在斑馬魚(yú)中，Müller細胞是一種視網(wǎng)膜干細胞，可以穩定持續的增殖并補充損傷的視網(wǎng)膜神經(jīng)細胞，自我修復機制十分完善。但在哺乳動(dòng)物中，Müller細胞缺乏再生能力，無(wú)法自發(fā)地進(jìn)入細胞周期。雖然視網(wǎng)膜損傷可以刺激Müller細胞增殖，但是再生的神經(jīng)細胞數量有限，還不足以代償視網(wǎng)膜損傷導致的細胞死亡。而且還沒(méi)有足夠的證據表明Müller細胞起源再生的細胞能提高哺乳動(dòng)物的視功能。本研究通過(guò)對Müller細胞的重新編程，檢測在無(wú)視網(wǎng)膜損傷的情況下，Müller細胞是否能再生成視桿細胞，并提高視功能，研究結果發(fā)表在2018年的Nature雜志上。

為了研究在成熟的視網(wǎng)膜中Müller細胞能否再生為視桿細胞，研究者使用了2步重編程的方法。首先在4周的小鼠玻璃體腔內注射GFAP-β連環(huán)蛋白，刺激正常小鼠的Müller細胞分裂，2周后再在玻璃體腔內注射Otx2、Crx和Nrl來(lái)促使分裂的細胞發(fā)育成視桿細胞，并分別在1、2、4周后分析視桿細胞的分化情況。結果發(fā)現注射4周后，處于視桿細胞終末階段的已占97.4%，且每個(gè)象限的細胞密度大于800個(gè)/mm2。但是研究者也發(fā)現，如果在7月大的小鼠視網(wǎng)膜中進(jìn)行重編程，分化成視桿細胞的比例則明顯減少，每個(gè)象限的細胞密度僅為200個(gè)細胞/mm2。（圖1）

圖1.a.小鼠視網(wǎng)膜Müller細胞重編程2步的過(guò)程b-j.Müller細胞分化為視桿細胞的3個(gè)階段的細胞形態(tài)，初期（b-d），中期（e-g），末期（h-j）。三角箭頭細胞-體部；箭頭-視桿細胞外節；雙箭頭-細胞突觸。k-m.重編程1周（k）、2周（l）、4周（m）后不同階段視桿細胞所占的比例。n-o.未編程（n）和編程（o）的小鼠視網(wǎng)膜。三角箭頭-視桿細胞體部；箭頭-視桿細胞外節。p-t.視網(wǎng)膜4個(gè)象限，背側（p）、鼻側（q）、顳側（r）、腹側（s）分化的視桿細胞的分布及數量對比（t）。

接著(zhù)研究者利用共聚焦顯微鏡和免疫熒光證明了這些Müller細胞起源分化的視桿細胞確實(shí)表達視桿細胞的相關(guān)蛋白，并利用透射電子顯微鏡觀(guān)察到這些細胞具有相應的視桿細胞結構，包括外節、內節、連接纖毛以及突觸。（圖2）

圖2.a-t.Müller細胞起源分化的視桿細胞（紅色）上表達各種視桿細胞的相關(guān)蛋白（綠色）。包括rhodopsin(a–d),peripherin-2(e–h),GNAT1(i–l),recoverin(m–p),andribeye(q–t)。三角箭頭表示在視桿細胞里發(fā)現免疫反應。u-x.Müller細胞起源分化的視桿細胞（紅色）在靠近雙極細胞處（綠色）有擴大的突觸（三角箭頭）。y-ac.電鏡下分化的視桿細胞的各個(gè)結構。包括含有膜盤(pán)的視桿細胞外節（y），含有線(xiàn)粒體的視桿細胞內節（z），含有微小管（箭頭）的纖毛（aa，ab）和含有水平細胞軸索終末端（H，綠色陰影）以及雙極細胞樹(shù)枝狀終末端（B，褐色陰影）的典型突觸（ac）。

為了證明這些分化的視桿細胞具有相應的功能，研究者又在Gnat1rd17Gnat2cpfl3雙敲的小鼠模型上對Müller細胞進(jìn)行重編程，看是否能恢復小鼠模型視桿細胞的功能，在重編程分化的4周后，我們觀(guān)察到小鼠模型的視網(wǎng)膜中出現了視桿細胞的各個(gè)結構且恢復了視桿細胞的轉運功能。（圖3）

圖3.在Gnat1rd17Gnat2cpfl3雙敲的小鼠模型上再生的Müller細胞起源分化的視桿細胞。a-f．GNAT1（綠色)，Müller細胞起源分化的視桿細胞（紅色）。在光線(xiàn)的刺激下，通過(guò)視桿細胞的作用，GNAT1從視桿細胞外節（a-c）移動(dòng)到視桿細胞內節、視桿體部和突觸終末端（d-f）。g-k.在小鼠模型視網(wǎng)膜的4個(gè)象限-背側（g）、鼻側（h）、顳側（i）和腹側（j）出現了大量Müller細胞起源分化的視桿細胞（紅色），k圖代表具體數量。

最后，研究者對視網(wǎng)膜進(jìn)行了各種功能學(xué)檢測，發(fā)現分化的視桿細胞能產(chǎn)生電反應并傳導信號。(圖4)

圖4.小鼠模型視網(wǎng)膜上分化的視桿細胞能夠整合入視網(wǎng)膜循環(huán)并產(chǎn)生電反應信號。a.Müller細胞起源分化的視桿細胞顯示有鈣離子信號。b-d.治療組神經(jīng)節細胞對綠光有on-off反應。e.治療組相比對照組對綠光的反應振幅更高。f-g.對不同刺激光的不同光強，治療組比對照組峰值更高。h.治療組和野生型組神經(jīng)節細胞on反應刺激后峰值的比較。i.野生型組的神經(jīng)節細胞的on反應峰值明顯大于治療組。j.治療組和野生型組off反應刺激后峰值的比較。k.野生型組的神經(jīng)節細胞的off反應峰值大于治療組。l.1只對照、治療、野生型小鼠的VEP反應。m.2只對照、2只治療、3只野生型小鼠VEP的峰值比較。

通過(guò)以上實(shí)驗，研究者證明了Müller細胞在沒(méi)有視網(wǎng)膜損傷的情況下也可以在哺乳動(dòng)物體內重編程分化產(chǎn)生視桿細胞，進(jìn)入視網(wǎng)膜的循環(huán)和恢復視功能。

參考文獻：Yao,K.etal.Restorationofvisionafterdenovogenesisofrodphotoreceptorsinmammalianretinas.Nature560,484-488(2018).

述評：

遺傳性退行性疾病基因治療的研究是目前全球的科研熱點(diǎn)，但隨著(zhù)研究的深入，也相繼出現了一些問(wèn)題。首先，進(jìn)行基因治療必須明確患者的致病基因，但目前仍有約1/3的患者致病基因難以確定；第二，與遺傳性視網(wǎng)膜疾病相關(guān)的候選基因多達幾百個(gè)，將這幾百個(gè)基因均進(jìn)行基因治療研究會(huì )耗費巨大的人力物力，而且花費高額經(jīng)費研究出來(lái)的藥物適用人群極少，導致藥物價(jià)格昂貴，患者無(wú)力支付。第三，很多基因由于結構特殊或分子量大并無(wú)合適載體能進(jìn)行有效轉染。鑒于以上種種問(wèn)題的存在，科學(xué)家們也在積極尋找另外的治療途徑，其中通過(guò)各種方式讓光感受器細胞再生是研究的重要方向。本文的作者考慮到Müller細胞也具有干細胞潛能，因此通過(guò)重編程的方式將Müller細胞轉化為視桿細胞，并且通過(guò)完善的科學(xué)設計來(lái)證明了其確實(shí)重建了視細胞的結構和功能，如果此結果能夠進(jìn)一步推進(jìn)和推廣，將來(lái)很有可能多種視網(wǎng)膜退行性疾病（如視網(wǎng)膜色素變性、干性AMD、高度近視黃斑萎縮等）都能得到有效的治療，也開(kāi)拓了我們科研的思路。