叢小杰，肖宗宇，李文輝，李坤正

(1青海大學(xué)研究生院，西寧810000；2青海大學(xué)附屬醫(yī)院)

Müller細(xì)胞在視網(wǎng)膜病變發(fā)生發(fā)展中作用的研究進(jìn)展

叢小杰1，肖宗宇2，李文輝2，李坤正2

(1青海大學(xué)研究生院，西寧810000；2青海大學(xué)附屬醫(yī)院)

Müller細(xì)胞是哺乳動物視網(wǎng)膜中主要的神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞之一，在維持內(nèi)環(huán)境穩(wěn)態(tài)和神經(jīng)元結(jié)構(gòu)完整性、穩(wěn)定性及信號轉(zhuǎn)導(dǎo)等方面具有重要作用。視網(wǎng)膜病變是神經(jīng)元不可逆性損傷，目前認(rèn)為干細(xì)胞治療是其最有前景的治療方法之一。在各類型視網(wǎng)膜病變中，均發(fā)現(xiàn)有Müller細(xì)胞的神經(jīng)膠質(zhì)增生反應(yīng)參與，同時調(diào)控視網(wǎng)膜病變的整個病理過程。研究證實，Müller細(xì)胞在形態(tài)和功能上均有神經(jīng)干細(xì)胞特性的潛能，當(dāng)視網(wǎng)膜損傷后，Müller細(xì)胞可向視網(wǎng)膜神經(jīng)細(xì)胞方向分化。Müller細(xì)胞可作為視網(wǎng)膜損傷后再生神經(jīng)元的細(xì)胞來源，為視網(wǎng)膜病變的治療提供新的方向。

視網(wǎng)膜病變；Müller細(xì)胞；神經(jīng)再生；干細(xì)胞

Müller細(xì)胞是哺乳動物視網(wǎng)膜中主要的神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞之一，占視網(wǎng)膜細(xì)胞總量的90%左右。在胚胎發(fā)育過程中與視網(wǎng)膜神經(jīng)元有著共同的干細(xì)胞來源，故其與視網(wǎng)膜的關(guān)系密切。近年來，越來越多的研究表明，Müller細(xì)胞具有神經(jīng)干細(xì)胞特性的潛能，當(dāng)視網(wǎng)膜損傷后，Müller細(xì)胞能夠通過增殖、分化成為視網(wǎng)膜神經(jīng)元，以促進(jìn)視網(wǎng)膜修復(fù)。本文對視網(wǎng)膜Müller細(xì)胞在視網(wǎng)膜病變發(fā)生發(fā)展中的作用作一綜述。

1 Müller細(xì)胞的形態(tài)、生理功能及特性

1.1 形態(tài) Müller細(xì)胞由德國人Müller于1851年首先發(fā)現(xiàn)并以其名字命名。Müller細(xì)胞是視網(wǎng)膜細(xì)胞的重要組成部分，主要集中在內(nèi)網(wǎng)狀層、內(nèi)核層及節(jié)細(xì)胞和神經(jīng)纖維層。視網(wǎng)膜不同部位的Müller細(xì)胞形態(tài)不完全相同。位于鋸齒緣的Müller細(xì)胞突觸較中央?yún)^(qū)突觸短，且擁有較大的胞體和廣闊的終足；中心凹區(qū)的Müller細(xì)胞則擁有細(xì)長的胞體[1]。光鏡下觀察，Müller細(xì)胞胞體向內(nèi)外發(fā)出細(xì)長的突起占據(jù)了從內(nèi)界膜至外界膜的整個視網(wǎng)膜全層，包繞著視網(wǎng)膜中視錐細(xì)胞、視桿細(xì)胞、雙極細(xì)胞及神經(jīng)節(jié)細(xì)胞的大部分神經(jīng)元，特化的足板與視網(wǎng)膜毛細(xì)血管共同構(gòu)成血-視網(wǎng)膜屏障[2]。

1.2 生理功能 作為在視網(wǎng)膜中起主導(dǎo)作用的神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞，Müller細(xì)胞在支撐神經(jīng)元結(jié)構(gòu)和功能完整方面扮演了至關(guān)重要的角色。在視網(wǎng)膜生長初期，Müller細(xì)胞就在創(chuàng)造和維持神經(jīng)視網(wǎng)膜結(jié)構(gòu)、支持視網(wǎng)膜神經(jīng)元生存和信息處理等方面具有重要作用[3]。在健康視網(wǎng)膜中，Müller細(xì)胞通過參與調(diào)節(jié)視網(wǎng)膜葡萄糖代謝為視網(wǎng)膜神經(jīng)元提供營養(yǎng)物質(zhì)，如為神經(jīng)元的有氧代謝提供乳酸鹽、丙酮酸鹽，并帶走代謝產(chǎn)物[4]；參與調(diào)節(jié)視網(wǎng)膜血流及血-視網(wǎng)膜屏障的形成和維持[5]。Dubois-Dauphin等[6]研究結(jié)果顯示，Müller細(xì)胞在維持視網(wǎng)膜結(jié)構(gòu)和功能方面具有重要作用。通過選擇性摧毀Müller細(xì)胞，導(dǎo)致視網(wǎng)膜發(fā)育不良、光感受器細(xì)胞凋亡，最終導(dǎo)致視網(wǎng)膜發(fā)生變性且色素上皮增殖。

研究發(fā)現(xiàn)，Müller細(xì)胞擁有和細(xì)胞功能活動相關(guān)的電壓門控離子通道，主要包括鉀離子通道和鈣離子通道，用于維持視網(wǎng)膜上的離子和水平衡。同時，Müller細(xì)胞還有表達(dá)主要神經(jīng)遞質(zhì)的受體和轉(zhuǎn)運(yùn)體[7]，如γ-氨基丁酸(GABA)受體、離子型與代謝型谷氨酸受體、甘氨酸受體及谷氨酸轉(zhuǎn)運(yùn)體、GABA轉(zhuǎn)運(yùn)體、谷氨酰胺轉(zhuǎn)運(yùn)體和甘氨酸轉(zhuǎn)運(yùn)體。表明Müller細(xì)胞除對神經(jīng)元有支撐和營養(yǎng)作用外，與神經(jīng)元之間的信息交換、信號轉(zhuǎn)導(dǎo)在維持視網(wǎng)膜神經(jīng)元正常功能方面發(fā)揮重要作用。

1.3 特性 Müller細(xì)胞在形態(tài)和功能上均有神經(jīng)干細(xì)胞特性的潛能。傳統(tǒng)觀點認(rèn)為，成體哺乳動物的中樞神經(jīng)系統(tǒng)包括兩大類型細(xì)胞：神經(jīng)元和神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞，而不存在神經(jīng)干細(xì)胞。但近年來研究發(fā)現(xiàn)，在包括人在內(nèi)的成體哺乳動物中樞神經(jīng)系統(tǒng)中存在神經(jīng)干細(xì)胞，且這些神經(jīng)干細(xì)胞具備完全分化的膠質(zhì)細(xì)胞特性，可以向神經(jīng)元分化。

Alvarez-Buylla等[8]于2001年提出了新的神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)育譜系理論，其核心為膠質(zhì)細(xì)胞可以是神經(jīng)干細(xì)胞，可以分化產(chǎn)生神經(jīng)元。該理論在側(cè)腦室下區(qū)、海馬齒狀回顆粒下區(qū)和脊髓中得到證實，但在成年哺乳動物視網(wǎng)膜中的相關(guān)研究仍然處于探索階段。在一些低等的脊椎動物如魚類中，視網(wǎng)膜損傷后，Müller細(xì)胞可作為修復(fù)視網(wǎng)膜的干細(xì)胞來源[9]。Fischer等[10]曾報道，將興奮性氨基酸類毒劑注入出生后7 d的雞眼玻璃體內(nèi)造成視網(wǎng)膜損傷后，Müller細(xì)胞高表達(dá)神經(jīng)干細(xì)胞所特有的轉(zhuǎn)錄因子PAX6、CHX10，并可分化產(chǎn)生視網(wǎng)膜中的無長突細(xì)胞和雙極細(xì)胞。將堿性成纖維細(xì)胞生長因子等注入成年雞眼玻璃體內(nèi)，也可觀察到這一現(xiàn)象。提示雞視網(wǎng)膜中的Müller細(xì)胞也同樣具有神經(jīng)干細(xì)胞的潛能。隨著研究的深入，Ooto等[11]研究也發(fā)現(xiàn)，在大鼠視網(wǎng)膜損傷后，部分Müller細(xì)胞出現(xiàn)增殖，并向雙極細(xì)胞和光感受器細(xì)胞方向分化。

神經(jīng)干細(xì)胞特征性表達(dá)的中間絲蛋白種類反映了細(xì)胞的成熟狀態(tài)，在胚胎時期多能干神經(jīng)管上皮細(xì)胞高表達(dá)巢蛋白(Nestin)，是早期原始神經(jīng)細(xì)胞的標(biāo)志，通常把它作為神經(jīng)干細(xì)胞的特異性標(biāo)記。而隨著多能干神經(jīng)管上皮細(xì)胞逐步向成熟的神經(jīng)元和星形膠質(zhì)細(xì)胞分化，Nestin的表達(dá)逐步下調(diào)而分別被神經(jīng)絲和膠質(zhì)原纖維酸性蛋白(GFAP)所取代[12]。但當(dāng)正常成年大鼠視網(wǎng)膜受到損傷后，Müller細(xì)胞強(qiáng)烈上調(diào)了Nestin的表達(dá)，表達(dá)強(qiáng)度于視網(wǎng)膜損傷后2周達(dá)高峰，1月后逐漸恢復(fù)正常[13]。由此推測視網(wǎng)膜損傷后Müller細(xì)胞高表達(dá)Nestin很可能預(yù)示它們處于一種相對“幼稚”的細(xì)胞狀態(tài)，而成年哺乳動物神經(jīng)細(xì)胞上調(diào)表達(dá)干細(xì)胞的標(biāo)志物預(yù)示其處于“去分化”狀態(tài)。

從發(fā)育的角度來看，Müller細(xì)胞是胚胎發(fā)育期放射狀膠質(zhì)細(xì)胞(RG)的“后裔”，而RG則是胚胎時期最早出現(xiàn)的膠質(zhì)細(xì)胞，也是胚胎發(fā)育中主要的祖細(xì)胞[14]。近年來諸多研究表明，Müller細(xì)胞和RG之間具有頗多相似之處。從形態(tài)來說，二者都呈典型的雙極形，一端突起膨大形成終足；都表達(dá)RG特征性的標(biāo)志物之一——中間絲波形蛋白；都和血管接觸，胞體內(nèi)含有大量糖原；都有特殊的“鈣波”活動。Müller細(xì)胞在“去分化”后(包括視網(wǎng)膜化學(xué)性損傷和直接用細(xì)胞因子誘導(dǎo))可表達(dá)PAX6，而PAX6已被證明是視網(wǎng)膜前體細(xì)胞維持多能干狀態(tài)所必需的轉(zhuǎn)錄因子[15]。以上均提示Müller細(xì)胞分享了神經(jīng)干細(xì)胞的諸多特性，有可能與RG相似，具有神經(jīng)干細(xì)胞的潛能。

2 Müller細(xì)胞在視網(wǎng)膜病變發(fā)生發(fā)展中的作用

視網(wǎng)膜病變是臨床上常見的多發(fā)病，其特點是引起神經(jīng)元損傷或進(jìn)行性大量凋亡[16]，造成視力進(jìn)行性下降，嚴(yán)重者甚至失明。而對于視網(wǎng)膜病變的相關(guān)性治療至今仍沒有切實可行的治療方法。如何修復(fù)損傷的視網(wǎng)膜、恢復(fù)患者的視力，已成為當(dāng)今醫(yī)學(xué)亟待解決的重大難題。

當(dāng)發(fā)生眼部外傷或炎癥疾病而造成視網(wǎng)膜剝離時，由于氧供和營養(yǎng)供應(yīng)的減少，從而導(dǎo)致感光細(xì)胞死亡并繼之出現(xiàn)視網(wǎng)膜變性。觀察發(fā)現(xiàn)，視網(wǎng)膜剝離發(fā)生1 d后，Müller細(xì)胞開始增殖，此時中間絲蛋白、GFAP和波形蛋白呈現(xiàn)高表達(dá)，增殖高峰大約出現(xiàn)在剝離后3～4 d，并持續(xù)數(shù)周到數(shù)月[17]。Stefansson等[18]研究證實，視網(wǎng)膜缺血同樣可以誘導(dǎo)Müller細(xì)胞增殖。

雖然糖尿病視網(wǎng)膜病變的根本是微血管的病變，但有研究表明，糖尿病視網(wǎng)膜功能的喪失和神經(jīng)元的死亡可歸因于Müller細(xì)胞的反應(yīng)性改變[19]。實驗表明，糖尿病視網(wǎng)膜的細(xì)胞凋亡主要是神經(jīng)元的凋亡，而Müller細(xì)胞則表現(xiàn)為與其他各種類型細(xì)胞上p75受體表達(dá)增加相關(guān)。隨著密度的增加，Müller細(xì)胞的增殖率超過凋亡率[20]。在糖尿病視網(wǎng)膜中，由于高血糖和低氧誘導(dǎo)，血-視網(wǎng)膜屏障遭到破壞而出現(xiàn)血管滲漏，滲出的血漿蛋白和免疫球蛋白G可引發(fā)Müller細(xì)胞神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞增多癥，而且血清成分漏入血管周圍壞境也可以刺激Müller細(xì)胞增殖[17]。而在慢性眼壓增高的大鼠模型中同樣也發(fā)現(xiàn)了Müller細(xì)胞的改變，由于視網(wǎng)膜中谷氨酸鹽向谷氨酰胺轉(zhuǎn)化減少，導(dǎo)致細(xì)胞外谷氨酸鹽大量積聚，激活5-型代謝型谷氨酸受體，抑制Müller細(xì)胞上Kir通道，最終導(dǎo)致Müller細(xì)胞激活，從而發(fā)生膠質(zhì)化增殖[21]。

在視網(wǎng)膜損傷早期，由于Müller細(xì)胞生理功能遭到抑制，Müller細(xì)胞上多種電壓門控離子通道、神經(jīng)遞質(zhì)受體調(diào)控神經(jīng)細(xì)胞外物質(zhì)的濃度的改變，Müller細(xì)胞合成和分泌多種神經(jīng)營養(yǎng)因子的改變促進(jìn)了視網(wǎng)膜病變的進(jìn)展過程[2]。而視網(wǎng)膜損傷后期，Müller細(xì)胞重新進(jìn)入細(xì)胞循環(huán)過程，發(fā)生增殖反應(yīng)，并逐漸向損傷區(qū)擴(kuò)展，同時Müller細(xì)胞將表達(dá)視網(wǎng)膜祖細(xì)胞的特異性標(biāo)記，如PAX6、CHX10等[10]；部分增殖的Müller細(xì)胞能夠最終分化成為新生的神經(jīng)元和神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞[22]。由此可見，Müller細(xì)胞在視網(wǎng)膜損傷的發(fā)生發(fā)展過程以及后期損傷后修復(fù)過程中，均起著重要作用。

雖然體外研究表明，Müller細(xì)胞很可能具備神經(jīng)干細(xì)胞潛能，并在特殊條件下可以發(fā)揮神經(jīng)干細(xì)胞特性，但目前仍未見有效利用Müller細(xì)胞這一特性來治療各類視網(wǎng)膜病變的研究。所以，通過不同的方法來探討Müller細(xì)胞在各種類型視網(wǎng)膜病變發(fā)生發(fā)展過程中的作用及機(jī)制，通過延緩或逆轉(zhuǎn)其結(jié)構(gòu)、功能異常來預(yù)防和治療視網(wǎng)膜病變是目前研究的熱點，并有學(xué)者提出通過移植Müller細(xì)胞來治療這一類疾病的提議[23,24]。

Müller細(xì)胞作為內(nèi)源性的干細(xì)胞來源，與近年來研究的熱點間充質(zhì)干細(xì)胞和誘導(dǎo)多能干細(xì)胞相比較，其和視網(wǎng)膜神經(jīng)元同來自神經(jīng)外胚層，在臨床應(yīng)用中將會有廣闊的前景。然而，由于其在成年哺乳動物中表現(xiàn)為沉寂的干細(xì)胞特點，只有在視網(wǎng)膜損傷等一定條件下才能夠得到激活，并且激活后其增殖、分化數(shù)目相對較少。所以，如何更好地激活并促進(jìn)Müller細(xì)胞增殖、分化將成為今后研究的重點。

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李坤正(E-mail:likunzheng6810@163.com)

2017-06-28)