Tracing genomic instability in induced mesenchymal stromal cell manufacture: 从诱导多能干细胞到间充质基质细胞，追踪基因组不稳定性的制造轨迹

《Experimental & Molecular Medicine》：Tracing genomic instability in induced mesenchymal stromal cell manufacture: an integration-free transfection approach

为解决 iPS 细胞在分化为 iMS 细胞过程中的基因组稳定性及临床应用安全性问题，研究人员开展了诱导多能干细胞（iPS）向诱导间充质基质 / 干细胞（iMS）分化过程中基因组改变的研究。结果发现 iPS 细胞存在多种基因组畸变，SV 法比 Epi 法更不稳定。这为评估 iMS 细胞临床应用安全性提供依据179。

　　在生命科学和医学领域，诱导多能干细胞（iPS 细胞）的出现为再生医学带来了新的希望。它能分化成多种细胞类型，有望用于治疗多种疾病，比如心血管疾病、骨和软骨疾病等。然而，iPS 细胞在生成和分化过程中，基因组不稳定的问题却像一颗 “定时炸弹”，时刻威胁着其临床应用的安全性。一旦基因组出现变异，可能导致细胞功能异常，甚至引发肿瘤。因此，探究 iPS 细胞在分化为诱导间充质基质 / 干细胞（iMS 细胞）过程中的基因组变化，成为了科研人员亟待攻克的难题。

韩国天主教大学医学院等机构的研究人员针对这一问题展开了深入研究。他们旨在调查 iPS 细胞生成、传代及分化为 iMS 细胞过程中的基因组变化，研究成果发表在《Experimental & Molecular Medicine》杂志上。这一研究对于评估 iMS 细胞在再生医学中应用的安全性和有效性意义重大，若能明确基因组变化情况，就能更好地把控 iMS 细胞治疗的风险，推动再生医学的发展。

研究人员运用了多种关键技术方法。在细胞培养与诱导分化方面，分别使用仙台病毒（SV）载体和非病毒附加体质粒载体（Epi）将人皮肤成纤维细胞重编程为 iPS 细胞，并诱导其分化为 iMS 细胞。在检测分析技术上，通过染色体分析、染色体微阵列、短串联重复序列分析（STR）以及下一代测序（NGS）等，全面评估基因组变化；采用 RNA 测序来探究基因表达变化。

研究结果如下：

• iPS 细胞和 iMS 细胞的特性：成功利用两种无整合方法生成 iPS 细胞并诱导分化为 iMS 细胞。iPS 细胞经检测具有典型形态、多能性，且遗传身份与亲代细胞一致；iMS 细胞呈现典型成纤维细胞样形态，表达 MS 细胞特异性表面标记，具备向成骨细胞、软骨细胞和脂肪细胞分化的能力，且体内致瘤性实验显示无肿瘤形成23。
• 复制应激和 DNA 损伤：通过检测 γH₂AX 水平发现，iPS 细胞的复制应激和 DNA 损伤水平高于成纤维细胞和 iMS 细胞，且晚期传代细胞比早期传代细胞更明显，但不同重编程方法对 γH₂AX 水平影响不显著45。
• 基因组不稳定性：在 iPS 细胞和 iMS 细胞中均检测到多种基因组畸变。所有 SV - iPS 细胞系在重编程过程中都出现了拷贝数变异（CNAs），而 Epi - iPS 细胞系只有 40% 出现该变异；单核苷酸变异（SNVs）仅在 SV 来源的细胞系中被检测到。这些变异涉及多个关键基因，如 TP₅₃等16。
• 基因表达变化：基因表达分析表明，晚期传代的 SV - iPS 细胞中，多数 CIN25 特征基因上调，提示染色体不稳定性增加；而 Epi - iPS 细胞中只有少数基因上调，其基因表达谱更稳定。基因集富集分析（GSEA）显示，SV - iPS 细胞在传代过程中，与 DNA 修复、p53 和癌症相关的信号通路显著富集，Epi - iPS 细胞则不明显8。

研究结论和讨论部分指出，iPS 细胞在分化为 iMS 细胞的所有过程中都容易出现基因组畸变，SV 法生成的 iPS 细胞基因组不稳定性更高，其 CNAs 和 SNVs 频率更高，染色体不稳定性基因表达增加。研究还发现了 TP₅₃突变，凸显了该基因的易损性，因此在制备 iPS 细胞及衍生细胞系时需仔细进行基因组审查。不过，该研究也存在一定局限性，如仅使用单一来源的人成纤维细胞进行重编程，未确定检测到的遗传畸变的功能后果，且 SV 法生成的细胞系中基因组畸变的高发生率还需进一步验证。但总体而言，该研究为深入了解 iPS 细胞和 iMS 细胞的基因组变化提供了重要依据，有助于推动再生医学中细胞治疗的安全、有效应用。