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干细胞与视网膜损伤修复

录入:linle    文章来源:网络    点击数:    更新时间:2012-1-19

  利用干细胞移植治疗视网膜损伤的研究进展迅速, 不断取得令人鼓舞的成果。干细胞的来源多种多样, 既有视网膜源性的, 如M􀀁 ller细胞、睫状体细胞等; 也有非视网膜来源的, 如胚胎干细胞、脑源性干细胞等。本文就近年来在种子细胞来源方面的研究进展作一综述。

  􀀁 􀀁 视网膜是人体重要的外来信息接受部位。正常人大约90%的外部信息是经视网膜获取的。外伤、退行性病变及肿瘤等导致的视网膜损伤, 常会引起严重视力障碍甚至失明。目前临床上采用的神经营养药物或视网膜移植等治疗方法, 均未取得理想效果。随着干细胞技术的发展, 以干细胞为种子细胞生成新的视网膜组织以替代受损或失去的视网膜, 有可能为这些病人带来新的希望。

  1􀀁 眼源性干细胞分化修复视网膜损伤

  1. 1􀀁 来源于睫状缘区/外周发生区和睫状体的干细胞􀀁 某些物种的睫状缘区/外周发生区( c iliary m ar􀀁 gina l zone /circumferential germ ina l zone, CMZ /CGZ)和睫状体含有视网膜前体细胞。较低等的脊椎动物既有CMZ/CGZ也有睫状体, 而较高等的脊椎动物却只有睫状体[ 1- 2] 。两栖类动物CMZ区的视网膜祖细胞能够分化形成视网膜所有类型的神经元, 而鱼类 CGZ区细胞能分化形成除了视杆细胞之外的其他视网膜细胞[ 3] 。鸡CMZ 细胞虽能增殖分化产生无足突细胞和双极细胞, 但只有在外源生长因子存在的情况下才能分化成节细胞[ 4] 。

  在人类, 很早就曾发现某些睫状体肿瘤含有玫瑰花结样结构, 而这一结构曾在视网膜发育过程中出现。最近, Abdouh等[ 5] 在成年鼠眼内注入生长因子, 发现睫状体上皮细胞能重新获得胚胎期特征, 并能表达nestin及视网膜祖细胞的同源转录因子Pax6 和Chx10。这一结果提示成年哺乳动物的睫状体可能是潜在的视网膜前体细胞来源, 只是正常情况下这些具有干细胞特性的细胞处于静止状态, 睫状体内微环境不允许细胞的迁移和神经发生[ 5] 。

  1. 2􀀁 视网膜干细胞􀀁 在胚胎发育过程中, 视网膜干细胞在环境信号调节下分化发育为视网膜全层。从啮齿类动物胚胎或新生视网膜中已成功分离出视网膜干细胞, 这些细胞在体外条件下可以扩增并分化为胶质细胞和多种视网膜神经元[ 6 - 8] 。而Y ang 等[ 9 ] 发现10~ 13周的人胚视网膜部位表达干细胞抗原, 并可在体外分化为视网膜细胞。Chacko 等[ 6 ] 将视网膜祖细胞在体外培养增殖, 并用绿色荧光蛋白( green f luo rescent protein, GFP) 标记后移植到成年鼠视网膜下间隙。结果发现这些细胞可以存活并分化成类感光细胞, 表达视蛋白, 但不能与视网膜整合。而在类似的实验中, 将出生后1 d鼠的视网膜祖细胞移植到视网膜受到机械损伤的动物眼内, 这些祖细胞则可以表达视蛋白并与宿主视网膜整合。这一结果说明损伤可能是干细胞与宿主视网膜整合的一个重要诱发因素[ 7 ] 。此外, 体内微环境信号也可能对分化方向产生影响。有学者发现鼠的视网膜祖细胞在体外能够分化成多种视网膜神经元, 但移植到宿主视网膜后却大部分朝胶质细胞方向分化[ 8 ] 。由于干细胞的分化调控机制并未完全清楚, 目前尚无法做到高效特异分化。

  虽然鱼类和两栖类动物的视网膜可以终身生长, 但传统观点认为成体哺乳动物视网膜没有再生能力。近年来有证据表明成年小鼠视网膜内存在干细胞, 并可在体外分化为视杆细胞、双极细胞和M􀀁ller 细胞[ 10] 。Co les等[ 11] 发现从出生到7岁期间, 人睫状体平坦部仍存在少量视网膜干细胞(约10 000个/眼)。这些细胞具有自我更新能力, 并可分化为各种类型的视网膜细胞。Co les等将这些视网膜干细胞分别移植到出生后1 d小鼠和出生后3. 5~ 4 d鸡胚的眼玻璃体腔, 结果发现视网膜干细胞在宿主视网膜内存活、迁移、整合, 并可分化为视网膜神经细胞。

  2􀀁 非眼源性干细胞与视网膜修复再生

  2. 1􀀁 神经干细胞􀀁 Takahash i等[ 12] 将成体海马干细

  胞移植入新生鼠的眼内, 结果发现这些细胞虽然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, 但却不能表达视网膜神经元特异性标记物。而N ishida等[ 13] 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, 结果同样发现移植的海马干细胞整合到宿主视网膜内, 免疫组化显示多数细胞能表达nestin, 并表现出对微管相关蛋白( m icrotubu le􀀁assoc iated protein, MAP) 2ab、MAP5 及胶质纤维酸性蛋白( g lial fibrillary acidic protein, GFAP)的免疫活性, 证明了移植干细胞向神经元和星形胶质细胞分化。但是它们却没有表现出对 HPC􀀁1、钙结合蛋白及视紫红质的免疫活性, 证明它们并没有分化为成熟视网膜神经元。然而在免疫电镜下却发现在移植细胞和宿主细胞之间形成了突触样结构。这些结果表明在变性的视网膜存在引导神经轴突延伸和神经极性的信号。有趣的是, 在新生鼠单纯经玻璃体注入海马祖细胞即可出现与神经视网膜的整合, 但在成年鼠必须存在损伤信号, 才能有干细胞与宿主视网膜的整合[ 13] 。移植部位的微环境缺乏视网膜神经元分化信号或视网膜色素上皮 ( retinal pigment ep ithelium, RPE )的缺乏可能是海马源神经干细胞不能分化为视网膜神经元的原因[ 12] 。

  此外, 各种视网膜细胞产生的视黄酸、营养因子以及细胞外基质成分也是诱导干细胞分化的重要原因。 M ellough等[ 14] 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( gang li􀀁 on cell layer, GCL)。然而, 遗憾的是, 来源于供体的细胞除了一部分能够表达早期的神经元蛋白beta3 微管蛋白以外, 其他的不能表达任何视网膜神经元的特异性标记物。Dong 等[ 15] 从人胚胎大脑皮层分离获得神经干细胞, 在体外用转化生长因子( transfor􀀁 m ing grow th factor beta3, TGF􀀁􀀁3 )处理后再移植到鼠玻璃体腔内。结果发现这些细胞移行并与宿主视网膜整合, 分化成视网膜细胞且有视蛋白阳性表达。这不仅表明人类神经干细胞能移行整合到宿主视网膜, 而且更为重要的是这些细胞经过处理后能够分化成视网膜细胞, 特别是类感光细胞。我们[ 16 ] 曾从胎鼠上丘分离获得神经干细胞, 将其与出生后4 d的乳鼠视网膜组织进行共培养, 结果发现上丘源性神经干细胞能被诱导分化为视网膜神经节细胞。只是到目前为止, 这些细胞能否分化为所有类型的感光细胞还不清楚, 它们能否进行有效的光电信号转换也有待进一步研究。





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