在细胞治疗与再生医学领域,诱导多能干细胞(iPSCs)一直被视为“圣杯”。然而,自Yamanaka(山中伸弥)因子诞生以来,整个行业一直笼罩在一个巨大的阴影下:为了提高重编程效率,往往需要抑制“肿瘤抑制基因”p53;但失去p53的监视,细胞极易积累基因突变,导致极高的致癌风险。这一安全隐患,直接锁死了许多iPSC疗法的临床转化之路。
然而,2026年4月17日,北京大学邓宏魁教授团队在顶级期刊《Cell》上发表了题为“p53 safeguards chemical reprogramming of human somatic cells toward pluripotency”的重磅研究。该研究向传统认知发起了挑战:在小分子驱动的“化学重编程(CiPSC)”中,p53不仅不是阻碍,反而是不可或缺的“保镖”!
作为一名科研工作者,本文将从底层数据出发,精读这项颠覆性研究,并汇总iPSC技术的发展进程时间轴和探讨中国本土的iPSC企业的布局领域。一、 文献深度解析:p53——从iPSCs细胞的“重编程路障”到“基因组保镖”
细胞重编程是再生医学的核心技术,可将普通成体细胞"返老还童"为多能干细胞,为器官修复、疾病治疗提供理想种子细胞。2006年,日本科学家山中伸弥凭借OSKM转录因子(山中因子)诱导出iPS细胞,斩获诺贝尔奖。2008年,邓宏魁团队率先发现p53是细胞重编程的关键障碍:抑制p53可以显著提高山中因子介导的重编程效率。但p53是能抑制细胞异常增殖和肿瘤发生的,抑制p53就等于是增加了iPSCs成癌的风险,这是一个二者不可兼得的"悖论"。然而,自然界中部分低等动物的组织再生过程却表明,p53的抑癌功能与细胞去分化、增殖并非水火不容。受此启发,北京大学邓宏魁团队继开创性地利用化学小分子实现体细胞重编程(CiPS细胞)后,在最新研究中颠覆了传统认知,发现p53不仅不是化学重编程的障碍,反而是不可或缺的“守护者”;与OSKM体系极易富集p53缺陷细胞截然相反,化学重编程高度依赖完整的p53活性,能够自然淘汰并清除存在p53缺陷的异常细胞,从而在不牺牲重编程效率的前提下,从根本上保障了iPSCs的基因组稳定性,为iPSCs的临床安全转化开辟了破局之路。
Figure S1:抑制p53 会严重抑制 CiPSC 的化学重编程
图 S1A-B.首先确定了化学重编程过程中p53的表达情况,测序数据显示,在化学重编程早期,TP53及其下游靶基因会出现一个短暂的激活高峰。这暗示p53可能在重编程早期发挥作用。
图 S1C-D.敲低p53后,细胞形态在重编程后期无法形成典型的干细胞克隆。
图 S1E-H.测试了多种体细胞来源:脂肪干细胞(hADSCs)、皮肤成纤维细胞(hASFs)、外周血单核细胞(PBMCs)和尿液上皮细胞(UECs)。结果一致:p53敲低都会导致化学重编程失败。
图 S1I-M.换用CRISPR-Cas9敲除(DNA层面敲除)、过表达显性负突变体p53DD(蛋白质瘫痪)或siRNA瞬时敲低(RNA干扰),结果显示,在传统的 OSKM 重编程体系中,抑制p53都会促进重编程效率,导致 iPSC 克隆数激增。即在 OSKM 体系中,p53 是重编程的障碍。
Figure 1:核心发现——p53是化学重编程的“必需品”
图 1A-C.荧光染色和克隆计数显示,敲低TP53会导致CiPSC(化学诱导多能干细胞)的产生效率断崖式下降。
图 1D.直接对比OSKM,同样的细胞用传统OSKM(转录因子)重编程时,敲低p53会使效率暴增;但在化学重编程中却导致失败。这证明两者重编程逻辑不同。
图 1E-F.多重验证。首先通过CRISPR-Cas9敲除TP53(DNA层面敲除)和过表达p53DD(蛋白质瘫痪)两种独立技术对p53进行交叉阻断,排除单一干预手段的脱靶效应。然后通过分阶段敲低和使用特异性P53小分子抑制剂(Pifithrin-α),将p53发挥作用的时间窗口精准锁定在重编程的早期阶段(Stage 1和2),即早期p53的存在决定了能否成功重编程。
Figure S2:p53缺失导致细胞命运偏离
为了搞清楚p53敲低后细胞到底怎么了,作者引入了单细胞测序。
图 S2A-F 展示了scRNA-seq的采样策略,并确认了p53敲低组中TP53及其下游基因确实被有效抑制。(p53KD cells:p53 knockdown cells)
图 S2G-I.轨迹分析表明,尽管p53敲低细胞初步激活了LIN28A和SALL4等早期可塑性基因,但并未形成真正的“中间可塑态”。由于缺乏p53对上皮-间质转化(EMT)的限制,这些细胞在重编程轨迹上发生严重偏移,锁定在过度间质化状态,丧失向多能性转变的能力
图 S2J-N.敲除EMT核心因子(TWIST1/ZEB1)会阻碍化学重编程(S2J-K)。对比公共数据发现,OSKM重编程不经历EMT阶段(S2L-N)。
图 S2O-T. p53缺失导致细胞陷入间质化的状态,表达间质细胞的基因(S2O-Q)。如果在p53缺失细胞中敲低间质基因,能部分拯救重编程(S2R-T)。
Figure 2:p53防止细胞陷入“过度EMT”
图 2A-B.在重编程终点,对照组成功出现了多能性细胞群,而p53敲低组全部在表达间质基因的错误状态。
图 2C-E.对照组沿着正确的轨迹生成CiPSCs,而p53敲低组的轨迹完全偏离。
图 2F-I.火山图显示在 Stage 3(P7 vs P7'),对照组上调的是多能性基因,而 p53KD 组大量上调的则是间质相关基因。EMT score 轨迹显示对照组的细胞随着重编程的推进,EMT得分逐渐下降,成功向“上皮(Epithelial)”状态转变;而p53敲低组的EMT得分在短暂下降后迅速反弹,并在后期(P7')持续保持在极高的“间质(Mesenchymal)”状态。GO分析显示p53KD 细胞中上调的基因高度富集在“间质发育(Mesenchyme development)”、“上皮-间质转化(Epithelial to mesenchymal transition)”等通路上。因此p53 的缺失导致细胞陷入了过度的上皮-间质转化(EMT)状态,从而阻断了重编程进程。
Figure S3:p53的上游小分子与下游靶点筛选
作者开始寻找调控p53的上游小分子和执行任务的下游靶基因。
图 S3A-F.锁定上游小分子TTNPB。逐一撤除小分子的实验显示,撤除视黄酸受体激动剂TTNPB会导致重编程失败(S3A-B),且p53表达下降(S3C-D),细胞发生类似p53缺失的过度EMT(S3E-F)。
图 S3G-J.BTG2的表达动态分析证实,候选靶基因BTG2在化学重编程早期呈现出显著且瞬时的上调趋势,并且这种早期激活严格依赖于p53的转录调控,因为p53的缺失会阻断BTG2的表达响应。
图 S3K-M.排除凋亡通路。敲低p53经典的凋亡下游基因(BAX、RPS27L)对重编程影响不大,排除了凋亡机制。
图 S3N-R.验证BTG2功能。敲低BTG2的单细胞测序结果显示,细胞同样陷入了高间质状态(过度EMT),与p53缺失表型一致。S3图通过排除法,排除了p53最著名的凋亡功能,将机制锁定在抗EMT的BTG2通路上。
Figure 3:利用p53-BTG2轴阻断过度EMT
图 3A-G.转录组分析与富集结果显示,TTNPB 激活了以TP53和BTG2为核心的下游靶基因网络,抑制了EMT;撤除 TTNPB,EMT评分上升,不能形成克隆。TTNPB是激活p53并抑制过度EMT的核心小分子。
图 3H-J.设计针对p53下游靶基因的体外CRISPR-Cas9高通量筛选,通过对比成功与失败细胞群(OCT4⁺ vs OCT4⁻)鉴定出重编程所必需的候选基因BTG2;随后将该筛选结果与“p53敲低下调基因”及“撤除上游小分子TTNPB下调基因”的双重转录组数据进行Venn交集分析,最终在p53的下游网络中锁定BTG2。
图 3K-O.敲低BTG2阻碍重编程;而在p53缺失的细胞中过表达BTG2,能显著降低间质基因表达,并部分拯救重编程效率(克隆数量增多)。得出机制轴:上游小分子(TTNPB)👉核心枢纽(p53)👉下游执行者(BTG2)👉抑制过度EMT👉保障重编程。
Figure S4:增殖与安全性的平衡
解释p53保留为何没有抑制细胞增殖,并展示化学重编程的安全性。
图 S4A-H.EdU实验显示,敲除p53并不影响增殖(S4A-C);但人为大量过表达p53会严重抑制增殖并导致重编程失败(S4D-H)。这说明必须维持生理水平的p53动态平衡。
图 S4I-P.通过I,J图确定靶点:p21(CDKN1A)。人为强制过表达CDKN1A(pLV-CDKN1A),细胞数量暴跌,重编程克隆数几乎归零。EMT过程通常由TGF-β信号通路驱动,因此作者推测抑制TGF-β可能有助于缓解p53缺失导致的EMT过度激活问题。火山图显示,加入TGF-β抑制剂后CDKN1A(p21)的表达量被显著压制,大量驱动细胞增殖和分裂的基因(如MKI67, CDK1, CCNB1, TOP2A等)呈现上调。而撤除 616452后,CDKN1A表达反弹。富集分析证实616452 组与细胞高速增殖密切相关的通路呈现极显著的富集。因此TGF-β抑制剂(616452)抑制p53下游的p21/CDKN1A。
图 S4Q-T.展示了CiPSCs和OSKM-iPSCs的荧光图(NANOG (Nanog Homeobox),是维持胚胎干细胞(ESCs)多能性和自我更新能力的关键转录因子),非同义突变显示CiPSCs 的突变数量极低且分布集中;而 OSKM-iPSCs 的突变负荷更高(S4R),全基因组层面的变异总数显示CiPSCs 的平均变异数远低于 OSKM-iPSCs 的平均变异数(S4S),癌症相关突变显示CiPSCs突变率为0%(S4T)。
Figure 4:鱼与熊掌兼得——既要细胞增殖,又要基因组安全
图 4A-G.化学重编程过程p21被巧妙绕过。在重编程中,p53高表达,但其抑制增殖的下游p21处于低水平(4A-C)。人为过表达p21会摧毁重编程,使得细胞数量和克隆数下降(4D-G)。所以说尽管p53在早期高度激活以行使命运调控功能,但由其诱导的下游基因p21(负责阻断细胞增殖)却被特异性地压制在极低水平,这表明在维持p53活性的同时精准绕过p21的增殖抑制效应,是化学重编程得以成功的关键前提。
图 4H-M.热图和散点图显示加入TTNPB能够稳定激活TP53及其核心靶点BTG2,加入616452则降低CDKN1A(p21)的表达量,且并不影响 p53 和 BTG2 的表达。含有 616452 的组别中,CDKN1A表达量极低,与细胞增殖、分裂相关的基因(Proliferation genes)呈现高表达,一旦撤除 616452(-616452),CDKN1A立刻大幅反弹,增殖基因降低表达,克隆数为0。总结机制:上游小分子 TTNPB 负责激活p53,并精准传导给下游靶点BTG2;而体系中的616452强行切断了 p53 到p21的传导,解除增殖障碍。
图 4N-O.混合重编程的竞争性实验表明,化学重编程体系能够主动淘汰因p53缺失而具有潜在致瘤风险的细胞;相反,传统的OSKM重编程体系不仅缺乏这种筛选机制,反而会赋予这些高风险细胞增殖优势,使其最终在细胞群体中占据主导地位。
图 4P-S.全基因组测序(WGS)结果提供了决定性的证据。在与传统OSKM方法的直接对比中,化学重编程产生的CiPSCs展现出极高的基因组稳定性,其携带的整体基因组突变及癌症驱动突变数量均显著低于OSKM衍生的iPSCs,从而在安全性评估上取得优势。二、 产业观察:iPSC技术的发展时间轴与本土企业的破局之路
基础科研的重大突破,往往是产业格局重塑的前奏。这篇《Cell》不仅在底层机制上颠覆了传统的再生医学认知,更为下一代细胞疗法的设计提供了极其明确的转化方向。当我们把目光从实验室转向真实的生物医药市场时,iPSC技术正经历着一场从“实验室奇迹”到“工业化量产”的深刻变革。1. 完整 iPSC 发展进程时间轴:从“造物”奇迹到“现货”时代
第一阶段:基础突破与“造物”奇迹(2006 - 2012)
这一阶段的核心是从无到有,证明了成熟的体细胞可以被“时光倒流”,重编程为具有胚胎干细胞特性的多能干细胞。2006年:开天辟地
日本科学家山中伸弥(Shinya Yamanaka)团队在《Cell》上发表里程碑式论文,首次通过导入四个转录因子(Oct4, Sox2, Klf4, c-Myc,即OSKM因子),成功将小鼠成纤维细胞重编程为iPSC。2007年:跨越人类物种
山中伸弥团队与美国James Thomson团队几乎同时宣布,成功利用人类体细胞培育出人类iPSC(hiPSC)。这彻底避开了胚胎干细胞(ESC)的伦理争议。2012年:诺贝尔奖的加冕
山中伸弥因iPSC技术的发明,与约翰·格登(John Gurdon)共同获得诺贝尔生理学或医学奖。这是诺奖历史上从发现到获奖速度最快的成果之一。
第二阶段:技术迭代与临床探索期(2013 - 2019)
这一阶段的核心是降风险、探临床。早期的病毒载体和c-Myc致癌基因带来了极高的安全性隐患,学界开始疯狂寻找更安全的重编程方法,并开启了零星的同种异体(自体)临床试验。2013年:化学重编程的曙光
北京大学邓宏魁团队在《Science》发表论文,首次证明仅使用小分子化合物(CiPSC)即可将小鼠体细胞重编程为多能干细胞,为摆脱转录因子和病毒载体提供了全新路径。2014年:全球首例iPSC临床试验
日本理化学研究所(RIKEN)的高桥政代(Masayo Takahashi)主导了全球首例iPSC临床试验,将患者自体的iPSC分化为视网膜色素上皮(RPE)细胞,移植治疗老年性黄斑变性(AMD)。2017年:自体走向异体(Allogeneic)
由于自体iPSC制备成本极高且耗时,日本开始建立iPSC细胞库(iPSC Bank),筛选具有特定HLA(人类白细胞抗原)纯合子的供体,旨在实现“异体通用型”移植,大幅降低成本。2018-2019年:适应症多点开花
日本批准了多项基于异体iPSC的临床试验,包括帕金森病(多巴胺神经元前体细胞移植)、角膜疾病以及重症心力衰竭(iPSC衍生心肌细胞片)。
第三阶段:商业化爆发与通用型(Off-the-shelf)疗法时代(2020 - 至今)
这一阶段的核心是产业化、通用化、底层技术颠覆。资本大量涌入,iPSC成为开发“现货型(Off-the-shelf)”细胞药物的终极底盘。2020年:iPSC-CAR-T/NK的崛起
以Fate Therapeutics为代表的Biotech公司,开始将iPSC与基因编辑(如CAR-T、CAR-NK)结合。利用iPSC无限扩增的特性,制造标准化的、无需配型的“现货型”免疫细胞疗法,试图颠覆传统自体CAR-T极其昂贵的痛点。(但2022年fate多个CAR-NK管线被砍)2021-2022年:大厂入局与百亿级交易
跨国药企(MNC)重金押注。例如,拜耳(Bayer)收购BlueRock Therapeutics,推进iPSC治疗帕金森病的临床III期研究(如图);诺和诺德(BeiGene)等也纷纷布局iPSC管线。同时,专注抗衰老与部分重编程(Partial Reprogramming)的Altos Labs携数十亿美金成立,引发轰动。
2023年:人类化学重编程的终极突破
邓宏魁团队在《Cell Stem Cell》等顶刊连续发文,成功实现了人类体细胞的完全化学重编程(hCiPSC)。这意味着人类iPSC的制备彻底摆脱了外源基因的束缚,安全性迈上新台阶。2026年:全球首批异体通用型iPSC疗法获批,开启“现货时代”
日本厚生劳动省专家委员会正式建议附条件批准两款基于iPSC的再生医疗产品(治疗重度心力衰竭的ReHeart和治疗帕金森病的Amchepry)上市。这标志着iPSC技术在发现20年后,正式跨越商业化“死亡之谷”,全球细胞治疗正式迈入标准化、可量产的“现货型(Off-the-shelf)”工业时代。
2. 中国本土iPSC企业的布局领域
在细胞治疗的产业进化史中,全球正经历从“私人定制”的自体疗法向“现货通用(Off-the-shelf)”的异体疗法跨越的历史性拐点。在这个千亿级赛道中,中国本土iPSC企业正在神经、心血管、代谢及肿瘤等多个“硬骨头”领域,构筑起全球领跑的竞争壁垒。
(1)神经系统疾病:攻克帕金森、脑卒中与脊髓损伤的“无人区”
中枢神经系统疾病由于神经元不可再生,一直是传统小分子和抗体药物的“研发黑洞”,而这正是iPSC大展拳脚的绝佳舞台。
士泽生物(Nuwacell)
在帕金森病(PD)和重度脊髓损伤领域构筑了极强的壁垒。2025年其开发的通用“现货型”iPSC衍生多巴胺神经前体细胞新药(XS411)在临床试验中,使多位中重度帕金森患者运动功能显著改善。更具突破性的是,其异体通用型iPSC衍生疗法在严重脊髓损伤治疗中,让近乎完全瘫痪的患者实现了独立站立,这在全球尚属首例,并已斩获美国FDA的孤儿药资格(ODD)。本项目所使用的细胞药物——XS411注射液,为士泽生物医药(苏州/上海)有限公司自主研发的异体通用型“现货型”iPSC衍生多巴胺能神经前体细胞治疗(临床GMP级;国家I类新药)。
霍德生物(Hedgehog Bio)
聚焦脑卒中(中风)和颅脑损伤。其自主研发的iPSC衍生神经干细胞产品(hNSC01)是全球首个在中美两地同时获批IND的同类产品。通过补充受损神经元并分泌神经营养因子,为缺血性脑卒中后遗症患者带来了逆转神经功能缺损的希望。
睿健医药(iRegene)
凭借AI驱动的化学小分子调控技术,其帕金森病管线(NouvNeu001/003)不仅能替代受损神经元,还能改善脑内微环境。NouvNeu001在2025年8月被FDA授予FTD之后,迅速获得RMAT认定,成为迄今为止全球首个获得FDA FTD和RMAT双资格认定的iPSC产品。(2)心血管与代谢领域:打破器官衰竭的终极瓶颈
艾尔普再生医学(Help Therapeutics)
:心力衰竭是心血管疾病的“最后战场”。艾尔普开发的HiCM-188是全球首个在中、美两国同时获批临床默示许可的iPSC衍生心肌细胞疗法。其心肌细胞纯度与电生理整合能力达到国际顶尖水平。2025年,艾尔普与华润三九达成联合开发协议,打通了央企主导的首个iPSC衍生细胞药物全链条商业化路径。
智新浩正
:在代谢疾病领域,其自主研发的“异体人再生胰岛注射液(E-islet 01)”成为全球首个在中、美两国均斩获IND批件的再生胰岛产品,为1型糖尿病患者彻底摆脱外源性胰岛素依赖、实现“功能性治愈”带来了实质性曙光。
(3)肿瘤免疫治疗:iPSC-CAR-NK/M 开启“现货型”抗癌新纪元
传统自体CAR-T疗法高达百万元的定价和漫长的制备周期,极大地限制了其可及性。中国企业正在利用iPSC无限扩增的特性,打造“人人用得起”的现货型免疫细胞药。
星奕昂(Neukio)与呈诺医学(Cennova)等企业正加速布局iPSC衍生的CAR-NK和CAR-M(巨噬细胞)管线。特别是针对实体瘤微环境的免疫抑制难题,iPSC-CAR-NK不仅无需进行复杂的HLA配型(天然低排异),还能通过基因编辑敲除抑制性受体,实现对实体瘤的深度杀伤,成为下一代肿瘤细胞治疗的破局利器。
结语
结合底层科研的突破(如化学重编程对基因组稳定性的保障)以及上述企业在临床端的凶猛推进,一条清晰的产业脉络已经显现:底层安全机制的破解与工业级量产能力的成熟,正在重塑全球细胞治疗的权力格局。未来,中国必将在“现货型”细胞治疗的革命中,为全人类的健康福祉提供不可替代的“中国方案”。