诱导多能干细胞（iPSC）技术为在培养皿中模拟人类疾病提供了前所未有的可能性。通过将患者的体细胞重编程至胚胎干细胞样状态，再分化为疾病相关的细胞类型，研究人员可以生成携带致病遗传变异的人类组织，从而获得无限的人类疾病模型资源。然而，尽管这种“培养皿中的疾病”（disease-in-a-dish）方法令人兴奋，但与遗传明确的模型系统相比，在患者来源的细胞中研究遗传疾病仍面临诸多挑战。

干细胞研究领域的权威人物Rudolf Jaenisch是怀特黑德研究所的创始人之一，曾任国际干细胞学会主席。他在基因敲除小鼠、表观遗传学、核移植、iPSC等领域做出了开创性工作。在最新一期（11月30日）的《科学》杂志上，Jaenisch发表了题为“iPSC Disease Modeling”的文章，探讨了iPSC在疾病模型构建中的局限性，并提出了相应的解决方案。

文章指出，即使不考虑疾病状态，单个iPSC细胞系也表现出高度差异的生物学特性，这使得预测其分化为特定功能性细胞类型的倾向变得困难，从而限制了疾病特异性表型的研究价值。导致这些细胞间差异的原因大致可分为三类：重编程过程造成的细胞改变、缺乏完善分化方案导致的培养诱导差异，以及遗传背景的差异。

当载体整合到宿主基因组中时，重编程引起的细胞改变问题尤为严重。这可能导致附近基因的破坏或调控失常，并常引起重编程转基因的残余表达。不完全的表观遗传重编程（受重编程因子化学计量和培养条件影响）、失活X染色体上基因的转录脱抑制、点突变及拷贝数变异等遗传改变也会造成混乱。不过，作者认为采用更先进的非整合性重编程技术（如质粒或mRNA转染、蛋白质转导），改善培养条件，并加强质量控制，应能充分解决这些问题。

造成细胞间差异的另一个重要原因是缺乏完善的体外分化方案。大多数方案依赖于在正常胚胎发育特定阶段起作用的生长因子信号和调控因子。尽管这些方案能有效生成一些目标细胞，但通常会产生不同细胞类型的混合物，这在构建高度受控的疾病模型时是一个决定性限制。研究人员提出了一种改进方法：导入受谱系或细胞类型特异性启动子控制的报告基因或选择基因，从而能够鉴别、筛选和定量特定细胞类型。

遗传背景的差异是“培养皿中疾病”方法面临的一个特殊障碍，因为无法控制遗传修饰位点的影响。在大多数单基因疾病中，可以观察到来自遗传背景的上位效应，导致发病年龄和/或疾病进程的差异。与参考基因组相比，每个人的蛋白质编码基因通常有数千个位点差异，其中数百个可能改变蛋白质功能，并与遗传性疾病相关。同样，遗传变异对基因表达的影响在个体间也存在差异。由于患者与健康供体之间不具有相同的遗传背景，因此将患者来源的iPSC与健康供体细胞系进行比较，在解析疾病相关表型时存在相当大的风险。

作者指出，近期基因编辑技术的进展使研究人员能够靶向修饰人类细胞，实现基因破坏、修复或插入报告基因。这种单碱基对修饰能力可以在人类多能干细胞中无缝地纠正或导入致病突变，从而构建遗传控制的实验模型系统。在该系统中，唯一的实验变量是致病遗传变异，这大大简化了对遗传变异与疾病表型相互作用的分析，有望为单基因疾病和复杂疾病提供新见解。

最后，作者提出，将iPSC、基因编辑与全基因组技术相结合，可以在相关人类细胞类型中系统、忠实地模拟人类疾病。承认固有局限性并严格建立模型系统标准，将使iPSC成为生物医学研究不可或缺的工具。