干细胞移植的临床大突破——关于纤毛的新认识

来自NIH国家眼科研究所（NEI）的科学家在报告中提出：视网膜色素上皮细胞（RPE）上的细小管状突起称为原发性纤毛，其存在对于视网膜光感受器的存活必不可少。这项发现使干细胞衍生的RPE能够用于移植到患有黄斑区萎缩性变性的患者眼中，如干性老年性黄斑变性（AMD），而这是美国导致失明的主要病因。该研究发表于1月2日的Cell Reports 上。这项工作得到了NEI校内研究计划和NIH共同基金的再生医学计划的支持。

该研究的首席研究员，来自NEI的KapilBharti博士说：“现在我们对如何产生和替代RPE细胞有了更好的了解，这种细胞是在AMD中首先停止正常工作的细胞之一。”Bharti正在为一项AMD临床试验研究患者干细胞衍生的RPE的发展，该试验将于2018年正式启动。

在一个健康的眼睛里，RPE细胞滋养和支持光感受器，这些细胞把光转换成电信号，通过视神经传导通路传到大脑。RPE细胞正好处在视网膜中光感受器后面一层。在黄斑区萎缩变性过程中，RPE细胞死亡，导致光感受器退化，患者视力丧失。

Bharti和他的同事们希望通过用实验室制造的RPE代替患者的RPE，来阻止和逆转黄斑区萎缩性变性的进展。该方法涉及使用患者的血细胞来产生诱导性多能干细胞（iPSC）——iPSC能够诱导分化成成体内任何类型的细胞。iPSC经实验室培养，然后被诱导成为RPE细胞，用于RPE移植手术。

Bharti表示，在尝试创建功能性RPE植入物时遇到了一个常见的难题：编程成RPE细胞的iPSC衍生的-RPE（iPSC-RPE）细胞有发育停滞的趋势。“细胞经常不能成熟成为支持光感受器的功能性RPE。然而，当iPSC诱导成为成熟的iPSC-RPE细胞时，也具有与RPE原发性纤毛相类似的结构。”

注：超分辨率的共聚焦显微镜显示成熟的iPSC-RPE细胞：每个细胞中心具有纤毛结构，细胞间有紧密连接的标志。（Credit: Ruchi Sharma, Ph.D.,NEI.）

研究人员测试了三种已知调节iPSC-RPE细胞上原发性纤毛生长的药物。正如预测的那样，两种已知增强纤毛生长的药物显著改善了iPSC-RPE细胞的结构和功能成熟。观察成熟度的一个重要特征是RPE细胞能全部正确定向，正确地形成具有功能的单一细胞层。iPSC-RPE细胞基因表达谱也类似于成人RPE细胞。而且重要的是，这些细胞发挥了成熟RPE细胞应该发挥的重要作用：吞噬感光细胞外节的末端。该过程是使光感受器正常工作的修剪过程。相比之下，iPSC-RPE细胞暴露于第三种药物（纤毛生长的抑制剂），其结构和功能被严重破坏。

为了进一步证实他们的观察结果，研究人员进行了进一步的研究。他们通过基因敲减技术使纤毛蛋白IFT88的表达降低，随后进行基因表达分析。结果证实，iPSC-RPE细胞表现出严重的成熟和功能障碍。组织染色显示，降低IFT88表达会导致iPSC-RPE细胞密度和功能极性降低，即RPE组织内的细胞定向错误。

Bharti和他的研究组在iPSC衍生的肺细胞中发现了类似的结果，这是另一种具有原发性纤毛的上皮细胞。当iPSC衍生的肺细胞暴露于增强纤毛生长的药物时，免疫染色结果表明细胞结构已成熟。

该研究提示，原发性纤毛能调节经典WNT信号通路的抑制（WNT通路是涉及胚胎发育的细胞信号的传导途径）。研究人员表示，在RPE发育期间抑制WNT信号通路使细胞停止分裂并开始分化为成人RPE。

研究人员从患有纤毛疾病的患者体内诱导iPSC衍生为RPE细胞，该疾病是由于光感受器退化，造成严重的视力丧失。患者的纤毛疾病与纤毛基因CEP290的突变有关。与健康供者相比，来自纤毛病患者的iPSC诱导衍生的iPSC-RPE细胞具有较小的纤毛。患者的iPSC-RPE细胞也具有类似于IFT88低表达细胞的低成熟率和功能缺陷。

在小鼠纤毛疾病模型中的进一步研究证实了一个重要的时间关系：纵观几个早期发育阶段，RPE缺陷先于光感受器变性，这使我们对纤毛疾病导致的视网膜退行性病变有了新的见解。

该研究发现已被纳入临床级iPSC诱导衍生为RPE的方案。Bharti表示，他们还将为研究AMD和其他退行性视网膜疾病制定疾病模型研究。