在斑馬魚中，Müller細胞是一種視網膜干細胞，可以穩(wěn)定持續(xù)的增殖并補充損傷的視網膜神經細胞，自我修復機制十分完善。但在哺乳動物中，Müller細胞缺乏再生能力，無法自發(fā)地進入細胞周期。雖然視網膜損傷可以刺激Müller細胞增殖，但是再生的神經細胞數(shù)量有限，還不足以代償視網膜損傷導致的細胞死亡。而且還沒有足夠的證據(jù)表明Müller細胞起源再生的細胞能提高哺乳動物的視功能。本研究通過對Müller細胞的重新編程，檢測在無視網膜損傷的情況下，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(xiàn)注射4周后，處于視桿細胞終末階段的已占97.4%，且每個象限的細胞密度大于800個/mm2。但是研究者也發(fā)現(xiàn)，如果在7月大的小鼠視網膜中進行重編程，分化成視桿細胞的比例則明顯減少，每個象限的細胞密度僅為200個細胞/mm2。（圖1）

圖1.a.小鼠視網膜Müller細胞重編程2步的過程b-j.Müller細胞分化為視桿細胞的3個階段的細胞形態(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(jié)；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）的小鼠視網膜。三角箭頭-視桿細胞體部；箭頭-視桿細胞外節(jié)。p-t.視網膜4個象限，背側（p）、鼻側（q）、顳側（r）、腹側（s）分化的視桿細胞的分布及數(shù)量對比（t）。

接著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表達視桿細胞的相關蛋白，并利用透射電子顯微鏡觀察到這些細胞具有相應的視桿細胞結構，包括外節(jié)、內節(jié)、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(xiàn)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結構。包括含有膜盤的視桿細胞外節(jié)（y），含有線粒體的視桿細胞內節(jié)（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，我們觀察到小鼠模型的視網膜中出現(xiàn)了視桿細胞的各個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）。在光線的刺激下，通過視桿細胞的作用，GNAT1從視桿細胞外節(jié)（a-c）移動到視桿細胞內節(jié)、視桿體部和突觸終末端（d-f）。g-k.在小鼠模型視網膜的4個象限-背側（g）、鼻側（h）、顳側（i）和腹側（j）出現(xiàn)了大量Müller細胞起源分化的視桿細胞（紅色），k圖代表具體數(shù)量。

最后，研究者對視網膜進行了各種功能學檢測，發(fā)現(xiàn)分化的視桿細胞能產生電反應并傳導信號。(圖4)

圖4.小鼠模型視網膜上分化的視桿細胞能夠整合入視網膜循環(huán)并產生電反應信號。a.Müller細胞起源分化的視桿細胞顯示有鈣離子信號。b-d.治療組神經節(jié)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節(jié)細胞on反應刺激后峰值的比較。i.野生型組的神經節(jié)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.野生型組的神經節(jié)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。

通過以上實驗，研究者證明了Müller細胞在沒有視網膜損傷的情況下也可以在哺乳動物體內重編程分化產生視桿細胞，進入視網膜的循環(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，但隨著研究的深入，也相繼出現(xiàn)了一些問題。首先，進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，與遺傳性視網膜疾病相關的候選基因多達幾百個，將這幾百個基因均進行基因治療研究會耗費巨大的人力物力，而且花費高額經費研究出來的藥物適用人群極少，導致藥物價格昂貴，患者無力支付。第三，很多基因由于結構特殊或分子量大并無合適載體能進行有效轉染。鑒于以上種種問題的存在，科學家們也在積極尋找另外的治療途徑，其中通過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，因此通過重編程的方式將Müller細胞轉化為視桿細胞，并且通過完善的科學設計來證明了其確實重建了視細胞的結構和功能，如果此結果能夠進一步推進和推廣，將來很有可能多種視網膜退行性疾病（如視網膜色素變性、干性AMD、高度近視黃斑萎縮等）都能得到有效的治療，也開拓了我們科研的思路。