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基础科研

干细胞移植治疗视网膜疾病的研究现状

作者：人气：7349 时间：2009-8-6 11:10:31

【摘要】 许多视网膜疾病可造成视网膜光感受器的损伤，导致不可逆的视力丧失，目前尚无有效的临床治疗手段。干细胞移植治疗此类视网膜疾病是目前研究热点，并且被认为是最有前景的治疗方法之一，本文就干细胞移植治疗视网膜疾病的研究现状作一综述。

【关键词】 细胞移植视网膜疾病治疗

　　0引言

在许多视网膜疾病中如视网膜色素变性（RP）、年龄相关性黄斑病变(AMD)等，视网膜光感受器的损伤可导致不可逆的视力丧失，对于此类疾病，人们尝试了很多方法来阻止视网膜光感受器的丧失、修复视网膜细胞变性，包括营养支持治疗、基因治疗、神经生长因子的应用、以及人工眼的发展等[13]。然而这些方法都未能取得确切的临床疗效。近年来干细胞移植的兴起，通过动物实验表明干细胞移植使其整合进视网膜并诱导其分化为目标细胞来修复这种损伤是目前最可行的方法之一，给此类疾病的治疗带来新的希望。干细胞是生物个体生长发育中具有自我更新、增殖和多向分化潜能的细胞群体，分为胚胎干细胞和成体干细胞。目前研究较多用于视网膜移植的干细胞包括胚胎干细胞(ESC)和成体干细胞中的间充质干细胞(MSC)、神经干细胞(NSC)和视网膜干细胞/祖细胞(RPC)等。

　　1胚胎干细胞的移植

胚胎干细胞(ESC)是起源于胚泡的内细胞群，是机体发育过程中的全能干细胞，在精密调控下按时间和空间顺序分化增殖构成机体各种组织器官[4，5]。在体内，微环境中各种因素影响ESC的分化发育，多种细胞因子、细胞间的相互作用及胞间基质等对干细胞的生存、增殖和分化具有重要的调控作用[6]；在体外,适当的培养条件下ESC既可无限扩增，保持未分化状态，又可被诱导分化成包括三个胚层的几乎所有类型的细胞[7]。把ESC作为种子细胞植入体内以修复病变组织器官的功能，部分已取得了明显的结果。在眼科领域，ESC移植治疗视网膜疾病研究取得了可喜的成果，直接将ESC移植入眼内，可以在眼内形成视网膜神经节细胞样细胞，但移植后有致瘤性[810]。利用胚胎干细胞在体外可以大量扩增并可诱导成为神经细胞的特性[11，12]，可以获得既能在体外扩增又具有能向神经节细胞或光感受器细胞分化的子代细胞[13]。Meyer等[7]将小鼠ESC来源的神经祖细胞移植后能整合到变性的视网膜并为变性视网膜提供细胞因子提高光感受器细胞的功能。而且，ESC在体外能直接诱导分化为视网膜细胞及RPE细胞，诱导分化的视网膜细胞移植后能整合进视网膜，并表达光感受器细胞标记；诱导分化的RPE细胞移植到视网膜下可加强宿主光感受器细胞的存活[1416]。虽然ESC的研究已经取得了令人瞩目的成就，目前由于伦理道德影响和诱导分化可控性差等阻碍着胚胎干细胞在临床上的应用，如何控制向特别类型细胞分化，如何分离纯化，分化后的种子细胞在宿主内是否具有致瘤性，如何获得组织工程所需要的种子细胞的数量等，这些都是有待于进一步地研究。

　　2间充质干细胞(MSC)的移植

间充质干细胞是目前研究相对深入的一群具有多向分化潜能的成体干细胞。MSCs原来被认为是提供骨髓微环境为造血干细胞增殖所必须的，近年来研究发现MSCs有跨胚层分化能力，体外可经诱导分化为神经元及神经胶质细胞[1721]。MSCs能在小鼠视网膜内存活并能与原视网膜结构发生融合[22]。Tomita等[23]将MSCs注射入小鼠的玻璃体腔，发现MSC能整合入受损的视网膜并表达神经胶原纤维酸性蛋白、钙结合蛋白、视紫红质和波形蛋白，证明MSCs能分化为视网膜神经样细胞。

　　Kicic等[24]将MSC注入成年小鼠的视网膜下腔，发现它能整合进宿主视网膜，并表达视网膜光感受器特异性标记物。Arnhold等[25]将MSC移植入RK鼠眼内，发现移植的细胞不仅能整合进视网膜色素上皮，而且在神经上皮各层显示出神经元和神经胶质细胞的形态，甚至证明它能延缓光感受器细胞的变性。然而，目前研究表明MSC移植后分化为视网膜细胞还不理想，诱导分化的机制还不清楚[26]，但因其具有多向分化潜能，取材方便丰富，避免伦理道德方面等优越性，因而在视网膜移植治疗中有应用前景。

　　3神经干细胞(NSC)的移植

近年来许多学者研究分离出神经干细胞并描述了其自我更新和多分化潜能的生物学特征[2729],改变了神经细胞不可再生的观念。神经干细胞能够在体外稳定的培养生长，还能被诱导分化成少突胶质细胞、星形胶质细胞和神经元 [30,31] 。不少学者把神经干细胞移植作为视网膜疾病的治疗手段进行了实验性研究，发现移植的细胞在正常新生和成年宿主视网膜中，以及在退变的视网膜中和损伤的视网膜中表现出良好的生存能力,而且移植的细胞都能够在宿主的视网膜中迁移、分化。Takahashi等[32] 将成体海马干细胞移植入新生鼠的眼内，发现这些细胞可以移行并与新生鼠视网膜整合，表现视网膜细胞的形态学特征。Nishida等[33]将海马来源的干细胞注入到机械刮伤视网膜的成年鼠玻璃体腔内，发现移植的细胞整合到宿主视网膜内，并向神经元和星形胶质细胞分化，甚至在免疫电镜下发现在移植细胞和宿主细胞之间形成了突触样结构。Van Hoffelen等[34]将鼠脑神经干细胞移植到Brazilian负鼠的视网膜中，经免疫组化检测发现这些细胞移植后与宿主的视网膜发生形态学的融合，并表达神经元和视网膜的标记物。Mellough等[35]从小脑增殖区获得神经干细胞，分别移植到切除对侧上丘的新生鼠和离断同侧视神经的成年鼠眼内。结果发现移植细胞在新生鼠的眼内反应良好并广泛整合分布到神经节细胞层。然而，遗憾的是，移植细胞都只是表达部分视网膜神经元的特异性标记物，表明移植的细胞还不具备有成熟视网膜神经元的功能，这与各种因子和信号整合有关。以上的研究均表明了神经干细胞视网膜移植的可行性，为视网膜疾病的未来治疗提供了一种新的手段。

　　4视网膜干细胞/祖细胞(RPC)的移植

视网膜起源于胚盘外胚层神经上皮组织，在视网膜发育过程中，依赖于视网膜干细胞在胚胎发育期不断增殖，并按一定的时空顺序产生成熟的各种类型的视网膜细胞，其分化受内在及外在多种因素的影响[36]。近年来，许多学者从哺乳动物的胚胎、新生或成体视网膜中分离出视网膜干细胞，并对其在体外、体内增殖分化以及各种因子（CNTF，bFGF，EGF，视黄酸等）进行了多方面的研究。Tropepe等[37]从成年哺乳动物的睫状体区域提取出了视网膜干细胞。这些培养的细胞可以自我更新增殖，并能在一定条件下分化成为特定的视网膜细胞，包括双极细胞、杆细胞等。Ahmad等[38]自胚胎鼠视网膜分离出视网膜前体细胞，发现这些前体细胞在表皮生长因子(EGF)无血清培养条件下能被扩增，并保持未分化状态，不仅表达神经干细胞标志Nestin和细胞增殖的标记物Brdu，并具有多向分化潜能，当从培养基中撤去EGF添加FBS后，细胞Nestin表达下调，并表达神经元及神经胶质细胞特异性标志。Yang等 [36]从人胚视网膜中分离视网膜前体细胞，证实其具有增生和自我更新能力，表达Nestin，能分化为神经元、神经胶质细胞以及成熟视网膜细胞。Coles等[39]研究表明，人体从出生到老年，眼内均存在视网膜干细胞，这些细胞在体外可快速增殖，甚至不需附加生长因子；移植入新生鼠及鸡胚眼内后能整合进宿主视网膜各层，形态上分化为特定的视网膜细胞，并能表达部分光感受器细胞标记物(Rom1)，然而未能证实分化细胞具有光感受器细胞功能。Gu等[40]考虑猪眼与人眼具有形态、结构和发育上的相似性，从猪的胚胎、新生猪及成年猪视网膜中分离出视网膜干细胞，证实了其在体外能自我更新增殖，并能诱导分化为视网膜神经元和神经胶质细胞，为视网膜细胞移植（同种或异种）应用于临床作出前期准备。

视网膜干细胞/祖细胞已成为目前视网膜干细胞移植的重要方向，然而其在体外增殖能力较差，控制其定向分化技术尚不成熟，移植入眼内后，分化的细胞在形态上虽具有成熟视网膜细胞特性，但尚未证实其能整合到视网膜外核层中，或分化为新的有功能的视网膜光感受器细胞，与宿主视网膜神经元发生功能性突触关联，从而改善视功能，这可能与成年哺乳动物的视网膜缺乏接受、整合和促进移植的干细胞分化为光感受器细胞的能力有关。而MacLaren等[41]认为视网膜中个体生发中心后期的视网膜祖细胞，称之为视网膜光感受器前体细胞，亦具备干细胞的一些特征，可作为移植的供体细胞。他们取出生后3～5d小鼠视网膜细胞，此时正处于视网膜干细胞/祖细胞个体生发中心后期，有丝分裂向视网膜杆状光感受器细胞分化的高峰时期，结果发现，这些移植的细胞能整合到受体鼠的视网膜外核层中，不发生细胞融合，最后分化为视杆细胞，在形态上与受体鼠的视杆细胞一样，形成突触联系并提高了视功能。研究中，使用生物工程标记有丝分裂后的杆状前体细胞所表达的转录因子Nrl(神经视网膜亮氨酸链)，Nrl是有丝分裂后的杆状前体细胞所特有的转录因子，表明成功的整合的杆状光感受器细胞仅来自有丝分裂后的杆状前体细胞，而不是来自正在增殖的祖细胞或干细胞。

综上所述，干细胞在体外培养、增殖分化和体内移植方面的研究为视网膜疾病的治疗带来了希望，但目前面临着巨大的挑战是如何调控、触发干细胞分化，形成所需的供体细胞，使其能在移植后向光感受器细胞转化，与宿主视网膜整合，建立突触联系而修复视功能，同时避免排斥反应，避免伦理方面等问题，这些都需要基础研究的进一步深化。

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