KDM2A

耐药是导致癌症复发和患者预后不良的主要原因之一。表观遗传调控是一种独立于核苷酸序列变化的基因表达的可遗传改变。DNA甲基化、组蛋白修饰和非编码RNA（ncRNAs）调控是常见的表观遗传调控机制。诸多证据表明，表观遗传调控异常会导致肿瘤耐药。因此，靶向表观遗传调控因子是逆转肿瘤耐药的有效策略。今天小编想和大家分享的便是表观遗传调控在肿瘤耐药中发挥作用的途径与方法。其次，小编还会和大家一起探讨表观遗传修饰的必要因子，组蛋白去甲基化酶家族的功能以及与癌症耐药相关的调控机制，并对表观遗传相关治疗策略进行简单总结。一常见耐药机制肿瘤耐药是目前癌症治疗面临的关键问题之一，目前已有多种耐药机制被发现，包括ABC转运蛋白过表达、肿瘤干细胞（cancer stem cells，CSCs）富集、上皮-间充质转化(epithelial-mesenchymal  transition，EMT)、自噬、凋亡、基因突变和表观遗传调控等（图1）。今天小编想和大家主要分享的便是表观遗传调控的耐药机制。图1. 常见耐药机制二表观遗传调控的肿瘤耐药机制表观遗传修饰是指基因表达在不改变DNA序列的情况下发生的可遗传变化，ncRNAs、DNA甲基化和组蛋白修饰(包括组蛋白乙酰化和甲基化)在肿瘤耐药中的表观遗传调控中发挥重要作用（图2）。DNA甲基化由DNA甲基转移酶和DNA去甲基酶维持，组蛋白乙酰化由组蛋白乙酰转移酶和组蛋白去乙酰酶调节，组蛋白甲基化由组蛋白去甲基酶和组蛋白甲基转移酶维持。图2. 表观遗传调控的肿瘤耐药机制DNA和组蛋白修饰不仅影响转录因子的功能，还与染色质重塑和非编码RNA等其他表观遗传修饰密切相关，共同调节肿瘤过程。通常，DNA甲基化影响基因表达、转录和活性。在DNA甲基转移酶的作用下，基因启动子高甲基化，进而导致转录抑制以及基因表达的降低。此外，组蛋白修饰（乙酰化、磷酸化、甲基化、ADP核糖化）是一种重要的表观遗传模式。目前大多数研究集中在乙酰化、甲基化和磷酸化上。大量研究表明，组蛋白尾部的翻译后修饰对癌症的发生和发展至关重要，包括组蛋白去甲基酶、组蛋白甲基转移酶、组蛋白去乙酰酶、组蛋白乙酰转移酶(HATs)和ADP核糖基转移酶。在多种癌症中，组蛋白乙酰化与基因转录密切相关，组蛋白乙酰化的改变与癌症表型密切相关，其调节异常通常导致癌基因的激活或抑癌基因的失活，以及许多信号通路的功能障碍，进而导致肿瘤耐药。因此，靶向表观遗传修饰是克服肿瘤耐药的潜在策略之一。三不同表观遗传修饰在肿瘤耐药中的作用图3. 不同表观遗传修饰在肿瘤耐药中的作用1.DNA甲基化与耐药：在DNA甲基化转移酶的作用下，基因组CpG二核苷酸的胞嘧啶5'碳位共价键结合一个甲基基团。研究表明，DNA甲基化导致的抑癌基因抑制，是多种癌症的基本发病机制，比如肿瘤抑制基因RB1和DNA修复基因BRCA1等。DNA甲基转移酶家族有五个成员，分别是DNMT1、DNMT2、DNMT3A、DNMT3B和DNMT3L。DNA甲基化由DNA甲基转移酶和DNA去甲基化酶协同调控Notch和Wnt/β-catenin信号通路影响细胞凋亡、干性、EMT和细胞增殖，进而导致耐药（图3）。除DNA甲基转移酶，DNA去甲基化酶也在耐药性中发挥重要作用(图3)。DNA去甲基酶家族TETs与DNMTs协同工作以维持DNA甲基化的平衡。DNA甲基化除通过影响基因表达调控肿瘤发展外，还可以与组蛋白修饰、核小体定位等表观遗传修饰相互作用，协同调控染色质形成。到目前为止，已经开发许多靶向DNA甲基化的小分子抑制剂。其中，azacytidine等多款DNMT抑制剂已经进入临床试验。2.ncRNAs与耐药：ncRNAs是基因表达的关键调控因子之一，主要由4个小核苷酸（miRNAs，piRNAs，tsRNAs，snoRNAs）和2个大核苷酸（circRNAs，lncRNAs）组成，在癌症进展或肿瘤耐药中发挥双重作用。miRNAs可以与靶mRNAs的3’端互补序列结合，导致mRNAs靶点的翻译抑制或降解，具有促进或抑制肿瘤进展的双重作用；lncRNAs是一种具有共价封闭环状结构的单链RNA，同样具有作为致癌因子或肿瘤抑制因子双重作用；circRNAs能够直接与蛋白质结合并与miRNAs相互作用以调节癌症发生发展。此外，lncRNAs能够与蛋白质或DNA结合进而发挥促癌或抑癌作用。例如，MEG3可以上调p53，并促进p53与GDF15启动子的结合，从而抑制肿瘤的生长；相反，癌基因lncRNA HOX转录反义RNA过表达可增加多种肿瘤的转移和侵袭能力。3.组蛋白修饰与耐药：组蛋白修饰主要包括组蛋白甲基化和乙酰化。组蛋白甲基化和乙酰化分别通过组蛋白去甲基酶和甲基转移酶、组蛋白乙酰转移酶和组蛋白去乙酰酶来保持基因表达的平衡，在抗癌方面起着双刃剑的作用。乙酰化一般发生在组蛋白尾部的赖氨酸残基上，主要由两种功能相反的酶: 组蛋白乙酰化酶（HATs）和组蛋白去乙酰化酶(HDACs)调节，从而影响细胞内pH值和影响基因转录活性和染色质结构来动态调节癌症进展。除已经被FDA批准用于临床治疗的四种HDAC抑制剂外，HDAC抑制剂与mTOR抑制剂、免疫检查点抑制剂的联合治疗也已成为临床和临床前研究的重要组成部分。组蛋白甲基转移酶(HMTs)又被称为蛋白甲基转移酶(PMTs)，可分为组蛋白赖氨酸甲基转移酶(HKMTs或PKMTs)和组蛋白精氨酸甲基转移酶(HRMTs或PRMTs)。组蛋白甲基转移酶与耐药密切相关(图3)。比如，EZH2的高表达可激活细胞生存通路，导致卵巢癌对顺铂的耐药。截至目前，针对组蛋白甲基转移酶的抑制剂主要以EZH2为靶点，I/II期临床试验也在多种癌症中有序进行。组蛋白去甲基化酶(HDMTs)是一个可逆的动态调控过程，组蛋白甲基化异常可直接或间接影响生理病理过程。组蛋白去甲基酶可以通过调节基因转录、促进自噬、减少细胞凋亡、影响细胞代谢过程、促进上皮-间质转化等过程导致耐药。相反，通过抑制剂或siRNA靶向组蛋白去甲基酶可以逆转耐药性(图4)。因此，小编接下来想和大家分享的便是组蛋白去甲基酶抑制剂在临床试验中的分类及作用，并对组蛋白去甲基酶在肿瘤耐药中的作用和靶向组蛋白去甲基酶逆转耐药的有效策略进行详细介绍。图4. 组蛋白去甲基酶调节肿瘤耐药四组蛋白去甲基酶的分类与功能组蛋白去甲基酶包括组蛋白赖氨酸去甲基酶和组蛋白精氨酸去甲基酶，已有大量关于组蛋白赖氨酸去甲基酶的报道，而对组蛋白精氨酸去甲基酶的报道相对较少。组蛋白去甲基酶主要有三个家族:赖氨酸特异去甲基酶(LSD)家族、Jumonji C(JmjC)-domain-containing去甲基酶(JMJD)家族和组蛋白精氨酸去甲基酶，其去甲基位点如图5所示。不同的去甲基酶可以使组蛋白的不同甲基化位点脱甲基。图5. 组蛋白去甲基酶的分类及其去甲基位点1. LSD家族结构域与催化机理LSD家族由LSD1和LSD2组成。LSD1又名KDM1A、BHC110和AOF2，由三个主要结构域组成:(1)位于n端，负责与其他蛋白质相互作用的SWIRM结构域，(2)由两个反向平行的α螺旋组成，保证LSD1去甲基化正常功能的Tower结构域，(3)位于LSD1 C端的AOL域，AOL域被Tower结构域分为两个区域，一个用于底物结合和识别，另一个被定义为非共价黄素腺嘌呤二核苷酸(FAD)的结合位点(图6A)。LSD1与不同的辅因子或底物结合可以产生不同的功能，与CoREST、 CtBP、NuRD相互作用，可以使H3K4me1/me2脱甲基，从而增强DNMTs的表达和DNA的再甲基化进而抑制基因转录；然而，在雌激素或雄激素存在时，LSD1可使H3K9脱甲基并激活基因表达。LSD2，也被称为KDM1B和AOF1，是另一种FAD依赖的氨氧化酶(图6A)。与LSD1不同， LSD2含有N端锌指结构域，对维持去甲基化活性异常重要。LSD2是一种H3K4me1/me2去甲基化酶，可以通过H3K4me1/2去甲基化抑制p53或TFPI-2等基因表达，进而影响癌症进展。每两个组蛋白H2A、H2B、H3、H4分子组成一个核心蛋白八聚体，约146 bp的DNA结合在八聚体周围形成核小体，去甲基酶通过去除组蛋白上的甲基发挥作用(图6B)。图6. LSD家族的结构域及催化机理2. 含有JmjC结构域的蛋白质家族JMJD由6个家族的21个含有 JmjC 结构域的蛋白组成，对组蛋白赖氨酸和精氨酸进行脱甲基，包括FBXL (KDM2)、JMJD1 (KDM3)家族、JMJD2 (KDM4)家族、JARID1 (KDM5)家族、KDM7家族。FBXL (KDM2)家族由KDM2A和KDM2B组成，KDM2A高表达受多种因素影响，包括microRNA、炎症和缺氧。KDM2B具有特定的H3K4me3去甲基酶活性，能够抑制核糖体RNA并负向调节细胞增殖(图5)。JMJD1 (KDM3)家族：JMJD1家族中有三个蛋白，分别是KDM3A、KDM3B和KDM3C，它们都能导致H3K9me1/me2去甲基化(图5)。KDM3A能以去甲基化依赖的方式上调DCLK1和CDK6，维持胰腺癌的发生和发展。JMJD2 (KDM4)家族：JMJD2家族由六种蛋白(KDM4A-F)组成，都具有导致H3K9me2/me3和H3K36me2/me3去甲基化的能力，有助于乳腺癌等癌症的形成(图5)。研究表明，KDM4蛋白的过表达可以改变转录和染色质重塑，从而诱导细胞增殖，而敲除KDM4后去甲基酶可以通过增加起始位点H3K9me3的积累来下调Taf1b和Nom1基因的表达，从而下调造血干细胞的维持。JARID1 (KDM5)家族：由KDM5A、KDM5B、KDM5C和KDM5D这4个去甲基化蛋白组成。KDM5A的结构包含3个PHD结构域，其中 PHD1结构域可以优先识别未甲基化的H3K4组蛋白尾部并刺激其活性(图5)。值得注意的是，KDM5B在乳腺癌和前列腺癌中表达上调，敲除KDM5B可激活AMPK信号通路，逆转上皮-间充质转化(EMT)，诱导脂质重编程，抑制细胞增殖和迁移，而其过表达可增强PI3K/AKT信号通路。UTX/JMJD3 (KDM6)家族：KDM6A和KDM6B可以使H3K27me2/ me3221脱甲基，而KDM6C没有酶活性。此外，KDM6B在维持干细胞功能方面发挥重要作用，可通过调节Pax6等影响胚胎干细胞(ESC)的分化。膀胱癌中KDM6C还可以影响p53和FGFR3的表达。KDM7家族：KDM7A和KDM7B可以参与H3K27me1/2、H3K9me1/2和H4K20me1的去甲基化，促进癌症进展(图5)，而PHF2则被认为可以抑制肿瘤生长。3. 组蛋白精氨酸去甲基化组蛋白精氨酸甲基化是一个可逆过程，但截至目前只有少数组蛋白精氨酸去甲基化酶被报道，包括PAD4、JMJD1B、JMJD6等。五组蛋白去甲基酶抑制剂组蛋白去甲基化酶在肿瘤发生发挥关键作用，多款组蛋白去甲基化酶抑制剂的开发已成为癌症治疗的研究热点，已有多款抑制剂被批准用于临床试验，以进一步评估其在患者中的疗效和安全性(图7)。其中，LSD1无疑是明星中的明星，已经在肺癌、白血病等多种癌症或疾病中开启了广泛的临床试验。与LSD1抑制剂相比，靶向其他去甲基酶的抑制剂较少进入临床试验。图7. 代表性组蛋白去甲基酶抑制剂及其临床试验六组蛋白去甲基化酶与癌症耐药表观遗传变化，特别是组蛋白甲基化和去甲基化，在耐药中发挥重要作用。组蛋白去甲基酶与耐药密切相关，靶向不同肿瘤的去甲基酶是克服耐药的潜在策略之一(图3)。小编进一步想和大家分享的便是不同组蛋白去甲基酶对耐药的作用和影响。1.LSD家族与耐药：LSD1是一种重要的组蛋白去甲基化酶，可以通过改变H3K4和H3K9的甲基化水平来调节各种癌细胞的耐药。LSD1可通过激活NF-kB和Wnt/β-catenin信号通路维持干细胞功能，促进EMT或者与长链非编码RNA相互作用招募LSD1，通过去甲基化修饰导致化疗或索拉非尼等药物耐药(图8)。与LSD1相似，LSD2同样可以增强干细胞特性，诱导细胞凋亡，调节其他酶的表达进而导致耐药。图8. 赖氨酸特异性去甲基化酶(LSD)家族与耐药2.含JmjC结构域蛋白家族与耐药：KDM2家族由KDM2A和KDM2B组成。KDM2A可以通过上调干细胞干性标志物Sox2和Oct4的表达来促进细胞干性。在肝癌中抑制KDM2A可减少其下游SOX2、NANOG和OCT4表达，从而减少肿瘤干细胞的形成，降低对索拉非尼的耐药。KDM2B可以通过增加干细胞和凋亡同时增强耐药性，在胶质母细胞瘤中靶向KDM2B会损害干细胞的分化能力或者高表达坏死因子相关凋亡诱导配体(TRAIL)，并降低肿瘤生长和血管生成。此外，KDM3A能够降低p53的表达，KDM3C可以通过ERK/MAPK信号通路抑制EMT。截止目前，有关KDM3B和KDM3C的研究相对较少，但这些KDM同源物在促进肿瘤生长和耐药方面中的作用不可小觑。KDM3A和KDM3B对 H3K9去甲基的功能是维持胚胎干细胞功能所必需的。KDM3B能使H4R3me2或者H3K9me2脱甲基，从而影响造血干细胞的发育和功能。已有报道表明，JMJD1C在紫杉醇耐药食管鳞状细胞癌中表达显著增加。敲除JMJD1C降低细胞转移能力，增加细胞凋亡能力，从而降低对紫杉醇、吉西他滨和卡铂等药物的耐药性。JMJD1C可能通过调节miR-200家族和miR-290/295家族来抑制ERK/MAPK信号转导和EMT过程的激活，正是ESC自我更新所需要的(图9)。图9. KDM2、KDM3家族对耐药的影响3.KDM4家族与耐药：除JMJD2E和JMJD2F外，KDM4家族的另外4个成员在多种癌症中过表达，并与耐药进展密切相关。KDM4A可以控制乳腺癌干细胞(BCSCs)的增殖和自我更新，进而导致治疗耐药。此外，胃癌细胞对抗癌药物的敏感性可以通过JMJD2A与其底物CCDC8的相互作用调控。在去势耐药前列腺癌(CRPC)中，KDM4A-AS1的表达增加，调节USP14-AR的稳定性，防止AR降解，导致细胞对enzalutamide耐药。小分子抑制剂NSC636819和JIB-04通过影响CCDC8表达和凋亡抑制KDM4A活性，增加细胞敏感性(图10)。此外，在缺氧条件下，KDM4B分别通过激活Wnt/β-catenin通路或与C-Myc相互作用，增加C-Myc转录，诱导自噬和增加细胞代谢水平，可能是治疗CRPC的潜在策略(图10)。KDM4C的高表达与耐药密切相关。KDM4C能够通过影响细胞周期和CDC6的转录促进癌症的进展，KDM4D可以通过Wnt/β-catenin和Notch信号通路增加CSC的性质(图10)。图10. KDM4家族与耐药4.KDM5家族与耐药：KDM5家族与耐药性密切相关。KDM5A在各种癌症中高度表达，可通过激活IGF1R和ErbB信号通路，进而促进PI3K/AKT/mTOR通路，并联合抑制KDM5D诱导EMT，从而导致紫杉醇等药物耐药 (图11)。KDM5B可通过激活c-Met信号通路促进干细胞表型、被microRNA-29c-3p(一种肿瘤抑制因子)调控等方式导致多种药物耐药。KDM5B可诱导CD34转化为CD34+，降低小鼠黑素瘤细胞对BRAF抑制剂的敏感性。此外，KDM5B与Ki67（细胞增殖基因）共表达，与犬组织细胞增殖能力呈正相关(图11)。KDM5C高表达既可以通过抑制PTEN促进CRPC或鼻咽癌增殖，又可以通过抑制p53及其下游p21和p27的表达促进细胞增殖和迁移(图11)。有趣的是，KDM5C过表达可以通过对ABCC1的去甲基化降低ABCC1表达，从而抑制结直肠癌细胞对奥沙利铂和伊立替康等药物的耐药性(图11)。此外，KDM5C的下调可促进肿瘤生长和ccRCC对铁铁死亡的抵抗。与KDM5家族的其他成员相反，KDM5D表达的降低有利于癌细胞的耐药，比如低表达KDM5D可以通过诱导EMT和对CUL4A启动子上的H3K4去甲基化来促进胃癌细胞的转移，或者导致对多西他赛等药物耐药(图11)。总之，KDM5家族在耐药中发挥至关重要的作用，靶向KDM5家族是提高疗效的重要途径。5.KDM6家族与耐药：KDM6A和KDM6B分别通过促进细胞干性和调节细胞周期来增强耐药性。KDM6A表达下调可能会降低ENT1水平，导致阿糖胞苷敏感性降低。此外，H3K27me3低水平与结直肠癌细胞干性和奥沙利铂耐药密切相关。PCGF1可增加KDM6A的表达，进一步降低H3K27me3水平，激活干细胞标记物的转录，促进干细胞增殖。KDM6B在多种癌症中高表达，有利于肿瘤的发展和耐药。KDM6B可促进C-Myc及其靶基因CyclinD1的表达，从而促进前列腺癌细胞增殖和肿瘤生长。有趣的是，KDM6B在成神经细胞瘤中过表达，并可激活CDK4/6-pRB-E2F通路，该通路通过H3K27去甲基化与帕博西布耐药密切相关(图11)。这些数据表明抑制KDM6B可能成为克服耐药的有效治疗策略。6.KDM7家族与耐药：截至目前，KDM7家族在耐药中的研究相对较少。KDM7A可通过H3K27me2去甲基化上调AR转录活性，其抑制剂TC-E 5002可显著降低顺铂耐药膀胱癌细胞系的细胞活力。PHF8，也被称为KDM7B，可以通过去甲基化修饰或者与HER2相互作用，增强FOXA2或IL6的表达，促进曲妥珠单抗等抗HER2药物的耐药(图11)。图11. KDM5-7家族与耐药7.组蛋白精氨酸去甲基酶与耐药组蛋白精氨酸去甲基酶PAD4能将精氨酸转化为瓜氨酸，其不仅能通过调节EMT和凋亡抑制耐药的产生，还能在肝细胞癌中促进自噬，导致化疗耐药 (图12)。以上研究表明，虽然PAD4对不同癌症的耐药有不同影响，靶向PAD4仍然是降低耐药的潜在策略之一。图12. 组蛋白精氨酸去甲基酶PAD4的肿瘤耐药双刃剑七通过靶向组蛋白去甲基酶克服肿瘤耐药通过组蛋白去甲基酶抑制剂或其他靶向组蛋白去甲基化的分子可以有效控制耐药，现有多项研究通过组蛋白去甲基化酶抑制剂和siRNA，靶向LSD1或者KDM家族克服耐药性（表格）。当单独使用或与其他药物联合使用时，组蛋白去甲基酶抑制剂通常可以增加化疗的疗效。考虑到一些表观遗传调控因子之间通过相互作用共同调控肿瘤的发展，两种或两种以上不同靶点抑制剂的联合使用可能在逆转耐药上发挥更强功效。因此，开发多靶点抑制剂、蛋白水解靶向嵌合(PROTAC)分子、变构抑制剂以及那些调节非酶功能的抑制剂也可能为逆转肿瘤耐药提供新的策略。表格1 通过组蛋白去甲基化酶抑制剂和siRNA克服肿瘤耐药今天的分享就是这些啦，最后让我们简单的回顾下表观遗传调控与肿瘤耐药的关系吧。ncRNAs、DNA甲基化和组蛋白修饰(包括组蛋白乙酰化和甲基化)等表观遗传修饰与肿瘤耐药密切相关。其中，组蛋白去甲基化酶家族与肿瘤进展和癌症耐药相关，为个性化癌症治疗提供分子基础，靶向组蛋白去甲基化酶抑制剂等表观遗传学修饰在克服肿瘤耐药方面具有广阔的前景。最后的最后，小编还要偷偷告诉大家，很多表观调控因子都是通过直接或间接调控肿瘤干性导致细胞耐药的，感兴趣的同学不妨以此为方向，耐心钻研一下哦！参考文献：Wang N, Ma T, Yu B. Targeting epigenetic regulators to overcome drug resistance in cancers. Signal Transduct Target Ther. 2023 Feb 17;8(1):69. doi: 10.1038/s41392-023-01341-7. PMID: 36797239; PMCID: PMC9935618.

干细胞产品在血液肿瘤、心肌梗死、心衰、帕金森氏症、脊髓损伤、软骨损伤、糖尿病等多种复杂性疾病领域展现了独特治疗优势。2006年，首次通过将转录因子（transcription factor）转入小鼠成纤维细胞，成功地完成体细胞的重编程而得到诱导多能干细胞（Induced Pluripotent Stem Cells，iPSC），为细胞治疗开辟了新的道路。近年来，iPSC技术快速发展，在科学研究及细胞治疗等领域的应用价值逐渐凸显，成为资本青睐的新兴赛道。弗若斯特沙利文（Frost & Sullivan，以下简称“沙利文”）于2023年4月3日在“2023第三届亚洲细胞与基因治疗创新峰会”上正式发布《诱导多能干细胞（iPSC）产业现状与未来发展蓝皮书》（以下简称“《蓝皮书”》），深入剖析iPSC的技术发展、应用领域、开发现状、临床进展、资本热度、行业格局等多维度，旨在追踪行业和技术发展脉络，挖掘行业发展潜力，并分析市场发展背后的驱动因素，希望为iPSC行业的参与者梳理产业现状并反映未来增长趋势。01 iPSC行业概览诱导多能干细胞（induced pluripotent stem cells，iPSC）是指通过人工对体细胞进行重编程，逆分化培养出的一类具有类似人胚干细胞特征的多能干细胞。iPSC具有多向分化和强大自我复制潜能，在一定条件下可以分化成多种功能细胞，且可以在体外培养获得数百万甚至数十亿的临床相关表型细胞，如心肌细胞、神经元细胞、胰岛细胞等，在临床治疗、药物研发、医疗美容等多个领域具有广阔的应用前景。iPSC与人胚干细胞类似，可以在体外无限复制，并适用于大规模培养；iPSC可根据需求诱导分化成需要的细胞株，批次间特性相对稳定，可避免临床疗效不一致情况的发生；iPSC可以来源于患者身体，故可减小免疫排斥问题；由于iPSC的细胞来源是成体细胞，避免了伦理问题。iPSC作为一种新兴技术，目前产业化应用尚处于早期发展阶段，但iPSC在临床上已有多种应用尝试，涉及的领域主要包括疾病研究、药物筛选、细胞治疗等。资料来源：公开资料，沙利文分析《蓝皮书》详细梳理了iPSC的定义、技术优势、发展历程以及应用领域，更多详细内容可参见完整版报告。02 iPSC制备流程及相关技术iPSC的制备和关键因素制备iPSC主要涉及体细胞分离与培养→介导载体的构建→诱导因子的导入及细胞培养→iPSC的筛选及鉴定四个主要步骤。iPSC的制备受多种因素影响，其中体细胞的选择、介导因子和介导载体的选择及优化、iPSC细胞培养、iPSC筛选鉴定、重编程效率等均为制备成功的关键因素。《蓝皮书》详细梳理了iPSC制备关键因素，更多详细内容可参见完整版报告。iPSC转录因子的筛选及分析1）OSKM转录因子在OSKM中，Oct3/4、Sox2和Klf4是维持干细胞多能性基因的正向调节因子，同时它们还抑制促进分化基因的表达。第四个因子c-Myc已被证明对于重编程是不必要的，但它的加入可显著提高重编程效率。在重编程过程中，c-Myc转录因子会对细胞增殖产生影响，但并不影响多能性。c-Myc转录因子在激活多能调节因子前发挥作用，作用机制为通过下调细胞识别基因并促进细胞代谢转化为一种多能干细胞。2）Oct3/4、Sox2、NANOG和LIN28组合NANOG和LIN28的组合与Oct3/4、Sox2也可共同完成诱导过程。Oct4、Sox2 和 NANOG 位于干细胞自我更新和自身多能性的维持网络调控的中心环节，它们组成一个转录调控复合体，通过前馈系统和自身调节网络来实现对大量靶基因及其自身编码基因的转录调控。3）其他转录因子随着对iPSC重编程的深入研究，更多的转录因子被发现，iPSC的重编程得到不断优化。GLIS1、cyclin D1和TP53可替代c-Myc作用，解决c-Myc存在潜在成瘤性问题；NR5A2可替代Oct3/4的作用, 提高重编程效率；SALL4与Sox2共同作用可调节Oct3/4转录活性，从而显著提重编程高效率。此外，miRNA或控制miRNA合成的基因[miR-302, miR-372和Lin28]和表观基因组修饰因子[Suv39h, Wrd5和Jhdm1a]也能有效地进行重编程。iPSC重编程方法目前，iPSC重编程方法根据是否将转录因子整合到细胞基因中，可分为整合重编程技术（慢病毒、逆转录病毒等）和非整合重编程技术（游离型载体、仙台病毒、mRNA、miRNA、蛋白质、其他小分子等）。不同重编程技术因使用的技术路线不同，在重编程效率、材料制备、递送过程及安全性等方面各具特点。资料来源：公开资料，沙利文分析iPSC重编程方法众多，不同方法在重编程效率、技术难度、基因组整合等方面具有差异。临床应用中应根据iPSC的目的，基于不同技术的效率和安全性选择适宜的重编程方法。资料来源：文献资料，沙利文分析iPSC技术瓶颈分析iPSC在分化效率、成瘤性、免疫原性、异质性等方面仍存在技术瓶颈，亟待突破。新技术在iPSC的应用基因编辑技术、机器学习等新技术被快速应用于iPSC领域。《蓝皮书》详细梳理了iPSC的制备流程及关键因素、转录因子筛选及分析、重编程方法及比较、iPSC技术瓶颈分析、新技术在iPSC的应用，更多详细内容可参见完整版报告。03 iPSC的监管机制美国干细胞监管现状美国FDA下属生物制品评价与研究中心（Center for Biologics Evaluation and Research, CBER）新设治疗产品办公室（office of Therapeutic Products, OTP）优化对干细胞治疗产品审评审批速度，形成法律、法规、管理制度与指南组成的相对完善的监管体系。欧盟干细胞监管现状欧洲药品管理局（EMA）的先进疗法委员会（CAT）负责干细胞产品临床试验审批、上市申请、治疗产品分类和认证等，其主要的法律法规依据为医药产品法（Medicinal products 2001/83/EC)及ATMP医疗产品法规（Regulation(EC) No 1394/2007），按集中审评程序审批。日本干细胞监管现状2013年至2014年，日本先后出台了《再生医学促进法》和《再生医学安全法》，作为干细胞产品发展的法律依据，并且重新修订了《药物、医疗器械与其他产品法》，将干细胞产品相关的新药和医疗技术分类注册，分别由药品监督管理部门（医药医疗器械综合机构）和卫生健康监督管理部门（厚生劳动省）监管，加快了该国再生医学产品的临床研究和上市审批速度。中国干细胞监管现状中国在细胞治疗方面的基础研究和临床试验开展较早，临床研究可追溯到上世纪90年代，但当时细胞治疗相关的监管政策与法规相对滞后，对于研究开发的多个环节设计的具体内容没有详细要求与规定，约束性不强。2015年，国家开始加强对于细胞治疗的安全性研究与临床规范管理，出台了从药物研发到临床应用的系列监管政策，包括《干细胞临床试验研究基地管理办法（试行）》、《干细胞临床研究管理办法（试行）》、《人源性干细胞及其衍生细胞治疗产品临床试验技术指导原则（征求意见稿）》等，反映出国家层面重视干细胞治疗技术发展，通过提升对干细胞产品的监管力度来促进行业良性发展。资料来源：国家卫健委，NMPA，CDE，沙利文分析《蓝皮书》详细梳理了美国、欧盟、日本和中国对于iPSC的监管情况和相关政策，更多详细内容可参见完整版报告。04 iPSC研发现状与市场潜力布局iPSC管线公司概况全球已有多家公司拥有iPSC产品管线，但多数产品均处于临床前研究阶段。其中，Cynata Therapeutics的CYP-004是全球首先进入临床Ⅲ期的iPSC衍生产品，其另有一款CYP-001产品已进入Ⅱ期临床。中国企业艾尔普再生医学有产品进入临床Ⅰ/Ⅱ期，Heartseed产品进入临床Ⅰ/Ⅱ期， Fate Therapeutics和BlueRock Therapeutics均有产品进入临床Ⅰ期。iPSC注册临床试验概况根据Clinical Trials临床试验数据库的检索结果，截至2023年3月底，有关iPSC的临床试验有137项（按注册号）。自2015年开始，iPSC相关临床试验数量有显著提升，于2018年达到峰值并有所回落，到2022年临床试验数量再度增长，为15个。2023年以来，已有6个iPSC相关临床试验注册。资料来源：Clinical Trials，沙利文分析iPSC在研管线概况据不完全统计，截至2023年3月底，全球iPSC在研管线开展临床试验或获得临床试验默示许可的有11项，其中临床Ⅲ期1项，临床Ⅱ期1项，临床Ⅰ/Ⅱ期3项，临床Ⅰ期4项，获临床试验默示许可2项。适应症涉及关节炎、移植物抗宿主病、心力衰竭、多发性骨髓瘤、淋巴瘤、呼吸衰竭、帕金森病等疾病。iPSC在研管线——按适应症拆分根据公开数据，全球及中国在研iPSC治疗产品主要集中在肿瘤、帕金森病、眼科疾病、心力衰竭、Ⅰ型糖尿病、骨/关节病疾病等，其中骨/关节科疾病、心力衰竭、移植物抗宿主病、血液瘤、帕金森病已进入临床试验阶段。未来，随着研究的不断深入，适应症覆盖在持续扩大。iPSC在研管线——按衍生种类拆分根据公开数据，全球及中国在研iPSC治疗产品衍生种类主要包括CAR-iNK、多巴胺能神经前体细胞、CAR-iMac、i-MSC、心肌细胞、其他神经细胞、CAR-iT、胰岛细胞等。其中，CAR-iNK衍生最多的细胞类型，占27%。进入临床阶段的iPSC衍生细胞种类包括i-MSC、心肌细胞、CAR-iNK、CAR-iT、多巴胺能神经前体细胞。《蓝皮书》详细梳理了全球布局iPSC领域公司情况、临床研究进度、在研管线适应症及技术路线情况，更多详细内容可参见完整版报告。iPSC在肿瘤治疗领域——血液瘤血液瘤主要包括非霍奇金淋巴瘤（non-Hodgkin lymphoma, NHL） 和多发性骨髓瘤（multiple myeloma, MM）。IARC数据显示，2021年全球分别新增约 55.6万和18.1万患者，死亡人数分别为26万和12万。非霍奇金淋巴瘤包括多种淋巴瘤，其中最为普遍的是弥漫大B细胞淋巴瘤和滤泡型淋巴瘤。NCCR数据显示，我国非霍奇金氏淋巴癌和多发性骨髓瘤2021年新增患者分别约9.5万和2.2万，且呈快速增长的趋势。通常年龄、免疫缺陷、病毒感染是主要危险因素。资料来源：IARC，NCCR，沙利文分析目前，进入临床研究阶段的iPSC血液瘤治疗产品的主要是Fate Therapeutics的 FT-576和FT-819。《蓝皮书》梳理了血液瘤的诊疗现状及未满足的临床需求、iPSC治疗血液瘤在研产品情况，更多详细内容可参见完整版报告。iPSC在眼科治疗领域——年龄相关性黄斑变性年龄相关性黄斑变性（age-related macular degeneration，AMD）是一种视网膜黄斑区结构衰老性的疾病，负责具体视觉的视网膜中心遭受损害，会导致出现深色斑点、阴影或中心视力扭曲，疾病进展后会导致中央视力逐渐下降，最终致盲。AMD分为湿性和干性两种，其风险因素包含年龄、家族病史、吸烟、心血管疾病、Omega-3脂肪酸缺乏等。据WHO于2019年发布的《World report on vision》数据显示，全球AMD患病人数为1.96亿，其中5.3%的患者是中度或重度远视障碍或失明。据浙江大学学报（医学版）发布的《中国眼病疾病负担现状及三十年变化趋势》中的分析结果显示，2019年中国因患AMD而导致的DALY 大约为10.0万。资料来源：文献检索，沙利文分析2014年，日本RIKEN发育生物学中心Masayo Takahashi教授团队将患者自体来源的iPSC分化的视网膜色素上皮细胞成功植入77岁高龄女性患者右眼中，完成iPSC的首例临床试验。《蓝皮书》梳理了年龄相关性黄斑变性的诊疗现状及未满足的临床需求、iPSC治疗年龄相关性黄斑变性在研产品情况，更多详细内容可参见完整版报告。iPSC在神经系统治疗领域——帕金森病帕金森病（Parkinson’s disease，PD）是一种缓慢进展的以大脑黑质中多巴胺能神经元丧失和突触核蛋白沉积为主要特征的神经系统退行性疾病，多发于老年群体，并会随着年龄增长而逐渐加重，严重影响患者生存质量。GBD数据显示，2019年全球有851万人患有帕金森病，中国有285万患者，新发人数全球为108万，中国为30万。帕金森病起病隐匿，首发症状为静止性震颤，并可出现肌强直、运动徐缓等症状，进展后可出现步态、姿势不稳、睡眠障碍等症状，晚期病人可出现痴呆症状。常染色体突变是帕金森病的一大病因，10%的患者存在帕金森病家族史。资料来源：GBD，沙利文分析BlueRock Therapeutics旗下治疗帕金森病的在研iPSC产品BRT-DA01已进入临床Ⅰ期。《蓝皮书》梳理了帕金森病的诊疗现状及未满足的临床需求、iPSC治疗帕金森病在研产品情况，更多详细内容可参见完整版报告。iPSC在心血管治疗领域——心力衰竭心力衰竭（heart failure, HF）简称心衰，是各种原因导致的心脏结构和（或）功能异常，使心室的收缩和（或）舒张功能发生障碍而导致的一组综合征。心力衰竭分为左室衰竭和右室衰竭，左室衰竭会引起气短和乏力，右室衰竭将导致周围组织和腹部积液，左、右室可单独受累或同时受累，主要表现为呼吸困难、疲乏和液体潴留。心脏和全身的原因均可引起心力衰竭，如冠心病、高血压、心脏结构异常、节律异常、高代谢需求等，原发性心肌损害和异常是心衰的最主要病因。同时，感染、心肌缺血和劳累是心力衰竭发作的三大诱因。《European Journal of Preventive Cardiology》杂志的一项研究显示，全球心力衰竭患者人数从1990年的3,350万快速上升到2017年的6,430万。一项发表在《Eur J Heart Fail》杂志的研究测算指出，我国≥35岁的心力衰竭患者人数已达到1,370万。未来，随着我国人口老龄化程度的加深，心力衰竭患者人数将持续增加。HiCM-188是艾尔普再生医学研发的一种“现货型”细胞治疗产品，适应症为严重慢性缺血性心力衰竭。《蓝皮书》梳理了心力衰竭的诊疗现状及未满足的临床需求、iPSC治疗心力衰竭在研产品情况，更多详细内容可参见完整版报告。iPSC在免疫系统治疗领域——移植物抗宿主病移植物抗宿主病（graft-versus-host disease, GVHD）是异基因造血干细胞移植 (allo-HSCT) 的主要并发症，受者在重建免疫过程中，供者淋巴细胞攻击受者脏器产生的临床病例综合征，是移植后的主要并发症之一，发生率为30%~70%。分为急性GVHD、慢性GVHD、兼具急慢性GVHD特征的重叠综合征。急性GVHD 通常在移植后100天内发病，或者在移植100天之后出现持续性、复发性或者迟发性症状，受累靶器官包括皮肤、肝脏和消化道。慢性GVHD与自身免疫性疾病类似，可能会在急性疾病后（进行性）出现，并在急性疾病（无症状或间断性）消退一段时间后开始出现，或者再次出现，临床表现多变，可累及全身任何一个或多个器官，最长累及器官为皮肤、毛发、指甲、口腔、肝脏、眼睛、胃肠道、生殖器、关节筋膜或骨关节。2016年，Cynata Therapeutics启动了世界上第一个用于治疗移植物抗宿主病（aGVHD）同种异体基因iPSC产品CYP-001的临床试验，并于2018年完成。《蓝皮书》梳理了移植物抗宿主病的诊疗现状及未满足的临床需求、iPSC治疗移植物抗宿主病在研产品情况，更多详细内容可参见完整版报告。iPSC市场驱动力分析iPSC市场驱动力包括未满足的临床需求、新兴技术的发展、政策鼓励与推动、资本市场的青睐等。iPSC未来发展趋势分析iPSC未来发展趋势包括应用领域持续扩展、“通用型”细胞疗法或成可能、iPSC安全性与持久性改善、iPSC工业化加速等。《蓝皮书》总结归纳了iPSC的市场驱动力和未来发展趋势，更多详细内容可参见完整版报告。05 iPSC公司资本市场表现《蓝皮书》详细梳理了全球iPSC相关公司融资事件及全球iPSC行业合作开发与收并购事件，更多详细内容可参考完整版报告。06 iPSC领域公司介绍艾尔普再生医学：艾尔普再生医学创立于2016年，是一家全球领先的老龄化难治疾病再生医学创新疗法开发公司。作为中国难治疾病iPS细胞模型库建设者，公司已打造三大多体系智能化平台Help Cell-foundry。为让人类健康地活到120岁，公司正围绕心血管系统等老龄化难治疾病持续打造安全有效、质量可控、患者可负担的创新治疗产品。艾凯生物：艾凯生物成立于2021年，是一家领先的生物科技公司，以诱导多能干细胞（iPSC）为起点，致力于应用iPSC、基因编辑、干细胞分化等前沿技术赋能细胞治疗。公司秉承“以患者为核心，以临床需求为导向”的发展理念，致力于革新肿瘤免疫治疗与再生医学治疗，为患者提供通用、有效、可负担的细胞治疗药品。士泽生物：士泽生物由李翔博士归国后全职创立，公司致力于为以帕金森病为代表的尚无实质临床解决方案的重大疾病提供规模化、低成本的干细胞治疗方案。“以国士无双的干细胞创新药物，福泽千万受苦难的病患家庭”是李翔博士创立士泽生物的长期愿景。星奕昂生物：星奕昂 (上海) 生物科技有限公司于2021年6月在上海自贸区生命科学产业园成立，由细胞治疗行业丰富产业化经验的管理团队领衔，专注于iPSC-CAR-NK免疫细胞药物的研发和产业化，以自主创新和与全球领先公司机构先进技术和产品合作引进相结合，目标直指通用现货型、可量产、可治疗实体瘤的免疫细胞创新药物的开发和产业化。血霁生物：血霁生物是由海归专家创立的干细胞生物技术公司，致力于通过干细胞定向再生造血世系细胞，以用于各类疾病的细胞治疗以及开展相关药物研发。基于全球领先的干细胞定向诱导分化体系，血霁生物以体外产生的血小板为先导产品，解决癌症、肝病、急危重症、血液疾病等疾病中急缺的血小板需求，以及开发各类血小板异常、癌症等相关疾病的创新药物。泽辉生物：北京泽辉辰星生物科技有限公司（Beijing Zephyrm Biotechnology Co., Ltd）成立于2018年，是国内领先的专注于多能干细胞（ESC和iPSC）药物研发与生产生物制药企业。泽辉生物具备完善的创新药全链条研发经验和技术团队、获批多项适应症临床批件、斩获数项企业荣誉和资质认定，秉承“未来之诺、生命之托、引领产业、贡献社会”的信念，聚焦临床价值，致力于解决传统生物药和化学药无法解决的临床需求。中源协和：中源协和细胞基因工程股份有限公司以 “精准医疗”为核心愿景，围绕“精准预防”、“精准诊断”和“精准治疗”三大细分领域，主营业务覆盖细胞检测制备及存储，体外诊断原料、体外诊断试剂和器械的研产销，生物基因、蛋白、抗体等科研试剂产品，基因检测服务，干细胞、免疫细胞临床应用的研发等“精准医疗”产业链。公司拥有先进的细胞技术和全国性细胞资源存储网络，是国家重要的细胞技术产品研发及转化基地之一。昂朴生物：昂朴生物是一家以基因检测技术与iPSC技术为核心能力的高新技术企业，公司专注于遗传病的基因诊断、临床研究与转化。公司拥有第三方医学实验室（CNAS/CAP质量体系），同时提供iPSC建系与分化服务。基于基因检测平台，可为临床提供包括神经系统遗传病，遗传性眼病，内分泌代谢遗传病，心血管遗传病等在内的超过2,500种细分遗传性疾病诊断服务，在遗传病基因检测与转化研究方面积累了大量经验；同时可为企业提供基因检测与疗效评价服务，包括编辑效率、脱靶效率检测服务，递送载体质量控制检测，基因组稳定性检测，细胞质检等相关服务。iPSC方面，可提供iPS细胞建系服务、不同细胞类型的iPS细胞分化服务、疾病建模、机制研究与药物筛选服务。霍德生物：浙江霍德生物工程有限公司于2017年1月成立，是一家全球创新、专注于开发iPSC衍生通用型细胞治疗产品的生物技术公司。霍德生物在iPSC重编程、多能干细胞神经分化及多种细胞工程方面具有领先的全球专利及创新技术优势，建立了iPSC细胞产品CMC平台，全悬浮自动生产工艺和多种创新分析方法。霍德生物已建立可用于境内外授权及生产的GMP iPSC细胞株，并拥有多款（包括神经细胞、眼科细胞、胰岛细胞等）在研产品，其中首个人前脑神经前体细胞hNPC01是目前国际开发速度最快的同类iPSC细胞产品，可针对脑卒中、颅脑损伤后遗症等未被满足的临床需求。启函生物：启函生物于2017年成立于中国杭州，是一家将高通量基因编辑技术应用于细胞治疗和器官移植领域的生物科技公司。启函生物希望利用其高通量的基因编辑技术和对免疫移植知识的深刻理解开发出免疫兼容的同种异体细胞和异种器官疗法，为世界上千千万万的病人及家属带来希望。睿健医药：睿健医药作为聚焦新一代化学诱导细胞疗法的创新平台型Biotech，将“AI+化学诱导”应用于细胞功能的精细改造，少数种类的化学小分子组合就能完成工业量级细胞的高效转化。通过多平台模块化灵活融合的方式，睿健医药打造出以核心数据平台为中心的多药物形式、多管线、多驱动的创新研发模式，其中最为核心的是“化合物-蛋白靶点-组织发育-疾病治疗”的多维度整合数据库，对于揭示人类发育图谱的关键分子与靶点，明确疾病治疗机理具有重要意义。瑞臻再生医学：广州瑞臻再生医学科技有限公司致力于开发治疗肿瘤和神经系统疾病的诱导多潜能干细胞iPSC衍生的通用现货细胞疗法产品。公司已建立包括iPSC重编程及建库，免疫细胞和神经细胞分化制备，以及基因修饰构建工程化iPS细胞株的技术，覆盖iPSC细胞疗法的全流程。赛元生物：赛元生物科技（杭州）有限公司成立于2018年，致力于将iPSC进行CAR工程化改造，并分化为CAR-iMac等天然免疫细胞的研发及临床转化。公司结合单细胞测序、基因调控网络等工具，从发育生物学角度改变iPSC分化过程，提高分化效率，并采用CRISPR基因编辑及合成生物学等技术获得iPSC来源的工程化改造免疫细胞，多项核心专利已获得国际国内授权。中盛溯源：中盛溯源生物科技有限公司于2016年成立，专注hiPSC技术研发与临床转化，致力成为干细胞药物的领导品牌。中盛溯源建立了临床级多能干细胞库、中国超级供体多能干细胞库，掌握了干细胞药物的核心上游资源。目前，公司已成功搭建hiPSC来源的多个功能细胞药物研发平台，按照国家药品监管要求，通过GMP级生产，扎实、稳步推进细胞药物的申报工作，为肿瘤治疗、自身免疫性疾病、神经退行性病变等疾病提供创新的、更有效的治疗方案。更多详细内容请扫描以下二维码获取完整报告关于沙利文医疗事业部沙利文医疗事业部在生命科学领域拥有专业的分析能力和丰富的项目经验。依托沙利文全球智库资源和大中华区跨行业业务发展平台，沙利文医疗在医疗产业投融资服务有着独特核心优势。沙利文医疗在中国拥有广泛的企业客户，并在过去20年里建立了庞大的客户网络，积累大量医疗各细分领域的项目经验。项目类型包括知识中心项目（深度内容、宣传活动），Pre-IPO项目（DCF估值、商业计划书服务），IPO上市项目（行业顾问、临床稽查、募投撰写），市场调研，市值管理及战略咨询等，并与国内外知名的资讯平台及投融资机构合作，为企业提供医药及医疗器械等专业细分领域行业一站式解决方案，受到投资者的广泛关注。点击获取报告！