视网膜退行性疾病，如Stargardt病(SD)、青光眼、色素性视网膜炎(RP)、老年性黄斑变性(AMD)或糖尿病性视网膜病变(DR)，是世界范围内视力质量下降和失明的主要原因。这些疾病的进展和管理一直是一个挑战，但有希望的新证据表明，间充质干细胞(MSCs)作为这些疾病的治疗效果。MSCs的治疗潜力在于它能够释放具有神经保护、免疫调节和抗血管生成特性的旁分泌因子，刺激视网膜色素上皮(RPE)，甚至类似于RPE产生的那些。在文献中，我们可以找到许多动物模型的研究，在这些研究中，MSCs证明了它们在阻止视网膜退化的进展和拯救处于休眠期的光感受器方面的作用。此外，它们还保留着分化潜能，使它们能够分化成各种类型的细胞，包括视网膜细胞。通过所有这些特性，我们很清楚骨髓间充质干细胞是如何在这些病理中产生重要的治疗选择的。本文综述了骨髓间充质干细胞的各种特性及其在各种视网膜疾病中的应用前景，为治疗那些治疗困难和预后不良的疾病提供了新的临床方法。
细胞疗法;间充质干细胞;视网膜退行性疾病;色素性视网膜炎
MSCs[1]的应用
视网膜是眼睛最里面的一层，代表眼睛的神经束膜。它由十层组成，由不同类型的细胞组成，这些细胞能够捕获和转导电脉冲中的光刺激，然后传递到大脑的视觉皮层。所有的视网膜层都是相互连接并共同工作以保证视力，因此任何一个结构的损伤都可能导致视力障碍。这可能源于广泛的视网膜退行性疾病。虽然该病的病因和发病机制各不相同，有些尚不清楚，但它们具有许多共同的视网膜损伤因素，如ROS、血管缺损、促炎细胞因子过度分泌、血视网膜屏障缺陷和衰老等[2-4]。
在这篇综述中，我们考虑了一些最常见的视网膜退行性疾病(rdd)，如年龄相关性黄斑变性(AMD)，视网膜色素变性(RP)，青光眼和Stargardt病(SD)。这些疾病的共同之处是视网膜细胞的损伤，无论是神经节细胞、感光细胞还是视网膜色素上皮细胞。同时，它们还负责神经炎症、小胶质细胞激活、血管生成和视网膜胶质细胞增生。
到目前为止，由于视网膜没有再生能力，还没有适当和有效的治疗rdd的方法。因此，旨在减缓视力丧失和/或恢复视力的新方法实际上是研究的对象，如基因治疗、神经保护、新的抗vegf分子(血管内皮生长因子)和干细胞治疗[5]。
间充质干细胞(MSCs)已经从不同的组织来源中分离出来，如骨髓(骨髓来源的MSC, BM-MSC)，脂肪组织(脂肪间充质来源的干细胞，ASC)，牙髓(牙髓干细胞，DPSC)，脐血(脐带血来源的MSCs, UC-MSC)，沃顿氏果冻MSCs (WJ-MSCs)，羊膜。一些文献研究分析了视网膜细胞间充质干细胞在几种视网膜退行性疾病[6]治疗中的潜在再生能力。考虑骨髓间充质干细胞作为一种可能的治疗选择有很多原因。首先，它们可以通过分泌嗜神经因子产生旁分泌信号，对神经视网膜细胞产生修复作用。其次，骨髓间充质干细胞显示出免疫调节特性，可以模块促炎症微环境，这通常存在于这些疾病中。第三，MSCs能够分泌抗血管生成因子，对抗促血管生成的介质，在DR和湿性AMD的发病机制中至关重要，如[7]。
尽管在这些视网膜病理条件下，细胞基础治疗被认为是一个很有前途的机会，但重要的是，报告几例经眼内注射骨髓/脂肪组织来源的自体间充质干细胞治疗的患者在眼内注射骨髓/脂肪组织来源的自体间充质干细胞后出现视力丧失的情况[8,9]。这些结果的一个可能的原因可能是骨髓间充质干细胞向肌成纤维细胞样细胞的转分化，这可以诱导增生性玻璃体视网膜病变(PVR)，从而导致视网膜脱离。
鉴于这些可能的并发症，更好地了解给药间充质干细胞与患者视网膜退行性环境之间的相互作用是至关重要的。干细胞/祖细胞为基础的移植治疗的安全性和有效性仍然需要证据，但迄今为止有几个有希望的结果。
表1显示了正在进行和已经结束的临床试验的摘要
表1:干细胞来源的RPE移植正在进行和已经结束的临床试验总结[11]。
注意:这些研究是根据2020年10月底在PubMed NIH上进行的搜索确定的。
AMD:老年性黄斑变性;CPCB-RPE:加利福尼亚盲人治疗项目-视网膜色素上皮PET:聚对苯二甲酸乙二醇酯;聚乳酸-羟基乙酸;RP:视网膜色素变性。
迄今为止，这些视网膜疾病还没有治愈的治疗方法。干细胞治疗的主要目标是减缓由潜在病理引起的组织变性。通过将ESCs、MSCs和iPSCs输送到眼睛内，有可能对受损的视网膜组织产生更新作用。此外，它们抑制促进视网膜细胞死亡的促炎因子[12]。特别是，骨髓间充质干细胞已经从骨髓、脂肪组织、牙髓、脐带血、羊膜等多种组织来源中收集，在许多研究中，它们被认为是rdd治疗方案的最佳候选者之一。其原因是它们将旁分泌因子、外泌体和线粒体分泌到宿主细胞中。以下是我们对这些特性的一些关键点的回顾:
旁分泌神经保护因子
骨髓间充质干细胞(BMSCs)能够产生和分泌多种神经营养因子(NTFs)，如纤毛神经营养因子(CNTF)、BDNF、胶质细胞源性神经营养因子(GDNF)、血小板源性生长因子(PDGF)、神经生长因子(NGF)、神经营养因子3,4 /5 (nt - 3,4 /5)、胰岛素样生长因子1 (IGF1)、碱性成纤维细胞生长因子(FGF2)、PEDF和促红细胞生成素(EPO)。特别是这些神经营养因子在视网膜细胞上找到受体，并促进其分化、神经细胞存活、轴突生长、神经细胞附着，同时阻止神经细胞凋亡。NTFs激活的信号通路P13K/AKT、P13K/IAP、PLC/IP3/PKC、MAPK/ERK、JAK/STAT3等对神经视网膜细胞具有神经保护作用。在许多研究中已经表明，这些介质的有益影响。Cui等人在体内进行的一项研究证实了其神经保护作用，其中骨髓间充质干细胞与视网膜神经节细胞(RGCs)共培养减少了过氧化氢(H2O2)通过神经营养因子、BDNF、CNTF的表达诱导RGCs损伤，并通过RGCs[13]降低促炎因子白细胞介素1β(IL1β)和肿瘤坏死因子α(TNFα)表达。在另一项研究中，Osborne等人和Johnson等人展示了骨髓间充质干细胞分泌的PDGF如何在体外和临床前模型[14]中对RGCs发挥保护作用。Mead等认为BMSCs分泌的NGF、BDNF和NT-3对rgc具有保护作用;此外，当RGCs[15]中原肌凝蛋白相关激酶(TrK)和PDGF受体α(PDGFRα)受到抑制时，这种作用就会消失。在视神经挤压实验模型中，玻璃体内移植能够分泌GDNF和BDNF的BMSCs与对照组相比，RGCs的数量更高。同样，在骨髓间充质干细胞移植后，可以观察到RGCs的长期神经保护和轴突再生，这与RGC层中激活PI3/AKT信号级联和挽救RGCs的FGF2和IL1β表达增加有关。在Martin等人的一项研究中，观察到与神经视网膜外植体[16]共培养的人骨髓间质干细胞的分泌组中神经保护(Dll4, Crim-1, Glupican-3, Cntn1)，抗炎(转化生长因子β和IL10, 13, 11, 4)分子以及与抗氧化(haptoglobin)，抗凋亡(Apex1)活性相关的蛋白质和蛋白质稳态(Hsp10, Hsp60, Hsp70, Hsp20, Hsp27, Kctd10, Pyk2, clusterin)显著增加。
骨髓间充质干细胞衍生的细胞外囊泡
msc - ev或外泌体是分泌的，双脂层状，纳米尺寸的微泡。这些结构可以封装功能分子，如蛋白质，脂质，mirna，这些能够发挥重要的治疗作用。这些囊泡被视网膜神经元、小胶质细胞和RGCs通过小泡介导的内吞途径内吞，硫酸肝素蛋白多糖(HSPGs)促进了这些内吞。此外，它们与玻璃体体液蛋白的相互作用导致眼内ev长时间滞留。Yu和同事观察到，与移植的MSCs相比，玻璃体中的msc - ev管理是同样有效的，不仅在减少凋亡和损伤，甚至在视网膜激光损伤的实验模型中增强视力。此外，MSC-EVs通过下调促炎介质、细胞间粘附分子1 (ICAM1)、单核细胞趋化蛋白1 (MCP1)、VEGF-A和TNFα[17]抑制视网膜损伤过程。
骨髓间充质干细胞减弱炎症反应
所谓的眼免疫特权是眼睛抑制眼内炎症的能力，从而对视觉部件产生保护作用，使其免受损伤，从而保持视力。这是由血视网膜屏障(BRB)和眼微环境对适应性和先天免疫反应的局部抑制，以及眼特异性机制导致免疫抑制调节性T细胞的系统性激活，有效地将眼睛与免疫系统隔开的一种连接现象。然而，在每一种视网膜退行性疾病中，如RP、AMD、青光眼和DR，都有大量的促炎细胞因子与免疫细胞浸润相关，导致BRB破裂。
许多文献研究强调玻璃体内和眶周给药骨髓间充质干细胞可显著降低视网膜微环境中的炎症细胞因子、巨噬细胞和CD4的浸润+T细胞[18]。
间充质干细胞调节血管生成
病理性视网膜血管生成，导致紊乱和产生异常血管，损害视网膜组织组织。这些新生血管穿过视网膜外层和黄斑窝，黄斑窝在生理学上是一个无血管带。黄斑结构的破坏损害了正常视力。许多视网膜病理条件导致血管生成异常，导致视力的进行性丧失。基本上，每次氧气水平低时，组织可能会产生异常的血管生成。因此，这种情况可以在许多病理图片中观察到。
Kim等人观察到，在氧诱导视网膜病变的小鼠模型中，腹腔注射人胎盘羊膜来源的间充质干细胞(AMSCs)如何通过TGFβ1表达显著减少新生血管，而当转染TGFβ1 siRNA[19]时，新生血管被阻断。Ghazaryan等研究表明，结膜下注射骨髓间充质干细胞对角膜创面愈合有辅助作用，并通过下调VEGF和基质金属蛋白酶-9 (MMP-9)表达[20]显著减少新生血管。通过将ADSCs玻璃体内注射入糖尿病小鼠眼内，虽然对眼内VEGF和PDGF水平无影响，但TSP1表达水平明显升高。TSP1主要由健康眼睛中的RPE、脉络膜和mÜller胶质细胞产生，通过破坏受体与CD47的联系来阻止VEGF受体2 (VEGFR2)的激活，并终止VEGF信号到AKT-内皮型一氧化氮合酶通路[14,15]。TSP1也与CD36结合，并将含有Src同源2结构域的蛋白酪氨酸磷酸酶(SHP1)引入微血管内皮细胞中的CD36-VEGFR2复合体，进而使VEGFR2去磷酸化，抑制血管生成[16]。已经证明，骨髓间充质干细胞成功重建受损的眼组织更多地依赖于旁分泌的抗炎和抗血管生成因子的释放，而不是分化成眼细胞。因此，当人骨髓间充质干细胞被玻璃体内植入氧致视网膜病变小鼠模型时，视网膜新生血管明显减少。
骨髓间充质干细胞提供线粒体
在几项研究中已经报道了MSCs如何能够通过缝隙连接、隧道纳米管(tnt)[17]和外泌体将健康的、有功能的线粒体转移到受损细胞中，使其再生[21]。此外，在脊髓[21]、支气管上皮[22]、角膜上皮[23]、心肌细胞[24-26]和受神经毒性[27]影响的细胞中，已证实MSCs可增强线粒体生物能。
尽管玻璃体内注入的MSCs不能通过视网膜内限制膜(ILM)，但捐赠的线粒体能有效地渗透到视网膜内限制膜，限制了RGC的死亡。
间充质干细胞分化为视网膜细胞
骨髓来源间充质干细胞(BMSCs)、鼻膜来源间充质干细胞(AMSCs)、脐带血来源间充质干细胞(UMSCs)和牙髓来源间充质干细胞(DPSCs)在体外向视网膜组织的各种细胞分化有良好的效果，甚至能表达其基因。分化细胞的体外功能已经在一些研究中得到了验证，但为了进一步了解移植细胞在体内的安全性、免疫原性和功能，还需要进一步的临床前研究。
视网膜退行性疾病可被认为是一组可导致失明的疾病，包括老年性黄斑变性(AMD)、色素性视网膜炎(RP)、糖尿病性视网膜病变(DR)、儿童斯达格特氏病(SD)、青光眼和其他疾病。这些病理有一个多因素的病因，但它们共同的事实是，它们导致视觉障碍和最近失明。此外，它们还具有视网膜细胞的损伤和死亡以及光感受器的退化[1,28]。在AMD中，RPE和Bruch膜的变性导致光感受器的丧失。RP的特征是由于遗传缺陷，先是杆状光感受器被破坏，然后是视锥细胞。在DR中，从早期阶段就可以观察到周细胞、内皮细胞和视网膜神经细胞的损伤。SD是一种遗传性疾病，在年轻患者中，RPE和光感受器的丧失导致视力的丧失。在青光眼中，高眼压(IOP)会导致视网膜神经节细胞(RGCs)的进行性损伤[29,30]。目前对这些疾病的治疗是有限的，事实上，它主要是针对减缓疾病的进展。晚期RD只能通过激光光凝和眼内注射血管内皮生长因子抑制剂(VEGF)获益，后者也用于湿性AMD。 In some cases, the treatment is surgery, such as vitrectomy or microsurgery strategies, which are much more invasive and can lead to risky complications. On the other hand, stem cells could represent a novel approach to these pathologies, due to their potential to regenerate the damaged retinal tissue, as happens in these age-related retinal disorders. There are already many studies on animals demonstrating the therapeutical potential of MSCs on degenerative retinal diseases [31-33]. In fact, evidences proved how these cells can provide a regeneration of many retinal cells, such as RPE cells, photoreceptors and axons, and also augment the survival of RGCs [34,35].
间充质干细胞在年龄相关性黄斑变性中的应用
老年性黄斑变性被列为老年人失明的主要原因;特别是70岁以上的人是患病风险最高的。视力下降是由于RPE的破坏，没有RPE的光感受器失去营养和维持内稳态的功能，导致其进行性死亡。AMD的发病机制源于许多遗传和环境因素[37]，这导致早期在RPE下积累无定形沉积物，在眼底镜检查或光学相干断层扫描(OCT)中可见drusen。这些沉积会引发炎症，促使视网膜细胞[2]变性。该病的晚期包括两种不同的形式，干性AMD(也称为地理萎缩)和湿性AMD(包括脉络膜新生血管)。干性AMD是RPE和Bruch 's膜降解的结果，随之而来的是光感受器的损失。另一方面，RPE与Bruch膜之间的物质积累会导致Bruch膜的脱离，导致湿性AMD。随之而来的新生血管的特征是毛细血管异常和渗漏，这导致视网膜下积液或黄斑出血，从而中央视力丧失[38]。目前可用的治疗方法仅对湿性AMD有效，而影响大多数AMD人群的地理萎缩仍然无法治愈。 Wet AMD patients can benefit from anti-VEGF or steroids intraocular injections, retinal photodynamic and laser photocoagulation therapy in order to alleviate neovascularization [39,40]. In studies on animals, where AMD disease was artificially provoked by using sodium iodate (NaIO3.)，通常会导致RPE和光感受器退化，植入MSCs可保护这些视网膜细胞免受NaIO的伤害3.[41]。最近，也对人类进行了一些研究。2012年，Schwartz等人在AMD和SD患者中提供了关于人类ESCs视网膜下移植的初步结果，显示了在未来4个月对患者眼睛进行手术的安全性。经过22个月的随访，9例干性AMD和9例SD患者的眼睛，观察到10例患者的BCVA有所改善，7眼保持稳定，1眼下降。未经治疗的眼睛BCVA没有改善[42,43]。在Kumar及其同事的一项研究中，60例晚期干性AMD患者通过玻璃体内注射骨髓间充质干细胞。随访6个月后，作者观察到BCVA改善，[44]电生理和解剖学改善。在Limoli等人的一项研究中，作者对25例干性AMD患者的36只眼睛使用了Limoli视网膜修复技术。该技术包括手术植入自体细胞、来自富含血小板血浆的血小板和来自脂肪的间充质干细胞的脉络膜上间隙。6个月后，接受治疗的患者BCVA较基线值更好，特别是在视网膜厚度较高的患者[45,46]。
MSCs在色素性视网膜炎中的应用
色素性视网膜炎是一种遗传性退行性视网膜疾病，是中年以下人口视力丧失的主要原因之一，世界发病率为1:40 000[47]。常染色体隐性遗传(AR)、常染色体显性遗传(AD)或x连锁遗传均可发生。虽然RP只涉及视网膜，但它也可以作为综合征的一部分出现;其中，鄂榭综合征最为常见[48]。起初，由于基因突变导致视杆感光器的破坏，患者会失去夜视能力(夜盲症)和外周视力限制，然后在后期，它会打击视锥细胞，导致中心视力和颜色辨别能力[49]的丧失。迄今为止，RP可由近200个基因[50]的近3000个突变引起。RP的发病机制源于其特征性基因突变，影响视网膜周围的杆状细胞。因此，在代谢过程中，被破坏的棒有较低的需求。同时，丰富的血液供应和高代谢率可能导致氧化应激影响锥体功能。此外，在RP中，继发于球外炎症过程的促炎细胞因子表达增加，这导致锥体功能障碍[51,52]。 From 20 to 30% of the AD cases is caused by rhodopsine gene (RHO), while Usherin (USH2A) is the most common gene involved in AR form (15% of cases), and the X-linked one is due to the retinitis pigmentosa GTPase regulator (RPGR, 70 to 90% of cases) [53]. Treatment of RP is currently very limited, basing mostly on support therapy. According to some evidence, antioxidant vitamins could slow disease’s progression, such as vitamin A and b-carotene [54,55]. The first example of gene therapy for autosomal dominant RP is Luxturna, which is an adeno-associated viral vector containing the complementary DNA of RPE65, whose mutation may cause recessive RP [56]. Another therapeutical approach consists in a transplantation of an artificial retina, which can grant a visual recovery in advanced stage of the disease [57,58]. Regarding stem cells therapy for RP, the aim is to obtain differentiated photoreceptors cells starting from in vitro stem cells, then transferring them in the eye through subretinal implants [59]. Some researchers succeeded in this challenge and showed how these photoreceptors can integrate in the retina of animal models of retinal degeneration diseases, improving visual function [60,61].
在Weiss和Levy的一项研究中，作者将自体骨髓干细胞通过球后、肌腱下、玻璃体内或静脉注射给17例患者的33只眼睛，观察到15只眼睛的7.9 Snellen线得到改善[62]。Wiacek等人对患病数年或10年以上的RP患者进行玻璃体内注射自体骨髓干细胞，在12个月的随访中，BCVA和最佳矫正距离视力(BCDVA)显著改善[63]。在一项涉及14名RP患者的非随机I期临床试验中，进行了玻璃体内骨髓间充质干细胞注射，目的是比较治疗后1年和7年的BCVA。几个月后，每位患者的BCVA都有所增加，但在1年时BCVA恢复到基线水平[64]。
MSCs在DR中的应用
糖尿病视网膜病变是一种糖尿病并发症，被认为是一种多因子微血管疾病。它是中老年人视力下降的主要原因。控制不良的糖尿病以慢性高血糖为特征，这会导致严重的代谢失调，如活性氧、糖基化终产物、炎症因子和VEGF的产生增加[65,66]。DR可分为两个阶段:非增生性DR (NPDR)和增生性DR (PDR)。在早期非增殖阶段，微血管系统发生渐进性损伤，周细胞和内皮细胞丢失，视网膜神经元细胞也发生炎症和降解[67]。如果增生性DR中疾病进展，可出现黄斑水肿，导致视力丧失，局部缺血可导致视网膜和眼部异常新生血管增生，导致出血[68]。在DR治疗中，从早期阶段就需要精确控制血糖水平和血压[69]。在晚期，为了减缓疾病的进展，治疗可以包括视网膜激光治疗、玻璃体内皮质类固醇和抗vegf。考虑到视网膜细胞在疾病进展过程中的损失，蒸汽细胞疗法被假设为RD的有效解决方案。在MSCs中，ASC在植入DR早期大鼠眼睛时表现出了改善视网膜功能的功效[70]，并发挥周细胞的作用，可以对视网膜血管进行修复[71]。 Moreover, they demonstrated the ability of reducing oxidative damage and promote the secretion of neurotrophic factors [72]. In a study of Gu et. al, 10 patients with severe NPDR and 7 with PDR received intravenous administration of autologous BM MSCs. After the 6 months from the therapy, NPDR patients showed a significant improve in BCVA and reduction of macular thickness, while PDR patients had only benefit of slight effects [73].
间充质干细胞在stargardt病中的应用
Stargardt病是一种以黄斑变性为特征的遗传性致盲疾病，由于RPE中脂褐素样物质沉积，导致光感受器细胞死亡。它发生在前20岁以下[74,75]。与本病相关的最常见基因是ABCR基因，其功能障碍导致RPE中脂褐素分子组分的积累[76,77]。到目前为止，还没有有效的治疗方法可以治愈或减缓SD的进展。因此，使用干细胞疗法以恢复受损的视网膜光感受器可能是治疗该病的有效策略。Song等人展示了在2名亚洲SD患者中，RPE的人esc来源细胞视网膜下移植是如何很好地耐受的，没有显示出不良反应。此外，随访期间视力有明显改善[78]。我们已经提到了Schwartz等人的工作，作者证明了通过患者眼睛内的人ESCs视网膜下移植恢复BCVA的安全性和有效性[44,45]。
间质干细胞在青光眼中的应用
青光眼和其他视网膜退行性疾病一样，由于高眼压，视网膜细胞，特别是RGCs会逐渐死亡。这导致视神经头的破坏和随之而来的视力丧失，开始时周围视力下降[79,80]。此外，视网膜神经节细胞退行性变过程中还有其他几个因素，如缺氧、缺血损伤、神经炎症、RGC层ROS水平升高和神经营养因子降低，都是高眼压和神经元损伤的结果[79]。目前的治疗以降低眼压为基础，通过药物药物的药物治疗，或使用不同的手术技术，从小梁切除术和引流植入到MIGS和非穿透性青光眼治疗[80]。最近的方法涉及到基因治疗，研究表明可以降低眼压并增加嗜神经因子的分泌[81]。近年来，人们的注意力也转移到了间充质干细胞移植上。Hu等在一项对青光眼大鼠的研究中展示了BM间充质干细胞如何提供神经保护作用，通过这种作用防止RGCs损伤和退行性变[82]。Limoli等对25例青光眼视神经病变患者的35只眼进行了研究，对照组21只眼，LRRT组14只眼，采用Limoli视网膜修复技术进行脉络膜上自体间充质干细胞移植治疗。随访6个月后的结果显示，在BCVA、灵敏度和近距离视觉方面，视觉功能明显增强[83]。
干细胞的治疗应用首次在动物模型上观察和证实，为视网膜退行性疾病的治疗开辟了新的前景。事实上，虽然目前大多数的治疗方法都能减缓疾病的发展，但干细胞可以使眼睛内的退化细胞再生。特别是，MSCs似乎通过旁分泌效应发挥其治疗机制，因此它们可以用来维持视网膜神经元的功能，并刺激胶质细胞提供神经修复效果。由于其非侵入性、非致瘤性、免疫抑制和细胞支持作用，骨髓间充质干细胞可能代表一种有效的眼科疾病的创新疗法，特别是那些目前没有适当治疗方法的疾病。
引用:floriido A, Budini M, Vingolo EM(2022)干细胞治疗退行性视网膜疾病的不同应用。《干细胞研究进展》8:093。
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