诱导多功能(潜能)干细胞在眼科疾病的现状

【摘 要】干细胞是一类高度增殖、自我更新能力非常强且具有多向分化潜能的细胞群体.通过对干细胞进行诱导,能让干细胞分化成各种特定功能具有一定形态的细胞群体.目前干细胞移植技术已经被广泛应用在眼科疾病的治疗中,尤其在糖尿病视网膜病变、视网膜色素增生、视网膜黄斑性病变等眼科疾病中的应用更是获得广大患者及医学工作者的认可.经过不断的技术改进,干细胞移植技术在眼科疾病中的应用获得巨大的突破.本文将通过查找国内外近5年的文献,对干细胞移植技术在眼科疾病中的应用效果进行归纳及总结,旨在为眼科疾病的治疗提供新的研究方法及思路.

【关 键 词】眼科疾病；多潜能干细胞；诱导功能

近年随着细胞工程的发展,多潜能干细胞的临床医学研究的热点,在一些大型医院中已经成功建立起具有各种功能的干细胞体系[1].由于多潜能干细胞较胚胎细胞更容易获得,并且不受免疫排斥及社会等问题的限制,因此目前已经被广泛应用在临床疾病的治疗中[2].由于视网膜结构明确,在各个阶段中的具有明确的标志物,且操作简单,因此成为干细胞移植技术的最佳研究对象.本文将通过对干细胞在眼科疾病中的应用现象进行综述,从而为眼科疾病治疗提供新的方向,现对其综述内容报告如下.

1多潜能干细胞概述

多功能干细胞就是在某一生物体内导入数个外源转录因子,从而改变体细胞的基因序列,使得整个细胞体系具有多功能潜能以及记忆分化功能的特性.多潜能干细胞于2006年由日本大学Yamanaka以及Takahashi[3]率先在小鼠体内导入Klf4、Sox2、Oct4以及c﹣Myc等四种转录因子,从而成功获得与小鼠胚胎干细胞类似的多功能干细胞,经诱导的干细胞与胚胎细胞在分化潜能、生物学特性、基因表达等方面具有异常高的相似性.一年后,Takahashi在人类皮肤中导入Klf4、Oct4、c﹣Myc以及Sox2等四种转录因子,从而实现了皮肤纤维细胞基因的重新排列,成功诱导人体多潜能干细胞.目前关于多功能潜能干细胞的研究所使用的诱导因子大部分是源自于Yamananka实验中使用的4种转录因子.

2多潜能干细胞的来源

根据干细胞的生物学理论,任何一种体细胞在外源转录基因的诱导下均能被诱导为多潜能干细胞,不同类型的体细胞诱导为潜能干细胞所需要的转录因子种类并不相同,来源于不同发育阶段或胚层中的细胞其诱导为潜能干细胞的容易程度以及所需要的转录因子也不相同[4].因此在临床疾病中应用干细胞移植手术进行治疗成功的关键在于选择合适的细胞类型进行基因重编排.选择干细胞进行诱导时必需符合风险小、获取容易、重编率高且容易扩增、培养周期短的特性.经过多年的临床试验,目前已经成功将部分体细胞成功诱导为具有潜能特性的干细胞[5].

2.1皮肤纤维细胞皮肤纤维细胞是一种分布广泛,容易获得的体细胞,其在诱导分化为潜能干细胞中具有明显的优势.目前在相关研究中重编体细胞的来源均选择皮肤纤维细胞.自Yamanaka及Takahashi等人将成肤细胞重新诱导为具有多潜能功能的干细胞后,关于将人体纤维细胞诱导为具有多潜能干细胞的报道不断出现.Jaenisch等[6]通过对帕金森患者皮肤进行诱导,让其生成具有全能性的干细胞,在转录因子的诱导下将其转化为多巴胺神经功能细胞.随后Jaenisch等人在大鼠中成功将多潜能干细胞诱导为多巴胺神经单元,并将其移植到患有帕金森症的大鼠中,研究发现大鼠帕金森症状得到显著的改善.Osakada等人[7]也曾通过对人体皮肤进行体外培养生产纤维细胞,并通过诱导让其成为多潜能干细胞,通过诱导让其定向分化为视网膜色素上皮细胞及光肝素器细胞.但由于皮肤纤维细胞在诱导过程中效率较低,所需时间较长,因此此种方法还需要进一步进行研究.

2.2脂肪干细胞随着细胞工程的发展,近年有学者在人体脂肪干细胞中应用上述四种转录因子成功诱导为多潜能干细胞[8].与皮肤纤维细胞相比,脂肪干细胞来源简单,可直接通过脂肪抽吸并能获得,因此在临床上通过对脂肪干细胞进行诱导,从而大量获得具有潜能分化的干细胞,为细胞移植提供了必需的支持[9].此外脂肪干细胞容易诱导,与皮肤纤维细胞相比,其更容易获得,细胞诱导周期短,细胞诱导效率高.由于脂肪干细胞属于多功能细胞,因此其经诱导可分化为软骨细胞、骨细胞、肌细胞等细胞体系.但目前脂肪干细胞诱导分化技术还处在探索阶段,诱导技术还没有成熟,对于其能否用于眼部疾病治疗中还需要进一步进行研究.

2.3神经干细胞神经干细胞具有自我更新更新能力、具有多潜能分化的原始细胞.神经干细胞来源于成体组织及胚胎细胞中,在以往的研究中有较多的学者成曾对神经干细胞的应用价值进行过探讨,研究显示,可对胚胎细胞进行诱导分化,从而让其成为具有多功能潜能的干细胞[10].研究显示,从睫状体或视网膜中可获得神经元干细胞,这些细胞具有高度的潜能性,能有效更大的分化潜能.但由于神经干细胞来源途径有限,不容易获得或培养,因此目前为止还没有被广泛用于细胞诱导中.通过对神经细胞进行诱导能有效获得干细胞,且能够有效将干细胞定向诱导为具有高度分化功能的视网膜细胞,从而药物治疗及疾病机理的研究提供更加广阔的研究平台,因此科学技术还需要进一步进行发展.

3多潜能干细胞在眼科疾病中的应用概况

多潜能干细胞诱导技术在临床上已获得重要的发展,对其进行诱导可让其分化为各种细胞,目前在眼科疾病的治疗中已经获得广泛的应用.有学者证实约有40%的药物被应用到临床上后由于药物毒性难以预测从而不适合使用[11].多潜能干细胞由于能分化成自体组织细胞,具有安全可靠的特性,因此克服了药物中存在的毒性缺陷,从而为疾病治疗及细胞移植提供了可能性.通过建立疾病模型,从而能全程观察细胞分化的过程,为眼科疾病的治疗提供机会[12].

3.1多潜能细胞经诱导分化后可成为视网膜细胞多潜能干细胞与人类胚胎细胞类似,能定向分化为各种视网膜细胞,加之潜能干细胞具有无限增殖的特点,因此其可为眼科疾病的治疗提供足够的细胞来源.经诱导目前潜能干细胞可分化为包括光感受细胞、视网膜色素上皮细胞以及视觉神经节细胞在内的各种视网膜细胞.Buchholz等[13]曾通过IMP90-3细胞体系对干细胞进行体外诱导,让其在去碱性纤维的培养环境中进行生长分化,经过20多天的培养后可发现培养液中出现色素细胞.经60多天的培养后能发现大量的天色素出现聚集,将聚集的色素细胞分离为单个色素细胞,并将其移植到视网膜上皮细胞液中进行培养,并对Pax6、RPE65、CRALBP等转录因子采用PCR进行分析,通过分析可发现这些具有分化潜能的视网膜色素上皮细胞能够分为为视网膜细胞.对这些干细胞进行免疫组织化学染色,并通过荧光显微镜进行观察,结果证实这些具有分化潜能的视网膜上皮组织细胞能吞噬视杆外节盘膜,从而证实这些干细胞具有正常视网膜细胞的功能.从上述研究中发现多多潜能干细胞进行诱导能将其分化为视网膜细胞,其应用前景乐观.3.2多潜能干细胞移植情况目前将经过诱导的多潜能干细胞移植到视网膜细胞中的技术日趋完善,并在临床上得到广泛应用.神经层视网膜是由神经膜色素上皮细胞组成的,随着人体年龄的增长,其功能逐渐丧失并出现凋亡,从而引起黄斑性病变.随着我国人口老年化,目前黄斑性视网膜病变的患者日益增多,在这些患者中应用视网膜上皮细胞移植可获得较好的治疗效果[14-15].相关研究显示,将自体视网膜上皮细胞进行移植能有效改善糖尿病黄斑水肿患者的视力[16].Idelson等[17]曾在2009年通过采用人体胚胎干细胞对其进行定向分化,并将其移植到获得视网膜病变的大鼠眼中,移植5周后,对大鼠视网膜采用电生理进行检测,使得视网膜功能得以恢复,从而证实多潜能干细胞能成功运用在黄斑病变的患者中.

3.3多潜能干细胞生物学特性研究目前在临床上广泛通过采用人成纤维细胞进行诱导,通过诱导建立多潜能细胞体系,通过建立疾病特异性细胞体系,尤其是通过建立特异性动物模型,从而为药物的临床应用以及疾病机制的研究构建良好的平台[18-20].此外,通过利用多潜能干细胞能为药物应用以及临床直接的研究提供理论性基础.Jin[21]在2011年时曾利用Klf4、Sox2、Oct3以及c-Myc等因子对含有RP9、RP1、PRPH2以及RHO等基因进行诱导,通过诱导发现视网膜色素病变的患者能成功生成各种皮肤纤维细胞,从而获得具有各种潜能的视网膜干细胞.

4展望

随着眼科疾病的研究不断深入,目前大多数眼科疾病已经获得一定的发展,由于传统的药物治疗及手术治疗常存在较大的副作用,从而影响患者的治疗效果.通过对眼部疾病患者建立多潜能干细胞体系,从而为患者带来全新的医学治疗途径.尽管目前多潜能干细胞的应用仅限于临床医学研究,但随着细胞学技术的发展以及临床医学对眼部疾病的深入研究,在不久的将来多潜能干细胞存在的不足将会被医学工作者克服,最终有望在临床上得到广泛的应用.