Nature重要成果：两步技术实现视觉细胞重编程

双基因转移疗法将非神经元细胞转化为先天性失明动物模型视网膜中的视杆光感受器。

　　

生物通报道：一项最新研究报道，研究人员通过两次基因注射将Müller胶质细胞（Müller glia）重新编程为盲鼠视网膜中的视杆光感受器，并部分恢复了动物的视力。研究人员指出随着进一步的发展，该技术可以导致治疗诸如视网膜色素变性的病症。

这一研究成果公布在8月15日的Nature杂志上，由纽约西奈山伊坎医学院的眼科医生和再生生物学家陈波（Bo Chen，音译）博士领导完成。

他表示，“这项研究最大的进步在于可以重新编程哺乳动物视网膜中的Müller胶质细胞，并部分恢复视功能。”

西班牙埃斯特雷马杜拉大学的细胞生物学家Javier Francisco-Morcillo（未参与该项研究）指出，基于之前对鱼类和其他动物的研究，这项最新研究结果并不令人意外。这一研究证明了使用哺乳动物Müller胶质细胞作为内在干细胞可以进行有效视网膜神经再生，“这对于替代在神经退行性疾病或人类视网膜损伤过程中丢失的视网膜神经元非常重要”。

Müller胶质细胞

在脊椎动物中，Müller神经胶质细胞是视网膜中最常见的非神经元细胞，为视杆细胞和视锥细胞提供了结构和功能稳定性。在冷血脊椎动物中，如斑马鱼，Müller神经胶质细胞作为视网膜干细胞，在视网膜损伤后繁殖，并将自身重新编程为光感受器细胞以取代受损细胞。然而，在哺乳动物中，Müller神经胶质细胞不会自发地将自身重编程为干细胞，感光细胞在受伤后替换受损细胞。

基于斑马鱼和其他非哺乳动物物种的数据，研究人员一直在寻找正确的基因产物混合物（包括转录因子和其他化合物），如组蛋白去乙酰化酶抑制剂，以诱导Müller神经胶质细胞恢复干细胞状态，再分化成哺乳动物的视网膜细胞。

陈博士说，在过去的研究中，Müller神经胶质细胞在受损的哺乳动物视网膜中增殖，但其中很少有分化为视网膜神经元。

两步技术

在这项新研究中，他和他的同事采取了不同的方法，他们在野生型小鼠，和先天性失明模型的两种小鼠中将Müller神经胶质细胞重新编程为未受损伤小鼠视网膜中的视杆细胞。

研究团队开发了一个两步技术，首先向四周龄小鼠的视网膜中注射一种腺相关病毒，能激活β-catenin蛋白（一种帮助胶质细胞重新进入细胞周期的蛋白质）。两周后，小鼠接受第二次注射，其中包含表达转录因子Otx2，Crx和Nr1的基因。在过去的研究中显示，这些基因能帮助视杆感受器的发育。

随着基因治疗的展开，Müller神经胶质细胞被标记上化学标签：EdU和BrdU，监测细胞分裂，结果显示大多数神经胶质细胞在Ctnnb1基因转移后经历了一轮细胞分裂，表达了β-catenin。

标记分化为视杆细胞的视紫红质-tdTomato标签显示，在第二次注射后，当Müller神经胶质细胞分裂时，一个子细胞变成杆状光感受器，而另一个保留为Müller神经胶质细胞。新产生的视杆细胞能表达光敏视网膜细胞的蛋白质特征。

为了测试新形成的视杆细胞是否检测到光，研究小组检查了缺乏GNAT1的小鼠，GNAT1是光转导的重要组成部分。

获得基因治疗的突变小鼠视网膜中视网膜神经节细胞的光反应显示，一些细胞有反应，而未接受治疗的突变小鼠中没有任何变化。研究人员团队还检测到处理过的突变小鼠大脑的初级视觉皮层中的光反应，但在未治疗的小鼠的同一脑区中未检测到同样的反应。

带来深刻的影响

“这是一篇令人兴奋的论文，因为许多实验室一直试图将哺乳动物中的Müller胶质细胞重新编程，”美国国家眼科研究所的神经生物学家Anand Swaroop（未参与这项研究）说，“它提出了哺乳动物中Müller胶质细胞可以重新编程的原理证据。”

东京大学的分子和发育生物学家Sumiko Watanabe（未参与这项研究）也认为这篇论文令人印象深刻，指出它将对该领域产生巨大影响。

不过，她和Swaroop都指出，将这种类型的基因疗法转移到临床治疗人类可能需要一些时间，因为需要回答更多关于该技术如何替代受损视杆细胞的问题。

Swaroop指出，很少有Müller神经胶质存在于视网膜中，所以如果这些神经胶质只经历一个细胞分裂来制造一个感光器，那么就不会产生很多视杆光感受器，可能还不足以逆转变性。

此外，该研究没有解决受损视网膜中的Müller胶质细胞是否会分化成视杆光感受器或保持神经胶质细胞这个问题。“还有很多东西需要用这种技术进行测试和调整，”他说。

陈博士认为他的团队将要解决的首要问题之一就是先天性失明的小鼠在治疗后看到的情况。 “我们知道它们恢复了视觉，但我们不确定它们看到了多少，”他解释道。

该团队还计划检测两步基因转移方法是否适用于人类视网膜，但是解剖人类视网膜组织很困难，所以这些研究可能更具挑战性。

iPS移植恢复视力

以往的一些研究证实，可以在实验室中用多能干细胞生成构成视网膜或角膜的一些特殊细胞类型，但这些研究无法描绘出整个眼睛发育的完整性。

日本的科学家利用人类的诱导多能干细胞生成了眼睛的多个细胞谱系，包括晶状体、角膜和结膜。科学家们证实，可以培育角膜上皮细胞，并将之移植到实验诱导失明的兔子眼睛上，手术修复眼睛的前部。

另外一项研究则是研发出了一种外科手术策略，可以激活体内自身的干细胞在先天白内障婴幼儿的眼睛中再生出透明的功能性晶状体。

（生物通：万纹）

原文标题：

K. Yao et al. “Restoration of vision after de novo genesis of rod photoreceptors in mammalian retinas,” Nature, 10.1038/s41586-018-0425-3, 2018.