专访徐洋:四年历程解决胚胎干细胞免疫排斥

【字体: 时间:2014年04月04日 来源:生物通

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  如果要缓解免疫排斥作用,就需要服用一些免疫抑制药物,但这些药物都是高毒性的,并且可以触发一些患者出现感染,甚至癌症。为此来自加州大学圣地亚哥分校的徐洋教授等人历时四年,技术攻关,通过一种人源化小鼠模型,发现了一种防止人类胚胎干细胞出现免疫排斥反应的新方法,这种方法无需用到免疫抑制药物。

  

生物通报道:人类胚胎干细胞(hESCs)临床应用是一种备受关注,前景广阔的治疗手段,这种细胞能自我更新,并且能分化成任何细胞类型。然而之前有研究表明,即使人类胚胎干细胞是来自于人类细胞,但它们仍然具有与受体不同的基因组成,因此在移植后不久,新宿主免疫系统通常会攻击并排斥这些细胞。

如果要缓解这种抗拒作用,就需要服用一些免疫抑制药物,但这些药物都是高毒性的,并且可以触发一些患者出现感染,甚至癌症。为此来自加州大学圣地亚哥分校的徐洋教授等人历时四年,技术攻关,利用一种人源化小鼠模型,发现了一种防止人类胚胎干细胞出现免疫排斥反应的新方法,这种方法无需用到免疫抑制药物。

为了更深入的了解这一研究成果,生物通特联系了徐洋教授,就读者感兴趣的问题请教了他。

技术攻关:人源化小鼠模型

由于人类胚胎干细胞不同于我们自身的身体细胞,正常功能的人类免疫系统将会对这些外源细胞发动攻击。采用免疫抑制药物来抑制免疫系统是降低这种机体“同种异体免疫反应”的一种方法。

徐洋教授表示,“人类胚胎干细胞临床应用的最大挑战是异体免疫排斥。虽然免疫抑制剂可以防止免疫排斥,但它对患者有很大的毒性,并且长期服用会大大提高癌变及感染的风险。所以,系统性免疫抑制对人类胚胎干细胞为基础的细胞治疗并不适用。

我们一直在探索更安全的免疫抑制手段,所以我们希望建立局部的免疫抑制手段,这样既可以保护移植物,又可以不影响整体的免疫系统。”

但之前关于人类胚胎干细胞排斥反应的研究采用的是小鼠模型,由于小鼠和人类的免疫系统差异大,其结果不具有通用性。因此研究人员长期以来一直在寻找一种人类免疫相关模型,使得他们能够开发出一些策略上安全地,植入胚胎干细胞衍生的异体细胞。

为此徐洋教授与他的同事进行了长期的努力, 尝试了各种“人源化”鼠,终于证实杨永广教授早期建立的 “人源化”小鼠模型可以有效地排斥人胚胎干细胞衍生的异体细胞。为建立该“人源化”鼠,首先研究人员取得了免疫缺陷的实验室小鼠,然后将人类胎儿胸腺组织和来自同一人类供体的胚肝衍生的造血干细胞移植到小鼠体内。

这样在这些小鼠体内就重建了能够有效排斥人类胚胎干细胞衍生细胞的正常功能性人类免疫系统,这是第一次利用人源化鼠研究人类干细胞的免疫排斥及免疫耐受策略。随后研究人员利用这一系统,对各种免疫抑制分子进行了单独和组合测试,发现了一种组合能够极好地发挥作用,避免人类胚胎干细胞出现免疫排斥。

徐洋教授介绍道,这种人源化小鼠模型与之前的小鼠模型的区别在于,“人源化鼠具有功能性的人的免疫系统,而之前的小鼠模型是鼠的免疫系统, 或T细胞发育不全的人源化鼠。”

思路攻关:寻找有效组合

利用这些人源化小鼠模型,研究人员对各种免疫抑制分子进行了单独和组合测试,发现一种组合能够极好地发挥作用,保护人类胚胎干细胞衍生的细胞不受到免疫排斥。

这一组合包括一种FDA批准的类风湿关节炎治疗药物CTLA4-lg,和一种已知在肿瘤诱导免疫耐受中起重要作用的蛋白PD-L1。研究人员发现组合这两种分子可使得异体细胞在人源化小鼠中存活,不会触发免疫排斥。

徐洋教授表示,“当时我们在寻找免疫抑制因子组合,有效地抑制异体免疫排斥的时候,花费了不少精力。结果我们发现,如果在人类胚胎细胞的衍生细胞中表达两种分子,我们就可以保护这些细胞免于异种免疫排斥。如果你只让一种分子表达,则不会产生影响。我们还不知道这些信号通路是如何协同作用来抑制免疫排斥的,但现在我们有了跟进研究它的理想系统。”

并且这项研究还有助于研发激活抗肿瘤的免疫反应的工具,众所周知,这些分子在肿瘤逃避人类免疫系统的过程中也发挥了重要作用。

下一步徐洋教授与他的同事们还将进一步探索CTLA4-lg和PD-L1的这种作用对于免疫排斥影响的时间长短,以及其中具体的分子机制。
(生物通:王蕾)

原文摘要:
An Effective Approach to Prevent Immune Rejection of Human ESC-Derived Allografts

Human embryonic stem cells (hESCs) hold great promise for cell therapy as a source of diverse differentiated cell types. One key bottleneck to realizing such potential is allogenic immune rejection of hESC-derived cells by recipients. Here, we optimized humanized mice (Hu-mice) reconstituted with a functional human immune system that mounts a vigorous rejection of hESCs and their derivatives. We established knockin hESCs that constitutively express CTLA4-Ig and PD-L1 before and after differentiation, denoted CP hESCs. We then demonstrated that allogenic CP hESC-derived teratomas, fibroblasts, and cardiomyocytes are immune protected in Hu-mice, while cells derived from parental hESCs are effectively rejected. Expression of both CTLA4-Ig, which disrupts T cell costimulatory pathways, and PD-L1, which activates T cell inhibitory pathway, is required to confer immune protection, as neither was sufficient on their own. These findings are instrumental for developing a strategy to protect hESC-derived cells from allogenic immune responses without requiring systemic immune suppression.


作者简介:
徐洋教授
 
1989年毕业于武汉大学,之后赴美求学,获得哈佛大学的博士学位,并在麻省理工学院完成博士后的研究工作,目前任加州大学圣地亚哥分校生物系终身正教授 。

 

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