人胚胎來源細胞在生物醫藥領域的應用歷史及研究和監管進展

高建超 彭耀進 韋薇 魯爽 高晨燕*

1 國家藥品監督管理局藥品審評中心 北京 100022

2 中國科學院動物研究所 北京 100101

3 中國科學院大學 北京 100049

4 北京干細胞與再生醫學研究院 北京 100101

生物醫藥產品在預防和治療疾病中扮演著重要角色，在醫藥工業中的占比日漸提升。這些產品的研發和生產需要使用各種類型的工程化細胞，包括人體組織來源細胞。這些細胞具有安全無致癌性、無外源因子、核型穩定[1]和與人體細胞一致的蛋白質翻譯后修飾[2]等特點，在多種疫苗和重組蛋白的生產中起著至關重要的作用。盡管近年來生產需求持續增加，但國際常用人體來源細胞系資源面臨逐漸老化或耗竭，限制了其在生物醫藥領域的應用，改進或建立新的細胞系愈發緊迫①WHO/BS/2018.2347 Proposal for WHO Reference Cell Bank status: Second Replacement Seed stock for MRC-5 cells. (2018-11-15)[2022-12-30]. https://www.who.int/publications/m/item/WHO-BS-2018.2347.。與早期的人二倍體細胞系（HDCs）（如WI-38和MRC-5等）相比，各國立法政策對新的人體來源細胞系的倫理審查和鑒定標準要求更為嚴格[3,4]。

隨著生命科學研究的進步，除了作為生產用細胞基質，人體來源細胞在再生醫學等領域的應用潛力也逐漸受到國內外高度關注。根據胚胎發育的不同階段，人體胚胎來源細胞包括人胚干細胞（ESCs）和胎兒前體細胞（FPCs）等。本文探究人體胚胎來源細胞在醫藥領域的應用歷史和在再生醫學領域的研究進展，并剖析國內外在該領域的倫理態度和監管政策演進，以期為完善我國對該領域的監管框架和技術要求提供有益參考。

1 人體胚胎來源細胞在生物醫藥領域的研究及應用歷史

1.1 HDCs在疫苗領域的研究和應用

HDCs 來源于人體流產胎兒組織，具有正常人體核型、安全無致癌性、無潛伏外源病毒、對很多人類病毒易感等特性，是良好的疫苗生產用細胞基質[5,6]。自20世紀60年代人類首次在疫苗生產中使用HDCs以來[7]，HDCs已經在全球范圍內用于多種病毒性疫苗的生產，疫苗生產中常用的HDCs 包括WI-38、MRC-5、KMB17、2BS、Walvax-2細胞系等。

20 世紀50—60 年代，美國威斯塔研究所（Wistar Institute） 與瑞典卡羅林斯卡醫學院（Karolinska Institute）研究人員從流產胎兒組織中分離并建立了人體細胞系，并用于發育生物學研究。威斯塔研究所的海弗里克（Hayflick）培養建立了多個HDCs，并證明其具有高度的穩定性、良好的擴增能力及安全性[8]。其中，WI-38 是海弗里克在1962 年從3 月齡的女性流產胎兒肺組織中分離構建的HDCs。由于WI-38 來源于單一供者，無外源病毒污染，可長時間凍存并經過充分的安全性和有效性鑒定[9]，因此成為病毒疫苗生產的理想細胞基質，很快取代原代猴腎細胞，成為世界上第一支用于人類病毒疫苗生產的人體細胞系。此后WI-38廣泛用于脊髓灰質炎、麻疹、腮腺炎、風疹、水痘和帶狀皰疹、狂犬病和甲肝疫苗生產，預計所產疫苗全球使用超過45 億人次，挽救了超過1 000 萬人的生命[9]。

1966 年，英國國家醫學研究所（NIMR）的雅各布斯仿照海弗里克的方法，從1例14周齡的正常男性流產胎兒肺組織中分離建立了MRC-5 細胞系[10]。MRC-5與WI-38的病毒易感性、生長特性和增殖周期等比較接近[11]，廣泛用于水痘、甲肝、脊髓灰質炎、天花和狂犬病等疫苗的生產[4]。此后，雅各布斯還采用同樣的方法從1例15周齡的女性流產胎兒肺組織分離建立了MRC-9細胞系，為細胞基質開發、生物制品生產、科學研究等提供長期可持續的替代細胞系[12]。

1971 年，我國開始提出使用HDCs 替代猴腎細胞生產脊髓灰質炎疫苗，并于1973 年建立了KMB17 和2BS 兩株HDCs[13]。KMB17 細胞系是由中國醫學科學院生物學研究所從1例4個月大女性流產胎兒的肺部組織中分離獲得的，其染色體穩定，各項指標與WI-38和MRC-5 相近[14]。KMB17 細胞已成功應用于脊髓灰質炎、甲型肝炎、腸道病毒等疫苗的制備和研究[15]。2BS細胞系是由北京生物制品研究所從1例3月齡女性流產胎兒的肺部組織中分離獲得的，目前主要應用于脊髓灰質炎、水痘、甲型肝炎、風疹等疫苗的生產[16]。2015年，武漢大學和云南沃森生物技術股份有限公司的馬波等[17]根據《中華人民共和國藥典 2010 年版三部》和世界衛生組織（WHO）的要求，從1 例3 月齡女性流產胎兒的肺部組織中分離建立了人胚肺二倍體細胞系Walvax-2。Walvax-2 細胞系對狂犬病病毒、水痘病毒、甲型肝炎病毒等表現出良好的易感性和適應性，適應傳代后病毒滴度均高于各自在MRC-5細胞上的病毒滴度，有望成為新的病毒性疫苗生產用HDCs。

1.2 人流產胎兒來源細胞在重組蛋白和基因治療領域的研究和應用

在抗體或其他重組蛋白藥物的制備中，翻譯后修飾如N-聚糖的結構、數量及位點會影響最終產物的生物活性、體內穩定性、清除率及免疫原性等，人體細胞系與非人類細胞系相比，表達產物的翻譯后修飾特征更加接近正常人體特性[2]，因此很多治療用重組蛋白使用人體細胞系作為生產用細胞基質。除了重組蛋白藥物，很多基因治療產品或基因治療用病毒載體的研發制備也常常使用人體細胞系作為細胞基質。在這些細胞基質中，較為常見的細胞系包括流產胎兒組織來源的HEK293和PER.C6等。

HEK293 細胞系是1972 年荷蘭生物學家亞歷克斯·范德貝（Alex van der Eb）和弗朗克·格雷厄姆（Frank Graham）利用經過剪切的腺病毒5基因轉染人流產胎兒腎細胞，使其永生化后培養建立的[18]。該細胞有64條染色體，核型比較復雜，因此生物學特性與原代細胞有一定差異[19]，研究人員后續在HEK293 細胞系的基礎上建立了293T、293F、293S 等一系列衍生株。由于HEK293可以在無血清培養基中懸浮培養，擴增較快而且很容易轉染，是一種理想的蛋白或病毒表達載體，廣泛應用于生物醫學研究和生產。利用HEK293 細胞系生產的重組蛋白藥物有重組人凝血因子Ⅷ-Fc 融合蛋白（rFⅧFc）、重組人凝血因子Ⅸ-Fc融合蛋白（rFⅨFc）、度拉糖肽等[20]。

除了用于重組蛋白藥物生產，由于HEK293 細胞基因組中整合了腺病毒E1 A/B基因，還經常用于復制缺陷型腺病毒（AdV）或腺相關病毒（AAV）載體疫苗[21]和基因治療藥物（如基于AAV 載體的Luxturna?和Zolgensma?），以及嵌合抗原受體T細胞（CAR-T）所需病毒載體的生產[22]。除了用作病毒載體疫苗和基因治療藥物的生產用細胞基質，HEK293 細胞還用于mRNA等新技術疫苗的研發和測試[23]。

建立HEK293 細胞系之后，1985 年亞歷克斯·范德貝利用同樣的方法轉染從1例18周齡的流產胎兒中分離的視網膜細胞，建立了PER.C6 細胞系。該細胞系的遺傳背景更清晰，在培養要求、表達水平和安全性（如不產生具有復制能力的腺病毒）等方面具有優勢[24,25]，后續用于基于腺病毒載體的基因治療產品，以及埃博拉病毒、流感病毒、流行性乙型腦炎病毒和HIV等病毒載體疫苗的研發[4]。在重組蛋白藥物方面，利用PER.C6 細胞系生產的狂犬病毒中和抗體CL184、針對粒細胞-巨噬細胞集落刺激因子（GM-CSF）的全人源單克隆抗體MOR103正在研發過程中[20]。

1.3 人胚胎或流產胎兒來源細胞在再生醫學領域的研究及應用

隨著生命科學研究的發展，人多能干細胞具有近乎無限的自我復制能力和向3個胚層的多向分化能力，可能有助于恢復人體受損組織器官功能，因此在再生醫學領域展現出廣闊的應用前景。根據來源的不同，人多能干細胞主要分為2 類：人胚干細胞（ESCs）和誘導多能干細胞（iPSCs）。1998年，美國威斯康星大學詹姆斯·湯姆遜（James Thomson）在世界上首次利用體外受精的囊胚建立了ES 細胞系H9。該細胞系具有正常核型，具有向3個胚層分化的全能性[26]。此后，世界各地的科學家利用該細胞系培養建立了數十種前體或成熟細胞系，使其成為世界上研究最廣泛的ES細胞系之一。2000年，以色列科學家約瑟夫·伊茨科維茨-艾爾多（Joseph Itskovitz-Eldor）在湯姆遜工作的基礎上，利用供者捐獻的囊胚建立了ES細胞系I6[27]。日本京都大學利用供者捐獻的囊胚建立了12株人胚干細胞系（KhES 1-5，SEES 1-7），并在無飼養細胞及動物源成分的優化培養條件下，于2018 年建立了日本第1株臨床級ES 細胞系KthES11 用于再生醫學產品的開發[28]。為滿足生命科學和再生醫學研究的需要，目前全世界已建立數百株ES細胞系，美國國家衛生研究院（NIH）中登記的人胚干細胞系已近500 株②NIH Human Embryonic Stem Cell Registry. (2022-11-27)[2022-12-30]. https://grants.nih.gov/stem_cells/registry/current.htm#hold.，我國國家干細胞資源庫（NSCRC，原“北京干細胞庫”）中也保存了超過350 株人胚干細胞系[29]，并建立了我國首個臨床級人胚干細胞系[30]。

2009年，美國食品藥品管理局（FDA）在世界上首次批準利用ES細胞培養制備的細胞產品開展臨床試驗。該試驗利用ES細胞分化成的少突膠質前體細胞治療脊髓損傷（NCT01217008），后續陸續批準ES 細胞分化的視網膜色素上皮細胞治療黃斑變性、胰腺β 細胞治療糖尿病等臨床試驗，并顯示出初步的治療潛力[31,32]。我國藥品監督管理部門也批準了利用ES細胞分化的間充質樣細胞治療半月板損傷、急性呼吸窘迫綜合征等臨床試驗。同時，利用ES細胞培養制備的前體或成熟細胞在世界各國也陸續開展臨床試驗。例如，法國國家健康與醫學研究院（INSERM）的研究人員利用I6細胞系培養出表達心臟轉錄因子Isl-1和特定階段胚胎抗原SSEA-1的心肌前體細胞，并在1例嚴重心衰患者中展現出初步療效[33]。

截至2019 年，在美國臨床試驗登記平臺③National Library of Medicine. [2023-12-09]. https://clinicaltrials.gov/.和世界衛生組織國際臨床試驗登記平臺（ICTRP）上，有30多項利用人多能干細胞來源的細胞治療各類疾病的臨床試驗，其中約73%的治療用細胞源自人胚干細胞（ESCs），主要分布在中國、美國、以色列、英國和韓國等；27% 的細胞源自誘導分化的多能干細胞（iPSCs）。利用ESCs 誘導分化產生的細胞包括視網膜色素上皮細胞（RPE）、心肌細胞（CM）、星形膠質細胞、神經前體細胞、間充質樣細胞、角膜上皮樣細胞等，探索治療的疾病包括老年性黃斑變性、心力衰竭、肌萎縮性脊髓側索硬化癥、帕金森病、半月板損傷和嚴重角膜上皮損傷等[34]。

此外，利用流產胎兒組織制備的特定類型胎兒前體細胞系（FPCs）具有與來源組織相近的生物學活性，在再生醫學領域也展現出應用潛力。瑞士洛桑大學醫院自20 世紀90 年代開始，利用捐獻的流產胎兒供體建立了一系列FPCs，包括皮膚細胞系（FE002-SK2）、軟骨和肌腱細胞系（FE002-Cart、FE002-Ten）、骨細胞系（FE002-Bone） 和肌肉細胞系（FE002-Mu）等[35]，并嘗試開展了臨床應用相關的質量檢定、非臨床和臨床研究工作，其中利用皮膚細胞系制備的組織工程皮膚在燒傷患者中展現出良好的療效潛力[36]。

1.4 人胚胎來源細胞在生物醫藥領域研究應用的爭議

盡管人胚胎來源細胞在生物醫藥領域已應用數10年，但由于歷史文化、宗教信仰、倫理道德等多方面的因素，人胚胎來源細胞在各國的研究和應用一直存在爭議，爭議的主要焦點在于初始細胞的來源和獲取過程。20世紀末以來，人胚胎來源細胞的來源和應用范圍進一步拓展，來源從最初流產胎兒的組織，到利用體外受精時多余的配子或囊胚建立的胚胎干細胞系；研究和應用領域從最初的生產用細胞基質，逐步拓展到利用初始細胞系制備成細胞治療產品，用于疾病治療或功能修復。隨著以細胞治療為代表的再生醫學逐步進入大眾視野，除了對細胞產品直接用于人體的安全性風險的擔憂，人們也再度審視關于細胞來源和獲取過程的爭議。數十年來，隨著生命科學研究的進步和應用領域的拓展，各國監管機構、國際組織和國內外學術界等不斷完善對于人胚胎來源細胞研究和應用的倫理認識和監管政策。

2 國際學術界共識和各國監管政策演進

2.1 國際學術組織對人胚胎來源細胞研究的態度演化

經過半個多世紀的研究和應用，人類對建立人體胚胎或流產胎兒來源細胞系的科學和倫理認識逐步深入，遺傳鑒定、培養技術和質量控制等也明顯提高。早期的人流產胎兒來源細胞系如WI-38 和HEK293 在建系過程中受當時社會認識和科技水平的限制，未取得供者對后續研究及應用的知情同意[37]。1964年世界醫學協會首次通過《赫爾辛基宣言》，確定了人類醫學研究的倫理原則，此后各國陸續建立了人類相關研究的倫理規則。人體胚胎或流產胎兒來源的細胞用于生物醫學研究的倫理審查和知情同意制度也逐步完善。2006 年，國際干細胞研究學會（ISSCR）在總結各國干細胞研究和監管經驗的基礎上發布了《人胚干細胞研究指南》，形成了國際學術界對人胚干細胞研究范圍和倫理規范、細胞采集、保存、分享和使用等領域的共識，提高了各國政府和公眾對人胚干細胞研究的了解和信任[38]。此后，ISSCR 陸續發布了《干細胞轉化指南》和《干細胞研究和轉化指南》，根據人類干細胞基礎科學和臨床研究等方面的最新進展，從倫理、法規、監管、臨床及商業轉化等角度提出了具體建議[39]。

2.2 各國對人胚胎來源細胞研究及應用的監管

除了國際學術界持續完善學術規范，各國政府也根據自身的歷史文化、宗教信仰和經濟社會發展等情況，制定或完善了對人體胚胎來源細胞研究應用的監管要求。

對人胚胎來源細胞的爭論、看待初始細胞的來源和獲取，是觀察各國監管態度的重要標志。監管態度較為開放的國家包括英國、日本、以色列等。英國1990年通過《人類受精與胚胎學法案》允許建立人胚干細胞系用于必要的研究。日本政府為加快再生醫學療法的研究應用，于2014 年實施了《再生醫學安全法》和《藥品和醫療器械法》，為支持人胚干細胞在內的各種類型干細胞的研究和應用奠定了法律基礎。以色列很早對人胚干細胞的研究持開放態度，1999年立法機構通過了《禁止基因干預法》，禁止生殖細胞基因組修飾及人類生殖性克隆研究，同時明確允許使用人類胚胎進行干細胞研究及治療性克隆以構建人體組織或器官[40]。歐盟允許各成員國對人胚干細胞研究保留監管的自主性[41]；其中，法國、德國監管態度相對保守，但近年來呈現開放趨勢。法國禁止人胚干細胞研究近20年后[42]，2013年通過修訂《公共衛生法》，同意開展人體胚胎及人胚干細胞研究，但只限于利用體外輔助生殖剩余的胚胎[43]。德國禁止建立人胚干細胞系，但允許使用進口的人胚干細胞用于必須的研究④German Nationality Act. Act ensuring Protection of Embryos in connection with the importation and use of human embryonic stem cells. (2017-03-29)[2022-12-30]. http://www.gesetze-im-internet.de/stzg/index.html.。美國是對胚胎干細胞研究爭論最激烈的國家，對胚胎干細胞研究進行監管的政策和法律是美國公共政策制定中最為棘手的問題之一[44]，并未統一美國聯邦政府和社會層面的監管態度。美國聯邦政府對人胚干細胞研究的監管主要適用1995 年生效的《迪基-韋克修正案》。該修正案禁止聯邦資金資助破壞人類胚胎的研究，但并不禁止州的經費或私人資金用于人胚干細胞系的建立和使用[44]。

除了基于法律框架的頂層設計，為了提高干細胞系建立的規范性、傳代擴增過程中的質量穩定性，以及后續研究或應用的生物安全，各國監管機構也逐步完善相關技術指南，以確保研究或產品開發的有序進行。美國國立衛生院（NIH）通過發布《使用人類多能干細胞研究指南》《人胚干細胞研究指南》等指南性文件，明確了對人胚干細胞系在NIH登記的倫理要求，包括供者的知情同意、放棄妊娠的原因必須與后續研究無關等[45]。美國FDA對源于人胚干細胞的細胞治療產品進行技術評價時，主要關注與干細胞全能性和多向分化相關的安全性風險[46]，并制定了供者篩查和供體細胞檢測要求，以確保細胞來源的生物安全，避免傳播疾病或對使用者產生安全風險[47]。歐洲藥品管理局（EMA）在2009 年發布了針對基于干細胞的醫藥產品的立場文件，對該類產品藥學、非臨床和臨床研究中需注意的技術問題進行了闡述[48]。英國要求人胚干細胞的研究和使用應符合英國干細胞銀行指導委員會發布的相關指南，并由英國人類受精和胚胎學管理局（HFEA）、人體組織管理局（HTA）、藥品和健康產品管理局（MHRA）、基因治療咨詢委員會（GTAC）等機構進行監管[49]。日本要求胚胎來源干細胞的獲取、分配和使用等程序需按照MHLW和文部科學?。∕EXT）等內閣部省發布實施的《人類人胚干細胞來源指南》和《人類人胚干細胞的分配和使用指南》[50]進行，源自人胚干細胞的藥品和醫療器械還應符合《確保人類人胚干細胞來源的藥品和醫療器械的質量和安全性的指南》[51]，以確保產品的質量和安全性。

2003 年，我國科學技術部和衛生部聯合印發了《人類胚胎干細胞研究倫理指導原則》，明確了人胚干細胞的來源、獲得方式、研究行為規范等，禁止買賣人類配子、受精卵、胚胎或胎兒組織等。2015年，由國家衛生和計生委、國家食品藥品監管總局發布的《干細胞臨床研究管理辦法（試行）》中也對干細胞的來源和獲取以及臨床研究中的倫理審查等明確了相關要求[52]。

3 結語

自20 世紀60 年代人類首次利用流產胎兒組織建立人二倍體細胞系以來，利用流產胎兒組織建立的胎兒前體細胞系（FPCs）或從早期囊胚構建的人胚干細胞系（ESCs），均被廣泛應用于生命科學和醫學研究領域，為提高人類健康水平作出了重大貢獻。隨著再生醫學研究的快速發展，以ESC和iPSC為代表的人多潛能干細胞在老年退行性疾病、遺傳病等多種人類疾病中展現出治療潛力，成為未來生物醫學發展的重點方向之一，受到各國政府和社會公眾的高度關注。但同時，人體胚胎來源細胞系的研究或應用涉及復雜的歷史文化、宗教信仰和社會倫理等因素，對其來源和使用的爭議也在世界各國廣泛存在?；仡櫲梭w胚胎來源細胞的科學史和在生物醫藥領域研究應用的發展歷史，并在生命科學研究和技術快速發展的時代背景下，了解國際學術界的研究共識及不同國家監管態度的演進，可以為規范我國人體胚胎來源細胞在生物醫學領域的研究應用提供借鑒，有助于完善我國對該領域的監管框架和技術要求，推動科技發展，提高人民健康水平。