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干細胞治療與角膜重建

2019年世界衛(wèi)生組織發(fā)布的《世界視覺報告》指出，全球至少22億的視力損傷患者中與角膜有關的未矯正屈光不正約有1.27億，角膜渾濁約有420萬^[1]。角膜是位于眼球最前端的透明圓頂形結構，作為前屏障，角膜保護其他所有眼球結構，使其免受外部損傷。角膜也是透光和分光的結構基礎，光線的透射和折射在很大程度上依賴于角膜的透明度和曲率^[2]，因此角膜也是視覺形成的關鍵組織。

干細胞治療屬于再生醫(yī)學范疇，其應用于臨床實踐的首要目標是利用干細胞重建功能性組織。隨著精準醫(yī)療概念的提出和發(fā)展，干細胞治療也進入了新的精細階段，針對角膜各組分的干細胞重建取得了進展。

角膜上皮重建是干細胞治療的主戰(zhàn)場，角膜上皮維持著角膜的無血管和相對脫水狀態(tài)，使角膜透明和完整而保持清晰的視力。角膜上皮的生理來源是角膜緣干細胞(limbal stem cells，LSCs)，LSC屬成體干細胞，通過連續(xù)不對稱地分裂、分化，并向角膜中心遷移，以補充脫落的角膜上皮細胞^[3]。

圖1 角膜表面重建

角膜緣干細胞缺乏癥 (limbal stem cell deficiency，LSCD)指角膜緣干細胞的缺失或功能障礙，表現(xiàn)為角膜新生血管和結膜化，可通過對眼表細胞進行轉移、印跡和免疫染色，即印跡細胞學(impression cytology)驗證^[4]。LSCD的臨床癥狀包括慢性眼表不適、視力下降、畏光等，病因可分為2類：外在原因，如化學燒傷、放射線和感染等；內(nèi)在原因，如Stevens-Johnson綜合征(Stevens-Johnson syndrome，SJS)、無虹膜、單純皰疹性角膜炎和慢性角膜緣炎等。對于角膜中心部分相對透明的部分LSCD，應選擇保守措施進行治療^[5]，而對于較嚴重或完全的LSCD病例，通過移植手術補充角膜緣干細胞則被考慮為主要的治療方法。傳統(tǒng)的LSCD移植治療方法主要包括結膜角膜緣自體移植(conjunctival limbal autograft，CLAU)、角膜緣異體移植(limbal allograft，LAL)以及人工角膜移植。

表1 干細胞移植重建角膜上皮方法的優(yōu)缺點

角膜基質(zhì)約占角膜厚度的90%，主要由I型和V型膠原纖維片層狀排列組成^[6]，為角膜提供了結構支撐和抗拉強度、穩(wěn)定性和透明等重要特性。角膜基質(zhì)細胞位于角膜緣片層之間產(chǎn)生膠原蛋白和蛋白多糖，從而有助于角膜基質(zhì)的穩(wěn)定、細胞外基質(zhì)的調(diào)節(jié)以及愈合過程^[7]。在角膜損傷修復過程中，角膜基質(zhì)細胞容易變性轉化為成纖維細胞和肌成纖維細胞，且此過程不可逆轉，通常會造成角膜的混濁。

角膜基質(zhì)干細胞存在于角膜緣基質(zhì)中，能通過基底膜與角膜緣干細胞有直接的細胞連接，為角膜緣干細胞提供支持維持其干細胞特性^[8]。角膜緣基質(zhì)干細胞表達間充質(zhì)和干細胞相關的表面標志物(CD73、CD90、CD105、CD140b)，能夠在體外分化為脂肪、骨和軟骨。研究人員成功從角膜緣上層組織中分離出角膜基質(zhì)干細胞，可形成表達干細胞基因(ABCG2、Nestin、NGFR、Oct4、PAX6和Sox2)的克隆球，并且能進一步分化為表達ALDH3A1、AQP1、KERA和PTGDS等標志基因的角膜基質(zhì)細胞。當移植到小鼠角膜傷口中時，角膜基質(zhì)干細胞可防止光散射瘢痕組織的形成。此外，角膜中注射分離的角膜基質(zhì)干細胞，可以恢復角膜基質(zhì)的透明度和結構，其外泌體也對受傷角膜起促進愈合的作用。除了角膜基質(zhì)的原生干細胞外，來源于骨髓、臍帶、脂肪組織、人羊膜的其他間質(zhì)干細胞以及iPSCs治療也能防止受傷角膜基質(zhì)的不透明和新生血管。干細胞能通過類似的機制調(diào)節(jié)角膜基質(zhì)愈合：向角膜基質(zhì)細胞分化、抑制中性粒細胞的浸潤和功能、免疫調(diào)節(jié)、防止異常細胞外基質(zhì)(extracellular matrix，ECM)沉積、優(yōu)選產(chǎn)生正常ECM成分、釋放旁分泌因子影響周圍損傷細胞和正常細胞來防止角膜瘢痕。盡管角膜基質(zhì)干細胞的研究在近期獲得了一些進展，但距離真正的角膜基質(zhì)層重建還有一定距離，需要克服細胞純度、細胞特征鑒定、細胞移植術式建立等一系列困難^[9]。

角膜內(nèi)皮細胞是神經(jīng)嵴衍生的細胞，位于特殊的細胞外基質(zhì)上，維持著角膜基質(zhì)水合所必需的狹窄生理范圍，同時通過離子轉運功能抵消了從基質(zhì)到房水的擴散梯度并進行物質(zhì)轉運，對角膜功能的實現(xiàn)至關重要。人角膜內(nèi)皮細胞無法再生，受損后細胞通常會發(fā)生變形、變大，但整體數(shù)量相應減少，導致角膜內(nèi)皮功能失代償。當細胞密度低于維持其生理功能的臨界密度，將發(fā)生嚴重的病理改變。體外獲得角膜內(nèi)皮干細胞的技術還不成熟，只有少數(shù)研究開發(fā)了獲得具備角膜內(nèi)皮前體細胞特征細胞的體外方法，應用細胞移植技術治療角膜內(nèi)皮疾病的報導較少。2018年，研究人員將體外擴增培養(yǎng)的異體內(nèi)皮細胞注射到11例大皰性角膜病患者前房。24周的隨訪后接受治療的眼睛的角膜內(nèi)皮細胞密度均超過500個細胞/mm²，其中10個超過1000個細胞/mm²，且沒有發(fā)生任何不良事件。該臨床試驗表明了細胞移植技術治療角膜內(nèi)皮疾病是可行的。牙髓干細胞也被證明可轉化為表達ZO1、ATP1A1以及COL4A2等角膜內(nèi)皮特異性標志物的細胞，有望作為角膜內(nèi)皮細胞的替代細胞^[10]。

近30年角膜領域新技術使數(shù)百萬患者免于失明，但利用角膜緣干細胞重建功能性角膜仍需深入研究，如鑒定更多的特異性干細胞標志物，包括細胞表面標志物以檢測和富集干細胞群體；研發(fā)維持角膜緣干細胞擴增的穩(wěn)定體系，避免細胞在體外培養(yǎng)過程中增殖能力減弱；此外，應著力解決諸如大規(guī)模無異種蛋白(Xeno-free)培養(yǎng)、干細胞治療GMP通用化以及低不良反應高效免疫抑制等瓶頸問題。角膜基質(zhì)和角膜內(nèi)皮的干細胞治療相比角膜上皮仍處于不成熟階段。角膜基質(zhì)干細胞缺乏國際范圍內(nèi)認可的特異性標志物，臨床試驗尚未開展。角膜內(nèi)皮細胞則需要尋找種子細胞以實現(xiàn)“開源”，同時也需要發(fā)展成熟的干細胞治療方

案來實現(xiàn)科研和臨床的同步。

參考文獻

[1] World report on vision[R]. Geneva: World Health Organization; 2019.

[2] Fuest M, Yam GH, Peh GS, et al. Advances in corneal cell therapy[ J]. Regen Med, 2016, 11(6): 601-615.

[3] Dua HS, Forrester JV. The corneoscleral limbus in human corneal epithelial wound healing[ J]. Am J Ophthalmol, 1990, 110(6): 646-656.

[4] Le Q, Xu J, Deng SX. The diagnosis of limbal stem cell deficiency[ J]. Ocul Surf, 2018, 16(1): 58-69.

[5] Dua HS. The conjunctiva in corneal epithelial wound healing[ J]. Br J Ophthalmol, 1998, 82(12): 1407-1411.

[6] Ruberti JW, Sinha Roy A, Roberts CJ. Corneal biomechanics and biomaterials[ J]. Annu Rev Biomed Eng, 2011, 13: 269-295.

[7] Chen S, Mienaltowski MJ, Birk DE. Regulation of corneal stroma extracellular matrix assembly[ J]. Exp Eye Res, 2015, 133: 69-80.

[8] Meyer-Blazejewska EA, Call MK, Yamanaka O, et al. From hair to cornea: toward the therapeutic use of hair follicle-derived stem cells in the treatment of limbal stem cell deficiency[J]. Stem Cells, 2011, 29(1): 57-66.

[9] Yokoo S, Yamagami S, Yanagi Y, et al. Human corneal endothelial cell precursors isolated by sphere-forming assay[ J]. Invest Ophthalmol Vis Sci, 2005, 46(5): 1626-1631.

[10] Bosch BM, Salero E, Nú?ez-Toldrà R, et al. Discovering the potential of dental pulp stem cells for corneal endothelial cell production: a proof of concept[ J]. Front Bioeng Biotechnol, 2021, 9: 617724.