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Nature:重磅!KO皮肤细胞再生多年争论!利用转基因干细胞再生完整的人表皮

来源:本站原创 2017-11-10 06:57


培育出的表皮薄片,图片来自CMR UNIMORE。

2017年11月10日/生物谷BIOON/---多亏了一个由科学家和医生组成的国际团队,一名因患上一种危及生命的遗传病而丧失了大部分外层皮肤的7岁叙利亚难民如今在他的大约80%的身体上有了利用他自己的细胞培育出的转基因皮肤。而且正如该团队于2017年11月8日在Nature期刊上在线发表的一篇论文报道的那样,这名男孩表现良好。这篇论文的标题为“Regeneration of the entire human epidermis using transgenic stem cells”。

意大利圣拉斐尔科学研究所儿科教授Allessandro Aiuti(未参与这项研究)说,“这项研究深入地提供了关于皮肤干细胞的新信息,并且证实了这些干细胞治疗一种毁灭性疾病的巨大潜力。”

美国洛克菲勒大学皮肤科学家Elaine Fuchs(未参与这项研究)说道,“它是干细胞治疗领域的一个里程牌事件。此外,它还在解决表皮干细胞领域的一个愈演愈热的争议方面取得了相当大的进展。”特别地,这项新的研究阐明了皮肤细胞再生的方式,这一直是皮肤生物学家激烈讨论的话题。

表皮溶解水疱症(epidermolysis bullosa)是一种遗传病,在这种疾病中,发生突变的结缔组织蛋白阻止皮肤的表皮层正确地附着在下方的真皮层上。结果就是皮肤容易起水泡,给病人造成较大的慢性伤口和巨大的疼痛。这还会增加患者遭受感染和患上皮肤癌的风险,在严重的情况下,这种疾病可能是致命的。

在2015年夏天,德国的医生因一名年轻的患上一种非常严重的表皮溶解水疱症的叙利亚男孩,联系了意大利摩德纳大学再生医学专家Michele De Luca。这名男孩的病因是编码层粘连蛋白b3(laminin b3)---一种控制着表皮细胞附着的胞外基质蛋白---的基因发生突变。

自从这名男孩和他的家人来到德国后,他的病情发生严重的恶化,De Luca猜测这是因为他的家人经历令人痛苦的迁移,由此导致的临床护理缺乏和语言沟通上的困难。由于遭受双重细菌感染,这名男孩被送到德国波鸿鲁尔大学儿童医院,在那里,这些感染最终导致他的表皮脱落了80%。他的生存机会是如此渺茫以至于临终关怀被认为是唯一的选择。

De Luca此前对表皮溶解水疱症患者开展了两次概念验证的转基因细胞治疗,这两次治疗仅限于替换小块的表皮,这远小于这名7名男孩需要替换的表皮规模。但是鉴于这名男孩具有较差的预后,他的父母同意他们的儿子接受这项实验性治疗,而且当局基于人道主义的理由迅速批准了这项治疗。

从这名男孩的未受损的表皮中取出活组织样品,并从这种活组织样品中提取出角质细胞(keratinocytes),这些角质细胞在培养液中进行增殖,随后利用一种携带着全长的健康的层粘连蛋白b3编码基因的逆转录病毒载体转染这些角质细胞。这些生长成薄片的角质细胞接着经进一步的增殖后产生足够多的薄片来覆盖着这名孩子的四肢和躯干。在2015年10月和11月开展的两次手术中,这些角质细胞薄片被移植到他的身上。在2016年1月开展的第三次较小的手术又将一些薄片移植到他剩下的脱落部位上。

在这些手术开展后的几周内,这些移植的角质细胞大量增殖从而让皮肤上的伤口闭合。在接下来的几个月里,这名男孩的皮肤活组织检查结果表明他的新皮肤牢固地附着到下方的真皮层上,而且具有正常的形态和层粘连蛋白b3水平。他的皮肤也似乎具有正常的弹性和伤口愈合行为。如今,两年后,这名男孩的皮肤仍然发挥功能,这是因为它不再起泡或发痒。

简言之,这是一项非常不错的工作成果。

解决皮肤再生争论

这名男孩的经历揭示出关于角质细胞再生方式的新见解。每个月,人类的皮肤都完全被新的细胞所替换,但是这种更新是大量的同样有效的祖细胞还是少数控制着再生的干细胞引起的,一直存在着激烈的争论。

De Luca及其同事们认为如果前一种情况是真的,那么对这名男孩的皮肤活组织样品进行基因组测序就会揭示出每个祖细胞含有上千种不同的基因型,这是这种逆转录病毒载体随机整合到每个细胞中的结果。事实上,这些细胞仅含有几百种基因型,这强烈地支持着后一种情形。

Aiuti说,“这两种理论都是有根据的,但是它们所缺乏的是患者体内的真实证据。如今,我们有了。”

皮肤细胞疗法能够降低癌症风险?

在每种活组织样品中存在上百种基因型也是一个好的迹象,这表明在这名男孩的转基因皮肤中存在多种细胞,而且没有一种特定的基因型占据主导地位(这是潜在的癌症生长优势的一个迹象)。

鉴于逆转录病毒载体的随机整合以及由此引发致癌突变的可能性,人们一直对将这些载体用于基因疗法中感到担忧。但是,De Luca说,表皮溶解水疱症患者的皮肤细胞已经“非常容易发生癌变”,因此利用功能性的转基因细胞替换他们的患病细胞,“我们可能甚至会降低这种癌变风险。”再者,他说,一种癌变事件是否会发生,“这也是很容易鉴定出来的,这是因为它存在于皮肤中。”

美国耶鲁大学皮肤生物学家Valerie Horsley(未参与这项研究)说,即便在理论上存在癌症产生的可能性,但是“这种疾病对儿童来说是毁灭性的,冒这种风险也是值得的。”

De Luca说,迄今为止,还没有迹象表明这名如今9岁的男孩发生了癌变事件,而且在之前接受更小规模的皮肤细胞移植的两名患者即便在12年后也未发生癌变事件。

De Luca说,尽管这名男孩将会定期接受检查,但是到目前为止,“他已经回到学校,他在锻炼,他开始踢足球. . . 这太不可思议了。”(生物谷 Bioon.com)

参考资料:

Tobias Hirsch, Tobias Rothoeft, Norbert Teig et al. Regeneration of the entire human epidermis using transgenic stem cells. Nature, Published online: 08 November 2017, doi:10.1038/nature24487

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