视网膜干细胞的成长之路

干细胞因其具有多向分化潜能而一直为人们所关注。Eiraku和他的同事们在体外模拟了原始胚胎细胞发育为视杯和视网膜的过程,从而得出这一过程不需要外界诱导的结论,Kang Zhang和Sheng Ding将这一结果发表在了本期NEJM的《Stem Cells and Eye Development》当中。

金鱼的视网膜. 图/BWJones

神奇的干细胞总是能够一次又一次的赚足人们的眼球。在胚胎时期,干细胞是经过怎样的超级变身,最终发育为成熟的眼睛的?这一科研成果又能为我们的眼病患者带来哪些福音呢?在本期的NEJM中,Kang Zhang和Sheng Ding将带着我们一同去寻找这些问题的答案。

干细胞因其所具有的多向分化潜能,成为治疗多种疾病的最终希望。与此同时,通过体细胞重编程(reprogramming somatic cells)所产生的诱导型全能干细胞(induced pluripotent stem cell,iPSCs)也为基础生物学和很多疾病的研究带来了又一次革命。然而,在实验室当中,由单一的干细胞最终分化为一个具有完整功能的器官却并非易事。值得庆幸的是,由于眼睛(尤其是视网膜)易于从全身分离和便于进行无创性的功能性再生监测,眼睛和视网膜已经在干细胞和疾病的斗争中漂亮地赢得了先锋战。

一个多世纪以来,研究者一直在探索原始胚胎细胞是如何最终发育为视杯和视网膜的。由外侧中脑神经外胚层发育而来的视网膜原始胚胎细胞首先向外长出一个小泡(视泡),而后发育为早期视杯,这个杯子的底儿刚好扣在了晶状体基板上。随着晶状体的不断长大,视杯的底儿开始向内凹陷,并最终发育为具有双层结构的成熟视杯组织,其外侧由视网膜色素上皮构成,内侧则为神经视网膜结构。

如果说原始胚胎细胞是一个刚刚降生的婴儿,那么视杯和视网膜则是这个婴儿长大后所成为的国之栋梁。那么这个婴儿的成长历程是怎样的呢?
有一种观点认为婴儿的发育是被它周围的晶状体等良师所引导的,经过这些老师的指导,再加上彼此间在学术上的不断交流,干细胞最终成长为视杯这样的学者。
而另一种观点则认为,这是一个胚胎细胞“自学成才”的过程,可以不经过老师的指引而最终有一番大作为。然而,很长一段时间以来,这两种观点究竟孰是孰非却仍旧无人知晓。

Eiraku和他的同事们最近的一项研究为胚胎细胞的“自学成才”说提供了有力的证据。研究者从老鼠胚胎干细胞中提取出胚胎小体,通过在培养基中加入细胞外基质蛋白,再现了原始胚胎细胞的成才历程。
在培养的第7天,在神经外胚层上形成了类似视泡的突出结构;在培养的第9天,视泡向内凹陷,形成了同样由视网膜色素上皮和神经视网膜构成的视杯结构。
由于在体外培养的过程中,视网膜原始胚胎细胞甚至没有见过他的启蒙老师晶状体先生,更谈不上是受到“高人点化”了,这一实验也就成为了“自学成才”学说的有力佐证。

Eiraku的这一视杯结构,能否进一步发育为包括晶状体、虹膜和角膜等其他结构在内的完整的眼结构?这仍还是个悬而未决的问题。然而,这一研究使得快速、大规模的细胞培养成为可能,而这对于药物筛查、疾病表型和机制的研究无疑都有着重要意义,这一模型也可能会为患有黄斑变性、色素沉着性视网膜炎和青光眼等疾病的患者带来福音。

来源:《新英格兰医学杂志》2011-7-28 基础研究的临床意义
Stem Cells and Eye Development. Kang Zhang, M.D., Ph.D., and Sheng Ding, Ph.D. N Engl J Med 2011; 365:370-372.
图片来源:Pic 1 from BWJones, pic 2 from accessscience, thanks!

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专栏作家

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2 Responses

  1. Juneo

    分化的过程既有自学的成分,也有良师的指导吧,两者结合再加上遗传

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