā)展，并與免疫細胞治療的緊密結(jié)合。精準醫(yī)學(xué)將在腫瘤抗原結(jié)構(gòu)和基因組變異檢測、特異的免疫原設(shè)計及激發(fā)免疫反應(yīng)的策略方面獲得突破。目前針對腫瘤免疫負調(diào)控蛋白的免疫治療顯示出了非常好的發(fā)展前景，多個針對腫瘤免疫檢查點的免疫治療藥物在肺癌、黑色素瘤、膀胱癌等難治性的惡性腫瘤中顯示了很好的臨床療效，并獲準在美國、日本上市。利用高通量測序、生物信息學(xué)分析能夠發(fā)現(xiàn)并驗證新的腫瘤抗原，依據(jù)新抗原設(shè)計疫苗并與免疫檢查點抑制劑聯(lián)合應(yīng)用，在腫瘤病人治療中獲得很好的效果[8]。腫瘤發(fā)生和發(fā)展是多基因變化的過程并在免疫編輯過程中形成不同的免疫表征。除了根據(jù)不同的腫瘤分子特征與免疫表征選擇合適的治療新靶點外，針對多靶點的CAR-T細胞或幾種CAR-T細胞的序貫治療也是精準免疫細胞治療發(fā)展的方向。另外，CAR-T細胞和其他創(chuàng)新療法的聯(lián)合應(yīng)用，如與PD-L1抗體或溶瘤病毒等新型療法聯(lián)合也值得探索。

樹突狀細胞(DC)是具有抗原遞呈作用的重要的免疫細胞類型。以往的非特異性細胞治療類型DC-CIK治療也亟待升級。腫瘤細胞通常表達多種抗原,如腫瘤相關(guān)抗原(TAAs)或突變衍生抗原等能夠誘發(fā)腫瘤病人的抗腫瘤免疫應(yīng)答，并被用作癌癥疫苗的靶點?；诙嚯牡哪[瘤抗原通過DC精準遞呈將成為DC治療的重要方向[9]。另外，基因工程技術(shù)在DC疫苗平臺中的應(yīng)用,將極大提高其臨床療效[10]。

3 干細胞基因治療

基因治療是直接通過基因水平的操作和介入來干預(yù)疾病的發(fā)生和發(fā)展。在經(jīng)歷了30多年的發(fā)展歷程后，基因治療技術(shù)已趨于成熟并成為治療各種遺傳性疾病及重大疾病無法替代的方法。干細胞是基因治療最理想的靶細胞，其和基因治療技術(shù)的緊密結(jié)合極大促進了基因治療的有效性和精準性?；蛑委熂夹g(shù)結(jié)合造血干細胞移植和應(yīng)用，為多種疾病，尤其遺傳性疾病提供了新的治療策略。精準糾正干細胞的缺陷是基因治療遺傳性疾病的基礎(chǔ)。如地中海貧血是常見的單基因病，由編碼血紅蛋白的基因突變所致。利用慢病毒載體將正常血紅蛋白基因?qū)胱泽w造血干祖細胞后移植，該療法使依賴于輸血的地中海貧血病人脫離輸血，達到徹底治愈的目的[11]。自體基因修飾造血干細胞治療ADA酶缺陷導(dǎo)致的重癥聯(lián)合免疫缺陷ADA-SCID疾病也獲得了成功。2016年5月，歐盟EMA批準了GSK公司的Strimvelis用于治療罕見病ADA-SCID，這是首個上市的體外基因修飾的造血干細胞基因治療產(chǎn)品[12]。

基因精確編輯技術(shù)為基因治療遺傳性疾病奠定了基礎(chǔ)[13]。在多種基因編輯技術(shù)中，由于成簇規(guī)律間隔短回文重復(fù)序列系統(tǒng)(CRISPR)載體構(gòu)建簡單、靶向位點選擇靈活、靶向效率更高，被廣泛用于各類細胞和模式動物的基因組編輯。新型改良的CRISPR技術(shù)在基因編輯時可以靶向更多的基因位點，并減少“錯誤編輯”的風(fēng)險，從而使基因編輯更加靈活精確[14]。在人類胚胎細胞中利用CRISPR技術(shù)能夠精確修復(fù)β-地中海貧血癥的單堿基突變[15]。盡管人類胚胎基因編輯領(lǐng)域存在較大的爭議，并可能存在安全風(fēng)險和倫理問題，但為基因編輯技術(shù)應(yīng)用展現(xiàn)了廣闊的前景[13]。2016年中國進行了第一例CRISPR/Cas 9基因編輯技術(shù)治療肺癌的臨床研究。目前基因編輯治療疾病應(yīng)用專利在美國已經(jīng)有1 000多項[16]。基因編輯技術(shù)臨床應(yīng)用最有可能突破的領(lǐng)域是造血干細胞基因編輯后移植治療單基因遺傳病和免疫細胞治療腫瘤等[17]。大量的臨床前數(shù)據(jù)已經(jīng)證明基因編輯能夠精準地修復(fù)基因功能。CRISPR/Cas 9技術(shù)編輯修復(fù)人β-球蛋白基因能夠誘導(dǎo)胎兒血紅蛋白的合成[18]。而基因編輯T細胞CCR5基因有可能阻斷HIV的感染，用于艾滋病的治療[19]?；蚓庉嬜鳛榫珳实幕蛑委熂夹g(shù)將逐漸進入臨床試驗階段。

干細胞技術(shù)與基因治療技術(shù)的緊密結(jié)合，使干細胞功能上得到更大的加強，成為創(chuàng)傷修復(fù)與損傷性疾病治療最重要的再生策略之一，將更加精準地應(yīng)用于組織再生和修復(fù)。細胞生長因子在組織再生中發(fā)揮主要作用。利用生長因子基因修飾能夠增強干細胞的生物學(xué)功能，成為功能增強型干細胞。如肝細胞生長因子(HGF)具有促進細胞增殖和遷移、抑制炎癥和纖維化、促進血管新生等眾多生物學(xué)功能，是組織再生過程中最重要的再生因子之一[20]。高表達HGF的間充質(zhì)干細胞可攜帶HGF精準歸巢到組織損傷部位，起到協(xié)同修復(fù)和精準修復(fù)的效果。在動物模型中，HGF基因修飾干細胞移植能夠減輕放射性腸損傷以及減低放射性肺纖維化[21]。HGF基因修飾MSCs可為組織損傷提供一種新的再生修復(fù)策略。

干細胞除了優(yōu)先歸巢到組織損傷區(qū)域外，還容易歸巢到腫瘤組織，參與腫瘤微環(huán)境的形成。鑒于基因修飾干細胞的上述歸巢特性，能夠使其攜帶腫瘤抑制因子，破壞腫瘤微環(huán)境，達到治療腫瘤的目的，從而為腫瘤的治療提供一種新的精準靶向策略。

4 展望

細胞治療正在完成從“個性化”向“精確化”治療的升級或轉(zhuǎn)變。以基因技術(shù)為代表的精準醫(yī)學(xué)技術(shù)，包括基因檢測、基因編輯和基因治療等新技術(shù)使細胞治療更加精準有效。干細胞及其分化來源的細胞成為指導(dǎo)疾病精準治療的理想模型；基因修飾干細胞成為組織損傷修復(fù)和疾病治療的新策略；工程化的免疫細胞治療未來會成為腫瘤治療的一線療法。以精準為核心的細胞治療時代已經(jīng)來臨。

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