视神经节细胞移植治疗视神经损伤及相关视网膜疾病

Vision impairment greatly decreases patients' quality of life, and increases their economic burden. Retinal ganglion cells (RGCs) are retinal projection neurons, their long axons form the optic nerve and collectively transmit visual information from the retina to cerebral cortex. Inner retinopathies, such as optic nerve injury, glaucoma, and optic neuritis, cause RGCs death or dysfunction, and consequently induce vision impairment. Cell transplantation is the only way to cure inner retinopathy, because of the limitation of nerve regeneration in mammals. Recent evidence showed that adults' fibroblasts can be reprogrammed into functional neurons by three to four transcription factors. This study will cultivate fibroblasts from scalp, determine three to four transcription factors, and reprogrammed fibroblasts into functional retinal ganglion cells. Meanwhile, we will treat animal models with vision impairment and inner retinopathy through transplantation of either RGCs, fetal retinal stem cells, embryonic stem cells, or induced pluripotent stem cells. We then compare the neural regeneration of these four cells under different conditions, and investigate the potential neural regeneration mechanisms.

视觉受损严重影响病人的生活质量，并给其家庭带来沉重的经济负担。神经节细胞（retinal ganglion cells, RGCs）是视网膜的投射神经元，其轴突形成视神经并将视觉信号传导至大脑皮层。视神经损伤、青光眼及视神经炎等内层视网膜疾病使视网膜神经节细胞死亡或者功能障碍，进而导致视觉受损。因为哺乳动物神经再生能力有限，所以细胞移植成为治愈内层视网膜疾病的唯一可能途径。最新研究表明通过3-4个转录因子能够将成人成纤维细胞直接重编程为功能性神经元。本课题拟从患者头皮中培养出成纤维细胞，通过筛选确定3-4个转录因子，将人成纤维细胞直接重编程为功能性神经节细胞。我们同时利用视网膜神经节细胞、胎儿的视网膜干细胞、胚胎干细胞及诱导多能干细胞移植治疗视神经损伤及内层视网膜疾病，比较三者在不同条件下的神经再生能力，并探讨其可能的神经再生机制。

研究内容和研究目标按照计划执行良好。在自然科学基金“视神经节细胞移植治疗视神经损伤及相关视网膜疾病”项目支持下，我们使用Math5、Mash1和RAX三个基因，将成纤维细胞通过谱系重编程技术制备为功能性视网膜神经节细胞。然后将该细胞移植到裸鼠视网膜，证明移植的细胞不仅能在宿主视网膜节细胞层存活、定植，并能对视神经损伤的修复发挥积极作用。测定了移植后患眼的VEP以评价视神经的电生理功能恢复情况，发现移植后4周，hiRGC组较RSC组Aa波潜伏期较短，且波幅较高，说明促进视神经损伤后的功能恢复。在理论上，绕过多能干细胞（iPS细胞）阶段的一个主要优点就是可避免肿瘤的形成，因此有必要确认hiRGC细胞移植到眼内后的安全性。将hiRGC细胞移植到裸鼠的玻璃体内，进行长达5个月的观察，没有发现一例肿瘤。还将hiRGC细胞移植于小鼠的皮下，长期观察后发现，既没有畸胎瘤的出现，也没有出现神经肿瘤。这证明hiRGC细胞移植在体内具有安全性。.全面完成计划后，我们进一步创新研究进展。通过用于神经系统疾病诊断和治疗的细胞技术平台。开展神经组织修复重建的细胞疗法及干细胞示踪技术。建立促进神经外伤后再生修复、功能重建的移植技术和无创性示踪干细胞迁徙和功能的分子影像平台，获得2014年国家科技进步二等奖。并进一步创新性地将干细胞重编程技术中的细胞核移植技术拓展至极体移植，将细胞核基因组移植技术应用于预防线粒体疾病遗传研究。我们运用生物治疗科学思想的相通性，从干细胞治疗的细胞替代技术推进到细胞器置换技术，为难治性疾病的治疗提供了新的策略和路径。尤其像线粒体疾病当病变范围涉及全身细胞为系统性疾病时，需在胚胎阶段干预，实现全身细胞的细胞器置换。我们创新性研发极体基因组移植预防遗传线粒体疾病技术，推动我国细胞器置换技术领域进入国际前沿，《Cell》杂志发表论文，成果选为2014年度“中国科学十大进展”。