作者：朱瑞琳。
审稿校对： 杨柳。
2016.09.17
摘要
视网膜的神经细胞一旦损伤，便无法再生修复，利用干细胞疗法使神经细胞得到再生修复已成为当今研究的热点。视网膜中存在具有自我修复能力的内源性干细胞，激活视网膜中的内源性干细胞，利用其对损伤的视网膜神经元进行修复，具有重要的研究价值和应用前景，近年来受到世界神经生物学、眼科学等领域研究者的重视。鱼类、两栖类动物的视网膜具有较强的再生修复能力，而鸟类和哺乳类动物的视网膜的再生能力有限，且各类动物的视网膜再生存在各自的特征。睫状体边缘带、视网膜色素上皮细胞、Müller细胞等细胞都是视网膜再生可能的细胞来源，如鱼类、鸟类和哺乳类动物新生成的视网膜细胞来自于视网膜Müller细胞，而两栖类动物再生的视网膜则来源于视网膜色素上皮细胞。各种视网膜内源性干细胞需要被活化后才能发挥干细胞特性对损伤的视网膜神经细胞进行修复，激活这些细胞的方法有多种，如利用兴奋性氨基酸、生长因子、转录因子、细胞内信号等。本文就不同物种，包括鱼类、两栖类、鸟类和哺乳类动物在内的视网膜的再生能力、睫状体边缘带、视网膜色素上皮细胞、Müller细胞等不同的视网膜内源性神经干细胞的来源及各种能够活化视网膜内源性干细胞进行增生和分化的因素的相关研究进展进行综述。
视网膜是由多层不同神经细胞组成的复杂环路结构，可将光刺激信号转化为电信号传入大脑，形成视觉。很多疾病会导致视网膜神经细胞变性，如视网膜色素变性、年龄相关性黄斑变性、视网膜脱离、青光眼、糖尿病视网膜病变等，均会引起视网膜神经元发生退行性变，造成患者视力下降甚至致盲。
作为中枢神经系统的一部分，视网膜中的神经细胞一旦死亡便无法再生，因此视网膜变性所导致的视力损伤是不可逆的[1]。目前临床上对各种视网膜变性疾病采取的治疗方法，例如补充神经营养因子、使用血管内皮生长因子抑制剂等，均不能挽救死亡的视网膜神经细胞[2,3]。近年来干细胞研究取得了令人鼓舞的成绩，为视网膜疾病的修复带来了希望。
干细胞具有自我更新、高度增生和多向分化潜能。根据干细胞的来源不同可分为胚胎干细胞(embryonic stem cells，ESCs)和成体干细胞；根据其分化潜能不同可分为全能干细胞、多能干细胞和单能干细胞。干细胞除了直接替代损伤的细胞外，还可以分泌多种细胞因子和生长因子，发挥抗炎和神经保护作用，并诱导机体自我修复[4,5,6]。Yoshida等[7]和Davidson等[8]将骨髓间充质干细胞或诱导多能干细胞移植用于视网膜色素变性或年龄相关性黄斑变性的治疗，但如何选择适当的细胞类型，如何促进移植的干细胞迁移到视网膜内并整合到受体的视网膜细胞中是干细胞治疗中存在的主要问题。
研究发现，鱼类和两栖类等低等脊椎动物的视网膜受到损伤后视网膜自身可以再生并有效修复损伤，说明其视网膜中存在具有自我修复能力的内源性干细胞[9,10]，如果能够激活这些细胞，使其增生分化，从而对损伤的视网膜神经元进行修复，既避免了医学伦理上的争议，也减少了机体对外来细胞的排异，使新生成的神经元更容易整合到视网膜中发挥功能[11]。因此，视网膜内源性神经干细胞的研究日益受到关注。就视网膜再生、视网膜内源性干细胞的相关研究进行综述。
1 视网膜再生
1.1 鱼类的视网膜再生
鱼类视网膜终生保持再生的能力，研究表明成年斑马鱼的视网膜不论受到药物、光照或激光损伤，视网膜的神经细胞均可以得到再生，视网膜的结构和功能可以得到完全恢复[12,13,14]。DiCicco等[14]利用OCT对正常和受损的鱼视网膜组织交界区的细胞进行观察，发现在损伤后3周，视网膜结构基本得到修复。如果将鱼类的神经视网膜全部切除，只保留RPE细胞，则视网膜不会再生[1]，说明鱼类的视网膜再生只发生在神经视网膜细胞，其来源被证实为视网膜Müller细胞[15]。若在视网膜损伤时同时保留Müller细胞和光感受器细胞，则可缩短视网膜再生的过程，并减少错构的发生[16]。
1.2 两栖类动物的视网膜再生
蝾螈、蟾蜍等两栖类动物的肢体具有再生功能，曾经的研究认为，无尾目两栖动物只有在幼虫阶段才具有全部神经视网膜的再生能力，成年后在视网膜受到损伤时只有部分能够再生[17]。然而，Yoshii等[18]研究发现，成年无尾目两栖动物的视网膜也具有再生能力，成年蟾蜍的视网膜被切除之后能够再生。Beddaoui等[19]利用视网膜电图检测视网膜功能，发现蝾螈的视网膜在切除后15周，视网膜的功能可恢复至正常水平。但与鱼类不同的是，两栖类动物再生的视网膜由原有的RPE层生成，并非来自视网膜Müller细胞。
1.3 鸟类的视网膜再生
研究认为，鸟类的视网膜只有在胚胎早期才能再生[17,20]。Fischer等[21]研究则证实鸟类的视网膜在成年后仍可再生，在鸡视网膜边缘处存在与鱼类和两栖类相似的表达Pax6和Chx10等视网膜祖细胞基因的干细胞，在成年后仍能持续产生新的神经细胞。将N-甲基-D-天门冬氨酸(N-methyl-D-aspartate，NMDA)注射到出生后7 d的鸡玻璃体腔中，2 d后注射眼可见较多的增生细胞，可表达视网膜祖细胞标志物Chx10、Pax6和CASH-1，这些细胞来自Müller细胞，随后它们迁移并可以分化成视网膜神经元[20]。近期Luz-Madrigal等[22]研究表明，鸡胚视网膜损伤后RPE细胞会发生去分化，且在成纤维细胞生长因子2(fibroblast growth factor-2，FGF-2)存在时可转分化为视网膜神经元。
1.4 哺乳类动物的视网膜再生
哺乳动物机体的再生能力极为有限但研究显示，在某些情况下哺乳动物的视网膜也具有一定的再生潜能[17]。Ooto等[23]将NMDA注射到出生6～7周的大鼠玻璃体腔中，发现注射后第2天大鼠视网膜中可见增生细胞，多分布于内核层。这些细胞随后被证实为Müller细胞，它们迁移到外核层，可以分化为双极细胞和视杆细胞。视网膜在受到激光损伤、营养因子刺激、改变基因表达等情况下，都可以发生细胞增生，一些增生细胞可以转分化为视网膜神经元[24,25,26,27]。Cicero等[28]发现，人和小鼠的睫状体色素上皮细胞在体外培养时能够形成细胞团，且在促进分化的培养液中可向神经细胞分化。对于人类视网膜再生的研究，目前仅有的几项临床研究集中于胚胎干细胞或诱导多能干细胞在视网膜疾病治疗中的应用，尚未见关于利用人类内源性视网膜干细胞对人类视网膜疾病进行治疗的相关研究。近期发表的一项研究将人胚胎干细胞移植到患者视网膜下治疗Stargardt病和年龄相关性黄斑变性，患者的视功能得到一定提高[29]，但仍存在伦理问题和安全性的争论。
可见，不仅鱼类、两栖类等低等动物的视网膜在损伤后能够再生，近年来的研究证据也表明，包括人类在内的哺乳动物的视网膜也同样具有再生能力，成年哺乳动物的视网膜中也存在着可以增生分化的视网膜干细胞。尽管目前研究中哺乳动物视网膜再生的能力非常局限，尚不足以利用其对视网膜变性类疾病进行治疗，但关于视网膜内源性干细胞的研究仍然为视网膜神经细胞的再生和修复提供了新的希望。
2 视网膜内源性干细胞的来源
2.1 睫状体边缘带
睫状体边缘带(ciliary marginal zone，CMZ)位于睫状体上皮和视网膜的连接区，CMZ细胞表达视网膜祖细胞基因Pax6、Chx10、Sox2、Six3和Notch1等，有增生能力并在周边视网膜产生新神经元，分化并整合到视网膜神经结构中[30]。Bhatia等[38]发现，人眼也存在类似于CMZ的区域。蛙类和鱼类CMZ在视网膜发育过程中持续增生，鸡CMZ细胞在表皮细胞生长因子(epidermal growth factor，EGF)、胰岛素样生长因子1(insulin-like growth factor-1，IGF-1)、胰岛素等外源性生长因子的刺激下生长速度加快，但只能生成双极细胞和无长突细胞[21]。鱼和两栖类动物的视网膜损伤后，CMZ可生成破坏的细胞类型，但鸡CMZ细胞在视网膜受到急性损伤时不能增生[30,32]。成熟脊椎动物的视网膜CMZ的再生能力极有限[1,9]。
2.2 RPE细胞
蝾螈、蟾蜍等两栖类动物的视网膜全部去除后仍然能够再生，其来源就是RPE细胞，RPE细胞增生并形成2层新的上皮层——色素层和无色素层，无色素层视网膜表达视网膜祖细胞基因，增生并生成适当类型和数量的视网膜细胞[9]。体外培养蟾蜍的RPE细胞可以形成较长的突触并表达神经元标志物，转分化成为视网膜神经细胞[18]。
与蝾螈等类似，鸡RPE细胞在胚胎发育到4.5 d之前可以转分化，再生成其他类型的细胞，而发育4.5 d后这种能力降低，但鸡RPE细胞转分化需存留部分神经视网膜[17]。近期研究显示，改变RPE细胞的基因表达可使人RPE细胞系、猪和小鼠原代RPE细胞转化为类光感受器细胞[33]。Salero等[34]的研究表明，成年人RPE细胞在体外可被活化为多能干细胞。 |
