诱导多能干细胞（induced pluripotent stem cells，iPSC)最初是由日本医学家山中伸弥（Shinya Yamanaka）教授于2006年利用病毒载体将四个转录因子（Oct4、 Sox2、 Klf4 和c-Myc）转入分化的体细胞中，使其重编程而得到的类似胚胎干细胞的一种细胞类型。随后世界各地不同科学家陆续发现，其他方法同样也可以制造这种细胞。
2012年10月8日，John B. Gurdon 与山中伸弥教授因此获得诺贝尔生理学和医学奖。
iPSC银行产生的背景、经验与挑战
利用来自体内的成熟细胞制造出 iPSC，具有改进药物筛选、疾病建模和治疗多种疾病的巨大潜力。建立起反映群体多样性和来自患有一系列疾病的病人样品的iPSC细胞系库，是探寻iPSC潜力的关键。
如今，这个领域的专家就与建立这种iPSC细胞系库相关联的新问题进行了深入的探讨，《Cell Stem Cell》杂志上同期刊登了三篇论文，分享了他们的经验，并给出了实际的建议和创新性的方法来解决建立这种细胞系库所面临的挑战。
首先，来自英国国家生物标准与控制研究所的 Glyn Stacey 博士和他的同事们给出了使用现有人胚胎干细胞库（embryonic stem cell bank，ESCB）的方法，以及他们在iPSC资源中心建立、提高质量控制标准方面的经验。Stacey 博士说：“不是所有的实验室在细胞培养上都有相同水平的专业技能，也不是所有的实验室都熟悉关键性的质量控制程序，而这些是避免iPSC细胞系在流通过程中遭受污染或转化为其他细胞系所必不可少的。”
其次，现任美国国立卫生研究院再生医学中心主任的 Mahendra Rao 博士强调：制造 iPSC 细胞系以及开发出必备的控制和测试，不但耗时而且成本很高，通常超过了任何单个实验室所具有的专业技能。只有开发出一种新的低成本、高收益的方法来分享和传播细胞系，实现 iPSCs 的潜力并且使用它们，才是可能的方案。众包（crowd sourcing）的方式或许是一种可行的解决方法，技术拥有者必须致力于它最终将有益于他们自己也有益于使用者的目标。同样重要的是，确保众多存储库在储存和测试iPSCs 及由它们分化而产生的细胞方面具有专业技能，并且这些存储库能够以终端使用者能够承担得起的成本进行储存和测试。
山中伸弥教授研究组的工作进展
目前有很多关于源于人类iPSC的细胞疗法对实现未来再生医学潜在贡献的报道。然而，源于这些细胞的临床治疗的发展，需要注意一些与正常血液、组织和器官移植相关的问题，如：捐赠者的知情同意、选择和筛选、免疫相容性以及与临床良好作业规范（Good Manufacturing Practice ，GMP）的问题、质量保证和法规遵从。一个关键的临床问题是——源于iPSC的细胞疗法与患者免疫相容的程度。对供体iPSC基因型的预选能力为那些无法从胚胎干细胞中获得免疫匹配的患者提供了机会。
Ian Wilmut 博士与山中伸弥教授就 iPSC 供者和受者之间的免疫匹配性提出了一些考虑要点。他们注意到，尽管基于个人获得iPSC细胞系从而使得每名患者利用自己的细胞进行治疗是可行的，但是在不久的将来，由于时间和成本限制，利用这种方法为大量患者提供 iPSC 来源似乎不太可能。一种更为实际的方法是，建立来自匹配绝大多数病人群体的少量人群的干细胞库，并且能够安全地移植到病人体内，同时不会遭到免疫排斥。而随之而来的问题是，如何建立这样一个细胞银行或银行网络？尤其是，如何更好地处理免疫相容性问题？
经估计，来自大约150个精心挑选的人的细胞可能为绝大数人提供免疫匹配的干细胞系。山中伸弥教授等提出：应当建立一种国际性的干细胞库网络，这种干细胞库网络遵循共同的程序和标准，以便提供最广泛的免疫匹配类型，这将是在未来确保广泛获得高质量细胞疗法的一个关键步骤。
干细胞移植可能存在的风险
实体器官移植的好处，至少在一定程度上来自于人类白细胞抗原（human leukocyte antigen，HLA）匹配和全身性免疫抑制，从而能够减少移植物排斥的发生率和严重程度。在造血干细胞移植（hematopoietic stem cell transplantation， HSCT）的情况下，甚至需要更严格的HLA配型，以降低排斥反应和移植物抗宿主病（graft versus host disease ，GvHD）的风险。
尽管由于移植物缺乏供体T细胞，hESCs或来源于iPSC的细胞或组织不会发生GvHD，但免疫抑制能够带来长期副作用、复发性感染、某些形式的肿瘤和心血管疾病的风险。尽管iPSC系及其衍生细胞的HLA抗原表达较低（Drukker等人，2006），但很显然，分化的细胞确实能够在小鼠身上产生同种异体反应，如T细胞增殖和源于iPSC的组织特异性细胞凋亡。
HLA与细胞疗法
机体能够产生针对间充质干细胞的细胞毒性反应和抗体（Schu等人，2012）；临床上停用免疫抑制剂后，通常能在HLA不匹配的胰岛移植受者中发现HLA抗体（Campbell等，2007）。这些现象进一步为针对同种异体基因细胞治疗靶点的免疫反应提供了证据。通过直接和间接的抗原递呈能够引发针对人体细胞、组织和器官移植物的免疫T细胞的激活。直接的激活涉及到移植物本身的抗原呈递细胞（Antigen presenting cells，APC），而间接激活需要受试者体内的APCs对外源蛋白的加工和呈递。
在细胞疗法中，间接治疗可能会占主导地位，这主要是由于在培养的细胞中并不存在供体的APCs。间接激活还为免疫应答提供了一个潜在的机制，并且免疫状态本身是动态的，其他压力可以在后期引起排斥反应。此外，自然杀伤（Natural killer，NK）细胞也可能有助于引起不匹配的组织发生排斥反应，特别是单细胞移植。
NK细胞的抑制性受体识别自身的HLA。在某些癌症、病毒以及HLA不匹配的HSCT中，NK细胞在无法识别“自我”（从而逃避T细胞识别）时就会被激活。因而，从长远来看，细胞疗法需要有在一定程度与接受者匹配的细胞供应。问题是，HLA的匹配需要达到何种程度？建立可以满足这些要求的细胞银行的最佳策略是什么？需要考虑免疫相容性的几个层次？
HLA需要达到何种匹配程度
碳水化合物血型抗原，如ABO血型系统，在所有的人类细胞中表达都可以表达。相关糖基转移酶表达缺乏的个体产生自然的抗A和抗B凝集素抗体，这可能会导致非相容的细胞移植物出现超急性排斥反应，供体的细胞、组织或器官与接收者之间HLA的不相容性会引起排斥反应。因此，人们都希望尽可能多的HLA-I类和II类位点相匹配，以尽量减少这种排斥风险。
HLA系统有9千多个等位基因被识别，这使得有尽可能多的位点能够匹配就更加困难。但HLA区域内的连锁不平衡（就是说有些基因倾向于组合在一起，而不是完全随机的组合）提高了这种可能性：存在这样一种特殊的人类个体，他们携带常见HLA单体型的纯合子，这些人的HLA基因能够匹配较高比例的人数。
应该牢记的是，即使HLA-A、HLA-B和HLA-DR（目前满足美国国家骨髓库NMDP建议的基因配型位点是HLA-A、HLA-B、HLA-C和HLA-DR）相匹配的细胞、组织和器官，如果供体与受体的HLA的其他位点不匹配或抗原存在小的不相容性，也仍有可能产生排斥反应。由于HLA的其他位点都存在Y染色体上，如果可能的话，从女性供体中建立HLA单倍型银行将更加可行。但需注意的是，一些iPSC系的X染色体上存在潜在的再活化问题；另有证据表明，iPSC和它们的衍生物能够通过特定的培养程序发生抗原重排从而产生免疫原性。
筛选的纯合细胞系能与国外不同种族的人相匹配
Taylor等人（2012）估计，从1万个人中筛选的10株纯合细胞系，能够为至少37.7％的英国人提供匹配的HLA-A、HLA-B和HLA-DR的HLA抗原。他们进一步计算出了与英国人HLA表型匹配的最佳组合，并且从世界范围内登记注册捐献骨髓的1700万个干细胞供体的志愿者中识别了150个最有用的纯合HLA表型，这能够为93%的英国人提供匹配的干细胞（Taylor等人，2012）。Nakatsuji等人从1万5千人中筛选了30个纯合细胞系，这将能够与82.2%的日本人相匹配，从2万4千人中筛选的50个纯合细胞系可以将这一比例提高至90.7%。同样，Okita等人也发现，从16万个人中筛选的140个纯合细胞系能够与90％的日本人相匹配。然而，这些研究都低估了我们面临的挑战，因为我们的祖先和种族背景更加多样化。
Gourraud等人（2012）使用了一个概率模型来评估从四个背景不同的祖先构建单倍体细胞银行所需要捐助者的数量。拥有20个纯合子细胞系的银行将需要对26000名北欧人进行筛选，才能与50%以上的人相匹配；需要对11万非裔美国人进行筛选，并且只能与22%的人匹配。从这些人口中获得的拥有100个纯合子细胞系银行将能够与78％的北欧人、63%的亚洲人、52%的拉美人相匹配。但对非裔美国人来说，这一比例只有45%。
iPSC银行国际网络困难重重
相互认可的iPSC银行国际网络将有助于扩大细胞疗法的范围，尤其是对具有不同的祖先和种族背景的人来说。然而，要想实现这一愿景就必须克服一系列困难。
首先，知情同意书通常是给予直接在临床使用由捐赠者提供的血小板或造血祖细胞的受试者。考虑到一个永久性的细胞系将被建立和传播，并且其学术性、临床和商业发展都不太明朗，对于iPSC的捐赠来说可能需要进一步得到更广泛地同意。
第二，因为单一的细胞系可用于产生不同的细胞疗法，这些细胞本身可能在很长的一段时间内来治疗很多患者，发生感染如BSE或者供体基因异常等不良事件的风险就会被放大。因此，需要考虑到对捐助者的选择和筛选程度。一些致病因子在正常个体中可能无害，但在一些患者中，如免疫系统受到抑制的患者，可能会增加感染的风险。此外，由于供体存在遗传多态性，就可能导致细胞疗法的失败。
第三，鉴于捐助者与受助人之间的可追溯性将被保留很多年，甚至几十年，在何种程度上应当告知捐助者的细胞系中存在“异常”，尤其是那些可能影响捐赠者及其家人健康的异常突变。
最后，iPSCs细胞银行的构建还将由许多不同的机构共同参与，因此，对于细胞系的来源、监测就必须有相应的质量标准。这包括使用共同的术语、活力分析、以及参考标准。如果由此衍生的细胞疗法具有普遍的临床应用价值，那么这些细胞系在国际范围内被接受将是至关重要的。
iPSC银行的国际合作时机已到来
如今，考虑到可以从全基因组关联研究（genome-wide association studies，GWAS）中明确HLA类型，而且iPSC来源的标准操作已经得到了验证，山中伸弥教授等认为现在是时候开始进行国际合作了，唯有这样才能在大规模的细胞生产前对以上问题达成共识。他们注意到，一些拥有成千上万个细胞系的非治疗级的iPSC银行目前进展顺利，这表明发展一个独特的、致力于细胞治疗的、拥有质量控制的基础设施已经存在。这样一个创造性的提议将使新一代再生疗法在全球以及时和公平的方式进行。
（作者：贺利军、贾玉华)
参考文献：《Cell Stem Cell》2013;13:382-384
《Cell Stem Cell》2013;13:385-388
《Cell Stem Cell》2013;13:389-391