视神经损伤是许多眼部疾病,包括青光眼高眼压、外伤性病变、肿瘤性病变、代谢障碍、头颈部放射治疗并发症、以及神经退行性病变等导致视功能损害的共同作用环节。
其病理改变均为视网膜神经节细胞(RGCs)的不可逆丢失,严重时会造成患者视神经萎缩和视功能丧失。
目前临床上视神经损伤的治疗方法主要是行视神经管减压术及给予神经营养物质,但视神经和中枢神经系统一样,再生能力极弱。近年来随着生物医学的发展,干细胞在视神经损伤修复方面的研究不断深入,或可带来新希望。
用于视神经损伤治疗的干细胞
1、间充质干细胞
间充质干细胞(mesenchymalstemcells,MSCs)是目前研究最为成熟、应用最为广泛的一类干细胞,具有多方面优点:
来源广泛易获得
免疫排斥反应较弱
分离培养增殖速度快
多向分化潜能,易于外源基因转染表达
不存在伦理争议和法律问题
MSCs移植进中枢神经系统后迁移至全脑并分化为各型神经细胞,其作用机制主要是以下3个方面:
MSCs向病变组织渗透融合、替代损伤细胞、重建神经环路
MSCs在新环境诱导下表达出神经细胞表型
MSCs与宿主神经组织互相作用促进神经营养因子生成
目前临床上应用hUCBSCs移植治疗视神经损伤对比移植前后,患者视力、闪光型视觉诱发电位均有改善,证明采用hUCBSCs移植治疗视神经损伤有效。
2、神经干细胞
神经干细胞(neuralstemcells,NSCs)具有分化为神经元、星形胶质细胞和少突胶质细胞的能力,与宿主神经组织融合良好,并能长期存活。
NSCs移植后能够移行整合至视网膜并分化为各型细胞,建立广泛的细胞连接,甚至长出神经纤维伸入视神经起始端。同时通过对局部微环境调控,分泌神经营养因子及信号分子,启动宿主内源性修复机制,为内源性NSCs提供生存支持并激活其分化为神经细胞。
3、视网膜干细胞
视网膜干细胞(retinalstemcells,RSCs)存在于色素睫状体边缘区域和视网膜的胶质细胞,如Müller细胞。RSCs在正常视网膜微环境中处于相对静默状态,视网膜损伤和外源因子可激发RSCs增生,并表达视网膜干细胞标志物。
Fischer等通过对鸡的视网膜研究发现,损伤和外源因子刺激可导致Notch和Wnt信号通路高表达促使Müller细胞增生分化为新的视网膜神经细胞替代损伤细胞。
4、iPS诱导多能干细胞
诱导多能干细胞(inducedpluripotentstemcells,iPScells)是利用病*载体将四个转录因子(Oct4,Sox2,Klf4和c-Myc)的组合转入小鼠成纤维细胞,使其重新编程得到的在形态学、基因和蛋白表达、细胞倍增能力、分化能力等方面都与胚胎干细胞极相似的细胞,称为iPS细胞。
目前,已有学者将iPS细胞应用于眼科领域的研究。成功诱导小鼠iPS细胞向RGCs的分化,得到的细胞不但高表达RGCs分化的调节基因,且与小鼠上丘共培养后发现其轴突可以特异地向上丘投射并形成突触结构,充分证明了iPS细胞可以分化成为RGCs。
iPS细胞是取材自患者自身体细胞诱导得到的高度特异性干细胞,避免了移植后的免疫排斥反应和伦理争议。但目前仍面临如致瘤风险和诱导效率较低等问题。
干细胞治疗视神经损伤的展望
Koike等学者将人脐血干细胞(hUCBSCs)移植入小鼠视网膜下腔,2周后观察到部分hUCBSCs分化为视网膜神经细胞,揭示了细胞替代可能是MSCs用于治疗视神经损伤的重要机制。更换移植部位后进行类似实验,证实玻璃体腔内移植MSCs可有效减缓视神经损伤后RGCs继发性破坏,抑制其凋亡。
年12月3日,哈佛大学医学院DavidSinclair团队的吕垣澄博士与何志刚及BruceKsander等团队合作在Nature上发表了题为Reprogrammingtorecoveryouthfulepigeneticinformationandrestorevision的封面文章。该研究利用基因治疗诱导神经节细胞重编程,恢复年轻的表观遗传信息,从而使得视神经能在损伤后再生,并逆转青光眼和衰老造成的视力下降。
吕垣澄通过与脊髓损伤神经再生领域的专家何志刚教授的团队合作,对OSK诱导的重编程能否逆转视神经节细胞的年龄和恢复神经再生的能力进行了测试。结果显示,视神经损伤后诱导重编程,不仅能成倍提高成年小鼠视神经细胞存活的概率,而且可将视神经再生的能力提高五倍以上。
年老小鼠的视神经损伤后(蓝色处),神经轴突于损伤处断裂并退化,正常状况下无法再生(上图),而被OSK表达逆转了年龄的视神经节细胞则能够重新再生轴突。
经过反复的临床试验,间充质干细胞被证实在对视网膜疾病中具有良好的效果。
国际电视台CGTN报道了一则新闻——伦敦国王学院与Moorfields医院正在研究一种将干细胞植入眼睛后部,以恢复视力的新技术。
目前,这一技术已经在两名患者身上成功地进行了测试。这两名患者原先根本无法进行阅读,经过治疗后,可以佩戴普通老花镜进行阅读,每分钟可以阅读60-80个单词。
14名患者接受间充质干细胞
视网膜色素变性是一个统称,囊括了一系列具有遗传性、进行性光感受器或视网膜色素上皮细胞变性,以及功能障碍的疾病。若患上此疾病,最终逃不过逐渐丧失视力,直到失明的结局。
中山大学中山眼科中心的科研人员招募了14名晚期视网膜色素变性的患者,根据以下流程开展了实验:将所有参与者的右眼作为实验组,其中又根据玻璃体内注射间充质干细胞的浓度不同,细分为三组(低剂量、中剂量、高剂量),将左眼作为对照组。
实验结果从以下几部分开展分析:
1、平均最佳矫正视力:所有患者的平均最佳矫正视力均有改善。令人惊奇的是,相比于左眼(对侧眼睛),低剂量组观察到的改善效果最为明显。但经过一年的随访,发现几乎所有的患者的平均最佳矫正视力又开始逐渐下降,渐渐恢复到原来水平。
2、短期疗效评价:评估了患者的视力、视野以及生活质量情况。几乎所有患者视力都得到了一定程度的改善,相比于对侧眼睛,接受了间充质干细胞的眼睛可以更好地看到光线以及颜色,提高了患者的生活质量,且这种改善不会随着时间的发展而逐渐下降到原来的水平。
3、安全性评估:患者在注射间充质干细胞后,会发生眼睛炎症、眼压升高的情况,但可以治愈。最轻微的炎症发生在低剂量组,该组接受的细胞数量最少。这种炎症反应是短暂的,在没有对症处理的前提下,所有组的炎症反应都在14天后恢复到原先水平。此外,患者在注射后会立即出现眼压升高的情况,但随后也可以恢复到原先水平。在整个实验期间,没有参与者的视力或视野迅速下降,揭示了间充质干细胞治疗对于这一疾病是安全的。
这项研究证明了玻璃体内注射间充质干细胞,对晚期视网膜色素变性参与者的安全性、可行性和短期疗效,证实了干细胞治疗对患者的生活质量有着一定的改善。虽然试验中患者的视力改善存在着不稳定的情况,但是未来,随着实验方案的不断完善,间充质干细胞治疗视网膜色素变性将会越来越成熟!