干细胞对视神经损伤的修复作用

干细胞对视神经损伤的修复作用
于莎莎;赵云
【摘要】视网膜神经节细胞损伤或死亡往往会导致视功能不可逆性损害.目前尚无有效的治疗方法修复损伤的视神经,恢复受损的视功能.干细胞具有多向分化潜能,其在视神经保护及损伤修复中的作用日渐成为研究热点.本文旨在对干细胞在视神经损伤修复基础和临床研究方面的进展进行综述.%Injury or death of retinal ganglion cells may lead to irreversibly damage to visual
function.However,no treatment have showed efficiency to replace the damaged cells and restore the visual function.Due to the multi-directionally differentiated potential of stem cells,their role in optic nerve protection and restoration following injury is becoming a hot research spot.The purpose of this article is to summarize the progress of stem cells for the repair of optic nerve in basic and clinical researches.
【期刊名称】《眼科新进展》
【年(卷),期】2018(038)003
【总页数】3页(P298-300)
【关键词】干细胞;神经营养因子;视网膜神经节细胞
【作者】于莎莎;赵云
【作者单位】300020 天津市,天津市眼科医院,天津市眼科学与视觉科学重点实验室,天津市眼科研究所,天津医科大学眼科临床学院;300020 天津市,天津市眼科医院,
天津市眼科学与视觉科学重点实验室,天津市眼科研究所,天津医科大学眼科临床学院
【正文语种】中文
【中图分类】R774
视神经由为数众多的视网膜神经节细胞轴突汇聚而成，它作为人类中枢神经系统的一部分，发挥着将视觉信息从视网膜传递到大脑的重要作用［1-2］。

视神经一旦受到损伤，往往会造成视功能下降、色觉减弱，甚至视力丧失等严重后果［3］。

导致视神经损伤的原因很多，包括青光眼高眼压、外伤性病变、肿瘤性病变、药物中毒、代谢障碍、头颈部放射治疗并发症、炎症反应、遗传性病变以及神经退行性病变等［4］。

目前临床上较为常用的视神经损伤治疗方法主要有药物和手术两大类。

治疗视神经损伤的药物主要有糖皮质激素、维生素类、血管舒张剂、神经营养因子、钙离子通道阻滞剂以及脱水剂等;手术治疗方法主要是视神经管减压术等［5］。

近年来随着组织工程学技术的发展，干细胞在视神经损伤修复方面的研究不断深入［6-7］。

本文就不同类型干细胞在视神经损伤修复基础和临床研究方面的进展进行综述。

1 间充质干细胞对视神经损伤的修复作用
间充质干细胞具有多向分化潜能，可以作为组织损伤修复的重要细胞来源。

它还可以在损伤部位反应性分泌各种生长因子、营养因子、趋化因子和蛋白酶等，起到参与组织器官损伤修复的作用［8］。

在再生医学领域，国内外许多研究者发现间充质干细胞在神经损伤治疗方面有巨大的应用前景［9］。

Chung等［10］建立了大鼠视神经损伤动物模型，并移植人绒毛膜来源的间充质干细胞到损伤的视神经观察治疗效果。

通过检测炎症、凋亡和视神经修复相关因子，并计算视网膜神经节细
胞轴突存活率，以对修复情况进行评价。

结果发现在注射移植人绒毛膜来源的间充质干细胞后1周，视网膜神经节细胞轴突存活率提高，同时神经生长相关蛋白43和乏氧诱导因子-1α的含量也显著升高。

因此研究者认为人绒毛膜来源的间充质干细胞可能是通过包含有神经生长相关蛋白43和乏氧诱导因子-1α在内的系统性修复机制发挥作用的。

Chen等［11］通过实验研究了间充质干细胞对视神经损伤的保护作用，他们将间充质干细胞移植到视神经损伤大鼠的玻璃体内，以观察干细胞对视网膜神经节细胞可能存在的抗凋亡和神经保护作用。

利用荧光金逆行标记视网膜神经节细胞，HE染色检查视网膜形态，免疫组织化学检查半胱天冬蛋白酶3和原位标记法染色检测细胞凋亡情况;同时检测生长相关蛋白43以评价神经轴突的再生情况，检测P2X7受体以观察炎症反应情况。

结果表明在视神经损伤急性期移植间充质干细胞能够显著减少视网膜神经节细胞的凋亡，提高细胞存活率。

但这种保护作用很短暂，在视网膜神经节细胞死亡后将无法再生。

在间充质干细胞移植的早期P2X7受体显著降低，在损伤后期与对照组相比无明显区别。

这表明脐带血间充质干细胞对早期大鼠急性视神经损伤具有抗凋亡、神经保护和抗炎作用，但这种治疗作用不能保持到视网膜神经节细胞损伤的终末期。

Tan等［12］利用SD大鼠制作视神经钳夹伤模型，并向玻璃体内注射骨髓间充质干细胞进行治疗，结果显示与对照组相比注射治疗组有更多的视网膜神经节细胞轴突再生，且注射干细胞组的神经生长相关蛋白43表达相对较高，证明玻璃体内注射骨髓间充质干细胞是一种治疗视神经病变潜在有效的方法。

Junyi等［13］为了研究玻璃体内注射骨髓间充质干细胞是否也能对猫外伤性视神经病变动物模型中视网膜神经节细胞具有保护作用，以及其可能的机制，将骨髓间充质干细胞注入视神经损伤的猫玻璃体内进行治疗，并在干细胞治疗后的第3、7、14和28天利用Dil标记物检查视网膜神经节细胞生存率，用酶联免疫吸附法检查脑源性神经营养因子的表达。

通过定量分析表明在视神经损伤后干细胞治疗组和对照组各个时间点的视网膜神经节细胞数均显著
减少，治疗14 d后干细胞治疗组的视网膜神经节细胞密度高于对照组，在治疗
14 d和28 d后，干细胞治疗组的脑源性神经营养因子表达相对较高，由此表明玻璃体内注射骨髓间充质干细胞可以延缓猫视神经损伤后的神经节细胞凋亡，这种神经保护作用可能与脑源性神经营养因子的分泌增加有关。

Yuan等［14］在以往的研究中发现雌性恒河猴骨髓间充质干细胞相对于雄性恒河猴骨髓间充质干细胞具有更高的神经分化潜能，说明雌性恒河猴骨髓间充质干细胞具有更好的神经保护作用。

他们首先用密度梯度离心法分离并培养了大鼠骨髓间充质干细胞，在新生大鼠视网膜组织中用酶消化法获得视网膜神经节细胞，利用Transwell系统在缺氧环境中将视网膜神经节细胞和骨髓间充质干细胞联合培养，利用流式细胞仪检测半胱天冬酶3活性以评价细胞凋亡情况，结果表明骨髓间充质干细胞具有抵抗低氧诱导的视网膜神经节细胞凋亡的神经保护作用，其中雌性大鼠来源的骨髓间充质干细胞相比于雄性干细胞具有更好的神经保护作用。

2 胚胎干细胞对视神经损伤的修复作用
胚胎干细胞来源于囊胚期胚胎内层细胞团，它可以无限增殖并分化为3个胚层的
细胞［15-16］。

由胚胎干细胞分化的视网膜神经节细胞可以作为视神经损伤后细胞治疗的潜在细胞来源。

同时这种细胞也可以提供研究人视网膜神经节细胞发育、基因调控和神经生物学特征的标本。

Sluch等［17］培养了一种成簇规律间隔短回文重复系统指导的视网膜神经节细胞荧光标记干细胞系，进行从胚胎干细胞向视网膜神经节细胞分化的细胞贴壁培养实验。

结果在不同培养基中成功地用荧光激活细胞分选术分离出一群高度纯化的具有视网膜神经节细胞标记物的细胞，这种细胞表现出视网膜神经节细胞典型的形态和生理特征。

此外，研究者发现纳米纤维排列矩阵可以在培养基中影响胚胎干细胞分化出的视网膜神经节细胞轴突的生长方向。

因此研究者认为这种胚胎干细胞诱导分化培养方法在提供视网膜神经节细胞的细胞来源方面具有很好的研究价值。

3 牙髓干细胞对视神经损伤的修复作用
牙髓干细胞是神经嵴来源的间充质干细胞，这种干细胞相对容易获得，可以非侵袭性的从乳牙和成年人牙髓中分离出来［18］。

现在越来越多的研究表明牙髓干细胞可以作为治疗中枢神经系统疾病和视网膜损伤的细胞来源。

这种细胞可能是通过多种途径发挥其治疗作用，特别是其中包含多种营养因子的旁分泌途径已经逐渐被证实是其发挥作用的主要机制［19］。

Mead等［20］研究了玻璃体内注射牙髓干细胞对大鼠视神经钳夹伤动物模型是否具有治疗作用。

研究者将牙髓干细胞移植于视神经钳夹伤大鼠的玻璃体内，于造模后7 d、14 d和21 d应用光学相干成像技术检查视网膜神经节细胞层厚度以评价视网膜神经节细胞轴突萎缩情况。

造模后21 d，研究矢状位视网膜切片中的视网膜神经节细胞标记物Brn-3a+阳性的细胞数量和纵轴位视网膜切片中神经生长相关蛋白43阳性的轴突数量，作为评价视网膜神经节细胞存活和轴突再生的方法。

结果表明注射移植后的牙髓干细胞能够分泌神经生长因子、脑源性神经营养因子和神经营养因子3，而且牙髓干细胞分泌神经生长因子和脑源性神经营养因子的能力显著高于骨髓间充质干细胞。

因此他们认为玻璃体内注射的牙髓干细胞能够通过调节神经营养因子显著提高视神经钳夹伤后视网膜神经节细胞的生存水平，促进轴突再生。

4 人体诱导多能干细胞对视神经损伤的修复作用
诱导多能干细胞是指通过特殊的重新编程方法，将体细胞诱导转化为具有胚胎干细胞特征和功能的多能干细胞［21］。

日本科学家 Takahashi等［22］于2006年首次成功培养出诱导多能干细胞，随后这种干细胞受到了广泛的关注。

后来人们尝试将其应用于视神经损伤修复研究。

Satarian等［23］发现诱导多能干细胞在特定培养环境下能够被Noggin和视黄酸诱导分化为神经前体细胞。

他们用绿色荧光蛋白或荧光示踪剂Dil标记由诱导多能干细胞分化的特定神经前体细胞，在视神经钳夹伤2 d后将其移植于视神经损伤大鼠，利用视觉诱发电位进行功能分析时
发现了典型的振幅恢复。

在诱导多能干细胞分化的神经前体细胞移植组神经生长相关蛋白43表达增加。

移植60 d后诱导多能干细胞分化的神经前体细胞已经与视
网膜神经节细胞融合为一种细胞，且表达同样的神经细胞标记物。

5 脐带血干细胞对视神经损伤的修复作用
脐带血中含有多种类型的干细胞，主要包括造血干细胞、间充质干细胞、内皮主细胞等，其中造血干细胞为脐带血中含量较多的干细胞类型［24］。

脐带血干细胞
潜在的视神经保护作用也是目前研究的热点。

Jiang等［25］研究了人脐带血干细胞移植对外伤性视神经病变的治疗作用，并探讨移植干细胞参与视神经修复的机制。

他们夹持SD大鼠视神经30 s制作视神经钳夹伤模型，然后将人脐带血干细胞通
过显微注射入损伤大鼠的玻璃体内。

通过闪光视觉诱发电位检查评价视神经功能，利用原位末端脱氧核苷酸转移酶标记法检测视网膜组织的凋亡情况，结果显示损伤后移植人脐带血干细胞能够显著延缓视神经功能下降，同时干细胞治疗组视网膜神经节细胞数量相比对照组多，且凋亡细胞数量更少。

Zhao等［26］为了研究脐带血干细胞的视神经保护作用，制作大鼠视神经钳夹伤动物模型，将135只造模大
鼠平均分为假手术组、钳夹伤模型组和干细胞移植组。

干细胞移植组于造模后7 d 给予人脐带血干细胞玻璃体内注射治疗，同样剂量的生理盐水对另外两组进行玻璃体内注射，于造模3 d、7 d、21 d和28 d后进行HE染色检查，利用荧光金逆
行标记示踪视网膜神经节细胞，通过RT-PCR检测脑源性神经营养因子、胶质源
性神经营养因子的mRNA表达水平，结果表明脐带血干细胞移植组视网膜神经节细胞数增多，脑源性和胶质源性神经营养因子mRNA表达水平增高，且组织病理学检查显示损伤组织得到显著改善。

这说明经玻璃体内注射脐带血干细胞对外伤性视神经病变后视网膜神经节细胞存活具有显著的保护作用，其发挥保护作用的机制可能与脐带血干细胞持续分泌脑源性和胶质源性神经营养因子有关。

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