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医学论文范文 干细胞在视网膜疾病中的研究进展

时间:2014-04-24 14:44来源:作者:点击:
  视网膜光感受器的丢失导致视网膜退行性病变,如视网膜色素变性、老年性黄斑病变、Leber遗传性视神经病变、锥体杆体营养不良等。针对传统治疗方法在这一领域的空白,科研工作者和临床医生近年尝试通过药物治疗营养神经,手术治疗譬如视网膜移植、人工视网膜置换,以及基因治疗等手段来阻止、修复视网膜光感受器细胞,但均未取得理想的治疗效果。近年来随着干细胞研究的兴起与深入,为治疗这类眼病提供了一条新的途径。
 
  干细胞这一概念自19世纪首次出现以来已得到越来越广泛的应用。虽然至今仍然没有一个可被广泛接受的定义,但人们常用的概念是指那些具有自我更新和分化潜能的细胞。干细胞不但可以通过细胞分裂维持自身细胞的特性,而且可以分化为其他类型的细胞。干细胞可以分为胚胎干细胞和成体干细胞,和诱导性多功能干细胞。本文就近年来用于治疗视网膜疾病的干细胞来源作一综述。
 
  1 胚胎干细胞(embryonic stem cell,ESC)ESC取自胚胎或胎儿中的多能性细胞群,细胞可在体外无限增殖,并能分化为各种细胞类型。体外实验发现,在一定培养条件下的人胚胎干细胞可分化为视网膜神经元,并整合到了变性的小鼠视网膜上,表达感光细胞特异性标记物。体内试验研究发现,直接将ESC眼内移植,可以在眼内形成视网膜神经节样细胞;在遗传性视网膜变性小鼠玻璃体腔内移植ESC源性的神经祖细胞,视网膜病理切片显示,移植细胞与视网膜变性小鼠视网膜在16周时整合,并表达特异性视网膜神经元标志物。大鼠ESC可以在体外诱导分化为色素上皮细胞,并将其移植到遗传性视网膜变性鼠的视网膜下,视网膜病理切片及电生理检查发现,移植细胞具有视网膜色素上皮细胞的形态和生理特性。
 
  然而ECS全能性分化的特点,使其具有潜在致瘤性这一致命性缺点。将ESC移植前先进行体外诱导产生NSC,再将ESC和NSC分别移植到视网膜退行性病变鼠的视网膜下,发现植入的ESC增殖快并造成视网膜结构损伤,移植6周后发现视网膜内有肿瘤物形成,而再植人ESC源性的NSC实验中,没有发现肿瘤物形成,说明ESC移植前的预处理能有效避免肿瘤物的形成。Arnhold等E惶]研究发现,在胚胎干细胞内转染入自杀基因,也可以降低其致瘤性风险。伦理道德影响和诱导分化可控性差等因素阻碍了ESC在临床上的应用。因此如何定向诱导分化ESC,如何解决移植后的致瘤性问题,都迫切需要建立一系列完善理论和可靠的技术方法。
 
  2 成体干细胞成体干细胞广泛存在于胎儿、儿童、成人组织。这一类具有自我更新和分化能力的多潜能干细胞统称为成体干细胞。目前已经确定的含有成体干细胞的组织和器官包括:骨髓、牙髓、外周血、脐带血、骨骼肌、皮肤、消化系统的上皮组织、角膜、视网膜、肝脏、胰腺和脑等,可用于治疗视网膜疾病的成体干细胞的来源可分为眼源性和非眼源性。
 
  2.1 非眼源性成人干细胞
 
  2.1.1 间充质干细胞(mesenchymal stem cell,MSC) MSC是来源于中胚层的多能干细胞E 。将MSC移植入视网膜损伤鼠玻璃体腔,发现MSC能整合人宿主视网膜并能分化为视网膜神经样细胞。
 
  将MSC移植入RCS鼠视网膜下,发现移植细胞能迁移、整合到RCS鼠视网膜色素上皮层,并具有RPE细胞表型。然而,MSC移植后诱导分化为视网膜细胞的机制还不清楚,分化效率也不理想。但是间充质干细胞因其具有来源丰富、取材方便的优点,低免疫原性的特点,避免伦理学争论的优势,所以在视网膜疾病的治疗中有着较为广阔的应用前景。
 
  2.1.2 神经干细胞(neural stem cell,NSC) NSC同样具有干细胞自我更新和多向分化的特性。研究显示,神经干细胞可分化为神经元细胞、少突胶质细胞和星形胶质细胞。移植的NSC在正常和损伤的视网膜中均表现出良好的生存、迁移、分化能力。将NSC移植入新生鼠的眼内,发现其可与视网膜整合,但未表达视网膜神经元特异性标记物。将NSC移植人视网膜机械损伤的成年鼠玻璃体腔内,视网膜病理切片显示移植细胞可与视网膜整合,并显示神经元和星形胶质细胞的表面标志物。
 
  2.2 眼源性成人干细胞
 
  2.2.1 睫状上皮层源性干细胞 睫状体兼有中胚叶和外胚叶来源,无色素上皮和色素上皮来源于眼杯内层的神经上皮层。睫状上皮层是视网膜神经感觉层的连续和延伸。而在胚胎时期,视觉神经元生发于视网膜神经感觉层,由此推论成年后的睫状上皮层中仍可能保留有部分神经干细胞。早在20世纪70年代,人们发现在鱼和两栖动物的视网膜与虹膜交接处存在可发生为新生视网膜神经元的干细胞。随后相继报道在哺乳动物成年鼠、猪、人的睫状色素上皮层中也存在具有干细胞特征的前体细胞。Bhairavi等。
 
  研究发现,人视网膜干细胞位于睫状体的非色素上皮层。研究结果表明,睫状体上皮来源的视网膜干细胞眼内移植并分化成熟为视网膜神经元是可能的。睫状体上皮源性的视网膜干细胞,因其存在于视网膜发生、生长的微环境之中,向视网膜细胞分化的潜能更大。
 
  如何扩增眼源性的视网膜干细胞成为为研究的瓶颈,而且这类研究多为实验研究,移植后的细胞是否与视网膜神经元建立突触联系,是否真正具有参与视觉成像能力尚待证实。
 
  2.2.2 Mailer细胞源性干细胞 Miller细胞是视网膜发育的终末细胞,是一种特殊的神经胶质细胞。
 
  视网膜损伤刺激MOiler细胞增殖、分化,并表达视网膜祖细胞的特异标志物。体外培养的Mailer细胞,同时运用转基因,引导去分化方向,能分化为多种类型的视网膜细胞,包括光感受器细胞、双极细胞、无长突细胞以及Mailer细胞。视网膜下腔移植具有神经干细胞特性的Miiller细胞可以显著延缓视网膜变性动物的视网膜变性进程。关于MOiler细胞的多向分化潜能和怎样用这些潜能治疗视网膜病变的实际方法,有待进一步研究。
 
  3 诱导性多功能细胞2006年,Yamanaka等用逆转录病毒将0ct3/4、Sox2、c—Myc、KH4导入小鼠的成纤维细胞中,成功诱导出具有胚胎干细胞特性的多功能细胞,即诱导性多功能细胞(induced pluripotent stem cell,iPS cel1)。
 
  2007年,他们又同样成功地编程了人皮肤成纤维细胞。将诱导出的iPS细胞置入人体某种特定的微环境内,就能让其分化培育出特定的组织或器官。iPS细胞不但具备自我更新和分化的特性,而且来源广泛,易于获得个体特异性的诱导性多功能细胞,同时不涉及伦理争论。
 
  iPS细胞可分化为光感受器细胞。2009年,Yasuhiko等在微环境中加入wnt通路和Nodal通路的拮抗剂Dkkl和LefiyA,将小鼠和人类的iPS细胞分化为光感受器细胞。Lambs等通过构建光感受器间维生素A类结合蛋白(一种光感受器细胞特异性标记物)、绿色荧光蛋白的慢性病毒复合体,将其转染于iPS细胞;通用荧光活化细胞分选系统,对转染后的小细胞进行筛选;将筛选细胞移植于健康小鼠的视网膜,结果显示,移植细胞可整合到宿主视网膜,并检测其表达维生素A类结合蛋白。Amanda等研究发现,iPS细胞也可诱导分化为视网膜色素上皮细胞,移植至视网膜膜营养不良的大鼠模型中,短期观察iPS细胞来源的视网膜色素上皮细胞通过吞噬作用维持光感受器细胞的功能;长期观察移植细胞丧失后宿主视力仍可维持,推测与移植细胞对宿主细胞的保护作用相关。2010年,Sowmya等l2叼完成了小鼠iPS细胞向视网膜神经节细胞方向的分化实验。得到的细胞高表达视网膜神经节细胞分化的调节基因Ath5、Wtl、Bm3b、Rpfl和lrx2;将分化后的细胞移植到小鼠上丘后发现其轴突特异地向上丘投射,结合电生理实验结果,进一步证实了iPS细胞可向视网膜神经节细胞分化。虽然iPS细胞有着上述许多优点,但仍面临许多问题,如致瘤的风险和较低的诱导效率,仍需进一步研究。
 
  4 结语和展望综上所述,干细胞在体外培养、纯化、增殖,定向诱导分化为视网膜干细胞,以及移植方面的研究进展,为视网膜结构和功能重建带来了曙光。但是,各种类型的干细胞都有着其不可回避的缺点,尤其是如何分化为特异性的视网膜终末细胞为其共性问题,这些都成为干细胞移植治疗视网膜疾病的障碍。随着科学技术的进步,相信干细胞移植一定会突破瓶颈,翻开了视网膜疾病治疗的新篇章。
 
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