干細(xì)胞—恢復(fù)光明的新生力量
假如上帝給你三天光明，你最想讓你的目光停留在什么地方？美國著名作家海倫·凱勒在所著《假如給我三天光明》中是這樣回答的——我一定會讓目光停留在珍愛的東西上，以便在未來黑暗中一一把它們回想。這是多么無奈的選擇，悲壯而蒼涼……而如今，隨著生物科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，干細(xì)胞開啟了眼病治療的新篇章。
針對不同眼疾的現(xiàn)代治療方法日新月異。近年來，眼科專家已經(jīng)在干細(xì)胞研究上投入了大量的關(guān)注。目前，干細(xì)胞已經(jīng)在很多種眼部病變的治療中得到了長足的進(jìn)步。
一、近視
隨著科技的發(fā)展，電視、手機(jī)和平板電腦的無處不在，豐富視野的同時，也大大減少了人們戶外活動的時間，2021年7月份國家衛(wèi)健委公布的數(shù)據(jù)顯示，2020年我國兒童青少年總體近視率為52.7%，較2019年上升了2.5％。
近視發(fā)病的年齡越來越小，高度近視的人群也越來越多，迫切需要有效的治療手段可以阻止兒童期近視的發(fā)展，降低近視的發(fā)病率。
間充質(zhì)干細(xì)胞已成功應(yīng)用于多種結(jié)締組織再生/重建的臨床應(yīng)用，間充質(zhì)干細(xì)胞的特性使其成為鞏膜加固的理想候選細(xì)胞[1]。由于近視發(fā)展的病理機(jī)制（如圖1）與干細(xì)胞特性相一致，鞏膜下注射間充質(zhì)干細(xì)胞可以使近視患者原本脆弱的鞏膜有所增強(qiáng)，移植細(xì)胞有望分化成纖維母細(xì)胞，產(chǎn)生細(xì)胞外基質(zhì)，加強(qiáng)鞏膜，阻止眼球伸長，從而預(yù)防或阻止近視（如圖2）。
圖1：嚴(yán)重近視發(fā)展的示意圖，以及干細(xì)胞治療在限制疾病進(jìn)展中的潛在作用。注意隨著時間的推移，眼軸拉長，鞏膜變薄，以及在早期治療的情況下阻止疾病進(jìn)展的前景。
圖2：應(yīng)用干細(xì)胞相關(guān)療法可以潛在地利用預(yù)防近視進(jìn)展的機(jī)制。這些包括將注射的間充質(zhì)干細(xì)胞與直接機(jī)械支持的鞏膜結(jié)構(gòu)結(jié)合，以及通過產(chǎn)生多巴胺間接刺激鞏膜組織，從而阻止眼球伸長。
二、視網(wǎng)膜色素變性
視網(wǎng)膜色素變性（RP）是一組遺傳性眼病，是由于視網(wǎng)膜細(xì)胞受損并最終死亡，導(dǎo)致視力逐漸喪失。由于視神經(jīng)和視網(wǎng)膜神經(jīng)節(jié)細(xì)胞沒有再生能力，所以在受損凋亡后會造成不可逆的損傷。
間充質(zhì)干細(xì)胞在退行性疾病中的主要作用機(jī)制是通過分泌生長因子調(diào)節(jié)具有旁分泌作用的微環(huán)境，它們可作為營養(yǎng)因子的來源，促進(jìn)細(xì)胞存活并激活內(nèi)在修復(fù)機(jī)制[2]。因為MSC在細(xì)胞表面不表達(dá)主要組織相容性復(fù)合體 (MHC)， 這一優(yōu)勢允許自體或同種異體使用而沒有排斥的風(fēng)險，移植后，患者不需要接受任何免疫抑制治療來預(yù)防排斥反應(yīng)[3-4]。
《Research Gate》網(wǎng)站刊登的臨床3期試驗，由經(jīng)驗豐富的外科醫(yī)生在局麻下采用被稱為Limoli的視網(wǎng)膜修復(fù)技術(shù)（LRRT）。Limoli等人對此進(jìn)行了描述[5-7]，將干細(xì)胞懸液注射到移植的脈絡(luò)膜和鞏膜之間的脂肪組織中，手術(shù)過程中，每只眼睛都接受了500萬個UC-MSC，并進(jìn)行了為期六個月的隨訪觀察（如圖3，圖4）[8]。
圖3：患者治療前(a)和治療后6個月的視野測量結(jié)果(B)研究期間周圍視野缺損減少。
圖4：同一患者治療前(A)和治療后6個月多焦視網(wǎng)膜電圖（mfERG）記錄(B)彩色圖和三維可視化圖顯示mfERG記錄的改善，特別是中央環(huán)mfERG記錄的改善。
2010年，美國ACT公司(advanced cell technology)獲得FDA許可，利用胚胎干細(xì)胞衍生的視網(wǎng)膜色素上皮細(xì)胞（RPE)對治療兩種退行性眼疾?。焊尚阅挲g相關(guān)性黃斑變性（Dry age-relatedmacular degeneration，AMD）和少年型黃斑營養(yǎng)不良（Stargardt病）。這是FDA批準(zhǔn)的涉及到源自人類胚胎干（hES）細(xì)胞的第二項臨床試驗。
2012年，該研究機(jī)構(gòu)在《柳葉刀》（The Lancet）雜志發(fā)表了一篇文章《Embryonic stem cell trials for macular degeneration: a preliminaryreport》[9]。美國研究人員利用人類胚胎干細(xì)胞(hESC)治療了兩名患有不同退化性眼疾病的患者，初期數(shù)據(jù)表明hESC治療不僅安全，且顯示出了一些治療效力。他們將hESCs誘導(dǎo)生成了早期骨細(xì)胞和神經(jīng)組織細(xì)胞，隨后這些細(xì)胞分化形成了視網(wǎng)膜上皮細(xì)胞，其純度超過99%。
研究人員將大約5萬個分離出來的視網(wǎng)膜上皮細(xì)胞注入到兩名患者的視網(wǎng)膜下，其中一名老年女患者在其70多歲時患上了干性年齡相關(guān)性黃斑變性，而另一名中年女患者則患有Stargardt病，因而導(dǎo)致了二者失明。4個月后，研究人員發(fā)現(xiàn)RPE已被注入的視網(wǎng)膜上皮細(xì)胞完全取代，數(shù)據(jù)證實注入的細(xì)胞存活了下來，并很大程度上改善了她們的視力。（如表）
三、黃斑變性
黃斑變性通常是高齡退化的自然結(jié)果，隨著年齡增加，視網(wǎng)膜組織退化，變薄，引起黃斑功能下降。黃斑變性分為年齡相關(guān)性黃斑變性和少年黃斑變性兩種。年齡相關(guān)性黃斑變性(ARMD) 在過去幾十年里發(fā)病率呈不斷上升的趨勢，是造成60歲以上人群失明的主要原因之一[10-11]。
黃斑變性的疾病特點在于視網(wǎng)膜色素上皮細(xì)胞（RPE）的喪失 ，進(jìn)而使光感受器細(xì)胞(視錐、視桿細(xì)胞)等發(fā)生退行性改變；使患者逐步喪失視覺的敏銳度，無法讀書看報和駕車出行。然而現(xiàn)階段的臨床治療均無法根除病因，且部分患者對治療反應(yīng)差。因此人們開始探索新的黃斑變性治療方法。通過干細(xì)胞療法取代患者體內(nèi)垂死的RPE細(xì)胞，從而在視力喪失發(fā)生之前挽救眼睛。
RPE 能夠從人胚胎干細(xì)胞（human embryonic stem cells，hESCs）或人誘導(dǎo)多能干細(xì)胞（iPSC）分化而來[12-14]。在光感受器受到不可逆損壞之前，用干細(xì)胞分化來的 RPE 細(xì)胞補充丟失或退化的 RPE 細(xì)胞，分化出的細(xì)胞具有和RPE 細(xì)胞相似的形態(tài)，能夠表達(dá) RPE 標(biāo)記物，并具有吞噬光感受器外節(jié)的能力[15]。
發(fā)表在《自然生物技術(shù)》上的一篇文章[16]描述了一種由干細(xì)胞衍生而來的視網(wǎng)膜色素上皮層貼片，可用于治療因黃斑變性引起的突發(fā)性嚴(yán)重失明。研究人員使用專門設(shè)計的顯微外科工具將貼片植入兩名嚴(yán)重滲出性黃斑變性患者的一只眼視網(wǎng)膜下間隙。通過生物顯微鏡和光學(xué)相干斷層掃描術(shù)成功植入視網(wǎng)膜色素上皮層貼片并存活，手術(shù)12個月后，兩名患者的視力分別提高29和21個字（如圖5）。這項臨床研究為人胚胎干細(xì)胞RPE貼片移植作為治療年齡相關(guān)性黃斑變性的可行性和安全性提供了依據(jù)。
圖5：病例1和2的最佳矯正視力和閱讀速度
（a） 患者1的最佳矯正視力超過12個月。
（b） 患者1的閱讀速度超過12個月。
（c） 患者2的最佳矯正視力超過12個月。
（d） 患者2的閱讀速度超過12個月。
四、青光眼
青光眼是一種神經(jīng)變性疾病，它的病理特征是視神經(jīng)萎縮、視野缺損，從而導(dǎo)致視覺功能損害，以致視力下降，嚴(yán)重者可能失明。致病機(jī)理是病理性的眼壓增高、視神經(jīng)供血不足。
目前的治療手段是通過藥物或手術(shù)降低眼壓及進(jìn)行視神經(jīng)保護(hù)治療。這些手段僅能起到一定保護(hù)的作用，但不能從根本上阻止視神經(jīng)損傷。
有科研人員利用間充質(zhì)干細(xì)胞治療動物視神經(jīng)損傷模型發(fā)現(xiàn)治療效果明顯，其機(jī)制是歸巢的間充質(zhì)干細(xì)胞通過旁分泌作用分泌細(xì)胞因子，對損傷的神經(jīng)細(xì)胞進(jìn)行修復(fù)[17]。
2013年，Stem Cells雜志發(fā)表了一篇文章《Transplantation of Mesenchymal Stem Cells Promotes TissueRegeneration in a Glaucoma Model Through Laser-Induced Paracrine FactorSecretion and Progenitor Cell Recruitment》[18]。
來自加拿大的研究人員在青光眼模型中移植入間充質(zhì)干細(xì)胞，通過激光誘發(fā)的旁分泌因子分泌和祖細(xì)胞增殖可以促進(jìn)青光眼的組織再生。實驗顯示，骨髓中的間充質(zhì)干細(xì)胞誘發(fā)小梁網(wǎng)細(xì)胞的再生，注射進(jìn)眼前房比造血細(xì)胞更能有效引起眼內(nèi)壓(IOP)下降(p<0.001)（如圖6）。此外，間充質(zhì)干細(xì)胞和它們分泌的因子誘發(fā)睫狀體中祖細(xì)胞池再活化，促進(jìn)細(xì)胞增殖（如圖7）。
激光誘發(fā)的組織重構(gòu)將間充質(zhì)干細(xì)胞按照預(yù)定目標(biāo)導(dǎo)入受損區(qū)域，并使眼祖細(xì)胞也有一定的增加。該研究證實間充質(zhì)干細(xì)胞及其分泌組分是開角型青光眼通過局部神經(jīng)祖細(xì)胞進(jìn)行組織修復(fù)的關(guān)鍵介質(zhì)。
圖6：MSC（間充質(zhì)干細(xì)胞）誘導(dǎo)實驗性青光眼眼壓迅速恢復(fù)正常。
（A） ：眼前房注射1×106 骨髓單核細(xì)胞（紅色）、1×106淋巴細(xì)胞（黑色）、生理鹽水（綠色），不接受額外治療（藍(lán)色）。灰色區(qū)域表示眼內(nèi)壓正常范圍。眼內(nèi)壓報告為四個實驗的平均值±SEM，每組評估12只動物。
（B） ：0.5×106 T細(xì)胞（黑色）或0.5×106 間充質(zhì)干細(xì)胞（紅色）在激光照射后眼內(nèi)注射，并如上所述進(jìn)行評估。評估每組9只動物的三個實驗的平均值±SEM。
圖7：激光照射常氧或低氧MSC-CM（條件培養(yǎng)基）后立即處理的大鼠眼前節(jié)用蘇木精-伊紅（H&E）染色。在MSC-CM注射后第4天和第14天進(jìn)行評估。
五、白內(nèi)障
白內(nèi)障是指眼球內(nèi)的晶狀體發(fā)生混濁、由透明變成不透明，阻礙光線進(jìn)入眼內(nèi)，從而影響視力。早期混濁輕微或范圍較小時不影響視力，而后逐漸加重至明顯影響視力甚至失明。白內(nèi)障引起的視力下降是無法通過配戴眼鏡矯正的。世界衛(wèi)生組織估計全世界有大約2000萬人由于白內(nèi)障而致盲，是世界排名首位的致盲眼病。
傳統(tǒng)的治療方法通常使用超聲波軟化并破碎晶狀體，把晶狀體沖出，隨后，醫(yī)生再在患者眼中植入人工晶狀體，但是，術(shù)后可能會出現(xiàn)重癥炎癥和并發(fā)癥，甚至可能導(dǎo)致不可逆性眼盲。人工晶體不僅價格不菲，更不具備靈敏且精確的生理調(diào)節(jié)能力，甚至術(shù)后常常出現(xiàn)眩光癥狀而影響視覺質(zhì)量[19]。這些人工晶狀體固有的缺陷促使人們?nèi)ヌ剿餍碌陌變?nèi)障治療方法。
中山大學(xué)眼科中心劉奕志教授領(lǐng)銜的團(tuán)隊，發(fā)現(xiàn)眼球的晶狀體上存在內(nèi)源性的干細(xì)胞，并利用這種干細(xì)胞在原位再生出透明的晶狀體，首次實現(xiàn)了人體有生理功能的實體組織器官再生，并用于臨床治療先天性白內(nèi)障。這一研究結(jié)果于2016年3月發(fā)表在《自然》雜志上[20]。實驗中12名2歲以內(nèi)的先天性白內(nèi)障患兒接受了這種全新手術(shù)方式，術(shù)后再生出功能性晶狀體，并將復(fù)發(fā)率降低20倍以上，該項臨床試驗證實了新術(shù)式在治療先天性白內(nèi)障中的安全性和有效性，為白內(nèi)障治療提供了全新的策略，并開辟了組織再生及干細(xì)胞臨床應(yīng)用的新方向。
除此之外，角膜緣干細(xì)胞（limbal stem cell）、口腔黏膜上皮細(xì)胞（mucosalepithelial cells）、角膜上皮干細(xì)胞（corneal epithelial stem cell）等移植治療角膜損傷；胚胎來源的色素上皮細(xì)胞（ES derived RPE）以及造血干細(xì)胞、間充質(zhì)干細(xì)胞移植治療于自身免疫引起的一些眼部病變等研究也正在如火如荼的進(jìn)行中。
全世界的科研工作者們從未停下追逐光明的腳步，相信在不久的將來，干細(xì)胞能夠治愈更多的眼疾，給眼疾患者帶來光明。
參考文獻(xiàn)：
【1】MIROSLAW JANOWSKI,Jeff W M Bulte.Concise Review: Using Stem Cells to Prevent the Progression of Myopia—A Concept.STEM CELLS 2015;33:2104–2113 www.StemCells.com.
【2】Ng TK, Fortino VR, Pelaez D, et al. Progress of mesenchy-mal stem cell therapy for neural and retinal diseases. World J Stem Cells 2014; 6: 111–119.
【3】Nauta AJ and Fibbe WE. Immunomodulatory properties of mesenchymal stromal cells. Blood 2007; 110: 3499–3506.
【4】Kyurkchiev D, Bochev I, Ivanova-Todorova E, et al. Secretion of immunoregulatory cytokines by mesenchymal stem cells. World J Stem Cells 2014; 6(5): 552–570.
【5】Limoli PG, Limoli C, Vingolo EM, Scalinci SZ, Nebbioso M. Cell surgery and growth factors in dry age-related macular degeneration: visual prognosis and morphological study. Oncotarget 2016;7(30):46913-46923.
【6】Limoli PG, Vingolo EM, Morales MU, Nebbioso M, Limoli C. Preliminary study on electrophysiological changes after cellular autograft in age-related macular degeneration. Medicine (Baltimore) 2014;93(29):e355.
【7】Limoli PG, Vingolo EM, Limoli C, Nebbioso M. Stem cell surgery and growth factors in retinitis pigmentosa patients: pilot study after literature review. Biomedicines 2019;7(4):E94.
【8】Neslihan Sinim Kahraman , Ayse Oner. Umbilical cord derived mesenchymal stem cell implantation in retinitis pigmentosa: a 6-month follow-up results of a phase 3 trial. DOI:10.18240/ijo.2020.09.14.
【9】Schwartz SD et al (2012): Embryonic stemcell trials for macular degeneration: a preliminary report,TheLancet,379(9817):713-720.
【10】Friedman DS, O’Colmain BJ, Munoz B, Tomany SC, McCarty C, de Jong PT, et al. Prevalence of age-related macular degeneration in the United States. Arch Ophthalmol 2004; 122(4): 564-72.
【11】Klein R, Klein BE, Lee KE, Cruickshanks KJ, Gangnon RE. Changes in visual acuity in a population over a 15-year period: the Beaver Dam Eye Study. Am J Ophthalmol 2006; 142(4): 539-49.
【12】Carr AJ, Vugler AA, Hikita ST, et al. Protective effects of human iPS-derived retinal pigment epithelium cell transplantation in the retinal dystrophic rat. PLoS ONE 2009;4:e8152.
【13】Cho MS, Kim SJ, Ku SY, et al. Generation of retinal pigment epithelial cells from human embryonic stem cell-derived spherical neural masses. Stem Cell Res 2012;9:101–9.
【14】Buchholz DE, Hikita ST, Rowland TJ, et al. Derivation of functional retinal pigmented epithelium from induced pluripotent stem cells. Stem Cells 2009;27:2427–34.
【15】Jakub Hanus, Fangkun Zhao, Shusheng Wang. Current therapeutic developments in atrophic age-related macular degeneration. Br J Ophthalmol 2016;100:122–127. doi:10.1136/bjophthalmol-2015-306972.
【16】Phase 1 clinical study of an embryonic stem cell–derived retinal pigment epithelium patch in age-related macular degeneration. Received 6 November 2016; accepted 28 February 2018; published online 19 March 2018; doi:10.1038/nbt.4114
【17】Chung S，Rho S，Kim G，et al.Human umbilical cord blood mononuclear cells and chorionic plate-derived mesenchymal stem cells promote axon survival in a rat model of optic nerve crush injury[J].International Journal of Molecular Medicine，2016，37（5）：1170-1180.
【18】Transplantation of Mesenchymal Stem Cells Promotes Tissue Regeneration in a Glaucoma Model Through Laser-Induced Paracrine Factor Secretion and Progenitor Cell Recruitment.RenaudManuguerra-Gagné,PatrickR. Boulos.
【19】劉奕志,董夏.干細(xì)胞與晶狀體再生.中華細(xì)胞與干細(xì)胞雜志(電子版)?2014年2月第4卷第1期?Chin?J?Cell?Stem?Cell?(Electronic?Edition),?Feb?2014,Vol.?4,?No.?1.
【20】Haotian Lin, Hong Ouyang .Lens regeneration using endogenous stem cells with gain of visual function.Nature volume 531, pages 323–328 (2016). DOI：10.1038/nature17181.
