...视网膜的干细胞修复,走向光明还是永堕黑暗?
NatureMedicine：视网膜的干细胞修复，走向光明还是永堕黑暗？
撰文：步步先生
来源：干细胞者说
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全世界大约有4300万人失明，还有2.95亿人处于中度至重度视力障碍的困扰。失明是21世纪全球健康的一个重要挑战。现代社会，除了外伤，失明的主要原因是神经退行性导致的失明（
包括老年性黄斑变性<AMD>、视网膜素变性<RP>、青光眼）。随着医学的进步，各种方法（如维生素D3疗法）已经开发出来，但逆转视力下降仍然是一个难以实现的目标。
过去十年中，干细胞技术和视网膜再生医学的飞速发展，使得眼睛里各种类型的细胞都可以从多能干细胞体外产生。近期，国际顶级期刊 Nature Medicine 杂志上发表一篇题为“Regenerative and restorative medicine for eye diseases”的综述文章。今天，我们试着解读一下。
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视觉的恢复和再生医学
失明的原因全球分布各不相同，在发达国家，大多数失明是由视网膜中特定细胞的退化造成的，包括视网膜素上皮（RPE）细胞、光感受器和视网膜神经节细胞。在过去的十年里，随着视网膜再生医学的进展，这些细胞类型都可通过干细胞技术从体外制备。
在这篇综述里，作者回顾了用于以视力恢复为目标的退行性疾病的细胞替代再生研究进展。首先，作者讨论了RPE移植的临床试验和其他类型细胞临床前研究的前景，回顾了使用内源性祖细胞原位修复视网膜变性的进展。最后，作者概述了关于人工眼视觉恢复的一个进展（包括先进的光伏器件、基于视蛋白的基因和小分子光开关）。
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视网膜的细胞替代疗法
目前，视网膜再生医学的替代疗法细胞种类包括：视网膜素上皮细胞、视网膜前体细胞、光感受器、视网膜神经节细胞。
图1. 替代疗法的细胞来源
外源性细胞来源：包括从视网膜类器官获得的细胞，从ESC或iPSC分化获得的细胞（如RPE等）。内源性细胞来源主要是Müller胶质细胞，可转分化为视网膜前体细胞，进一步分化为成熟的光感受器、神经节细胞和中间神经元。
▉ 视网膜素上皮（RPE）移植人类的视觉始于视网膜，由视杆或视锥分子中的11-顺式视黄醛吸收光子。全反式视黄醛必须重新异构化为11-顺式视黄醛才可吸收光子，这一功能主要在视网膜素上皮（Retinal pigment epithelium，RPE）中进行。当萎缩视网膜黄斑变性或干
性视网膜病发生时，会造成RPE丧失，导致光感受器功能障碍，最终变性，严重甚至失明。
图2. 视觉恢复路径（细胞替代,基因,光电修复）
视网膜素上皮是一个平铺的六边形单层细胞，每平方毫米约有4000个双细胞核的素细胞。2004年，人们发现可以从人类多能干细胞中分化获得RPE样细胞。临床前研究表明，多能干细胞衍生的RPE细胞在移植后可以存活和发挥功能，并减缓感光细胞的死亡。
目前，诸多人体临床试验正在进行，取得了一定的研究进展（表1）。这些早期临床试验的成功，凸显了再生医学具有恢复视力的潜力，并且为视网膜细胞替代提供了路线图。
表1.正在进行和完成的视力恢复临床试验
▉ 视网膜前体细胞移植
多能干细胞来源的视网膜祖细胞，表达一些早期的泛光感受器分子（如CRX和恢复蛋白），并可进一步分化为视网膜光感受器。在动物模型中，研究者将视网膜前体细胞制剂注射至视网膜下方，细胞以低密度分化为锥体光感受器。然而，一些使动物研究表明：动物死后，视网膜组织学上存在显著的解剖结构紊乱。人类临床试验也正在进行中。在一项1/2a期人体临床试验，21名受试者接受玻璃体内注射人视网膜前体细胞。数据结果显示，相对安全，接受相对高剂量细胞的患者视力得到改善。▉ 光感受器移植黑暗组织视网膜前体细胞或RPE细胞的移植，可以用来支持具有完整的杆状和锥状光感受器的视网膜区域。在许多细胞损伤的情况下，需要更换光感受器。在一项动物实验中，研究者将人胎儿来源的视网膜组织移植到大鼠（视网膜变性免疫缺陷动物模型）体内，结果数据显示：光感受器明显成熟和视网膜中间神经元开始发育，这说明退化视网膜的微环境中也可发生视网膜相关细胞成熟。
视网膜“类器官”的出现，提供了视网膜光感受器的移植来源。临床前研究表明，光感受器前体已经成功移植到视网膜变性动物模型中，并且可以迁移到正确的位置，表达视蛋白光素，
并延伸神经突起。这些都是功能恢复的必要先决条件。尽管临床前研究令人鼓舞，但光感受器替代必须克服两道障碍，才能进入人体临床试验。
第一个挑战：必须要将移植的光感受器整合到现有的神经回路中。光感受器突触是逐步发育形成的。光感受器突触形成，第一步是水平细胞突起的内陷；第二步是几天后插入双极神经元突起形成突触三联体。新形成的光感受器，最后是否能在光感受器缺失的视网膜外丛状层，与水平和双极神经突起三者之间，形成功能性突触三联体尚不清楚。
第二个挑战：必须要形成具有支持光转导所必需的功能性RPE接触的光感受器外段。在大多数退行性疾病状态下，光感受器和RPE都会退化，需要两种类型细胞的共同移植。▉ 视网膜神经节细胞替代术视网膜神经节细胞（Retinal ganglion cell ，RGC）是唯一能将信号从视网膜发送到大脑的神经元。RGC也可以从人类多能干细胞中分化获得。
RGC虽然在类器官培养中不能长期存活，但可在细胞死亡前收集，并在移植前富集，也算一个重要的细胞来源。研究者将视网膜前体细胞移植到动物模型视网膜下，形成的轴突主要迁移到视神经和大脑，这表明RGC再生是可行的。
尽管如此，视网膜神经节细胞替代所面临的挑战更是困难重重。首先，移植的细胞必须归位（到达视网膜内的特定位置）并组合（与视网膜中的其他神经元形成突触以形成回路）。其次，移植的细胞需要再生轴突，并延伸到视觉感知所需的中枢神经系统靶点，主要是外侧膝状体。然而，这并没有得到证实。此外，视觉空间的重建依赖于视网膜神经节细胞的空间组织轴突投射，形成视神经位图。迄今为止，尚未开始RGC替代的人体临床试验。
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内源性细胞修复路径的激活视网膜再生的理想方法不是细胞替代，而是要激活受损组织中潜在的修复途径，比如激活内源性干细胞。

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