可调控CXCR4的iPSC来源NK细胞增强骨髓趋化性并靶向清除驻留肿瘤的研究

本研究针对复发难治性急性髓系白血病(R/R AML)治疗中骨髓浸润不足的难题，通过创新性结合iPSC分化、趋化因子调控与基因编辑技术，开发了在NK成熟阶段特异性表达CXCR4的iPSC衍生NK细胞(CXCR4GZMB iNKs)。该策略成功克服了CXCR4持续表达对造血干细胞分化的抑制，显著提升iNKs的骨髓归巢能力，在AML小鼠模型中实现肿瘤细胞清除。研究为基于iPSC的细胞疗法开发提供了兼顾功能增强与分化安全性的新范式，发表于《TRENDS in Biotechnology》。

　　

在血液系统恶性肿瘤治疗领域，急性髓系白血病(AML)始终是块难啃的硬骨头。这种起源于造血干细胞(HSC)的恶性疾病，就像一群失控的"叛逆少年"盘踞在骨髓这个"大本营"里，不仅阻碍正常血细胞生成，还通过血液循环四处扩散。尽管化疗和造血干细胞移植等常规疗法能暂时控制病情，但约70%的患者最终会面临复发，五年生存率仅10%。更令人头疼的是，近年来大放异彩的CAR-T细胞疗法在AML治疗中遭遇滑铁卢——要么因靶点异质性难以全面清除肿瘤，要么因持续性的骨髓抑制带来严重副作用。

正当研究者们苦苦寻找突破口时，自然杀伤细胞(NK)进入了视野。这类先天免疫细胞具有独特的"见癌就杀"特性，且不会引发移植物抗宿主病(GVHD)，堪称理想的通用型细胞治疗候选。特别是诱导多能干细胞(iPSC)衍生NK细胞(iNKs)技术的成熟，让大规模制备标准化细胞产品成为可能。然而临床前研究却暴露了一个致命弱点：这些实验室精心培育的iNKs战士，在体内竟像"路痴"一样难以找到骨髓这个主战场。

问题的根源直指一个关键分子——C-X-C趋化因子受体4型(CXCR4)。这个被称为"骨髓GPS"的受体，能引导细胞沿着CXCL12趋化因子的浓度梯度精准定位到骨髓。但研究者们发现，传统培养的iNKs中CXCR4表达量仅为外周血NK细胞(PBNKs)的十分之一。更棘手的是，简单粗暴地在iPSC阶段强制表达CXCR4会导致造血分化完全失败，就像给赛车装错引擎反而让它无法启动。

面对这一双重困境，来自浙江大学医学院附属第一医院和启函生物的研究团队另辟蹊径。他们采用"精准定时启动"策略，利用CRISPR/Cas9系统将CXCR4基因精准插入到NK特异性表达的颗粒酶B(GZMB)基因位点，创造出只在NK成熟阶段才表达CXCR4的工程化iPSC。这种设计既避开了早期造血分化阶段的干扰，又确保了最终iNK产品的功能性。相关突破性成果发表在生物技术领域顶级期刊《TRENDS in Biotechnology》上。

研究团队运用多组学联分析、基因编辑、体内外功能验证等系统方法。通过单细胞RNA测序揭示CXCR4影响造血分化的分子机制；建立GZMB位点靶向整合的CRISPR/Cas9编辑体系；采用NOG/NCG免疫缺陷小鼠构建AML异种移植模型；结合流式细胞术、数字PCR(ddPCR)等技术定量评估细胞分布。

研究结果部分，"CXCR4增强iPSC衍生NK细胞的骨髓浸润"显示，传统iNKs在体内主要滞留在肺、脾等器官，骨髓分布不足1%。而通过慢病毒转导强制表达CXCR4的iNKs，其骨髓归巢能力提升20倍，证实CXCR4缺陷是限制疗效的关键因素。

"CXCR4表达影响iPSC的造血分化"部分揭示，高表达CXCR4的iPSC克隆完全丧失胚胎体(EB)形成能力。转录组分析发现这些细胞停滞在多能性状态，中胚层标志基因表达受阻，细胞周期通路受抑制，犹如被按下了分化"暂停键"。

"通过精准基因编辑在iNK阶段实现CXCR4表达"部分报道，GZMB位点整合的CXCR4^GZMB iNKs保持正常分化效率和细胞毒性，同时获得剂量依赖性的CXCL12趋化能力。在THP-1移植瘤模型中，这些工程化iNKs显著降低骨髓肿瘤负荷，且不引起其他器官的异常聚集。

"整合CXCR4^GZMB与CAR组件增强抗AML疗效"部分则展示了组合策略的协同效应。针对CD33/CLL1等AML抗原设计的CAR与CXCR4联用后，对原本耐药的KG-1细胞系展现出完全清除效果，骨髓中iNKs数量较对照组增加15倍，肺转移灶也显著减少。

这项研究的意义不仅在于技术突破，更提出了细胞治疗开发的范式转变。它首次系统论证了趋化受体调控在iPSC衍生细胞产品中的核心地位，建立了"时空特异性表达"的基因编辑新标准。针对WHIM综合征患者的研究启示，未来或可通过引入CXCR4功能获得性突变进一步强化趋化效应。临床转化方面，该策略已达成技术成熟度(TRL)5级，为开展AML临床试验铺平道路。

从更广阔的视角看，这项工作为干细胞分化研究提供了重要启示：某些在终末细胞中发挥关键功能的分子，可能在分化早期扮演完全相反的角色。这种"时空特异性"的基因表达规律，将成为下一代细胞疗法设计的重要准则。正如研究者所言："当我们赋予细胞新的能力时，必须首先理解这些改变将如何影响它的整个生命旅程。"