Müller细胞在视网膜病变发生发展中作用的研究进展

丛小杰，肖宗宇，李文辉，李坤正

(1青海大学研究生院，西宁810000；2青海大学附属医院)

Müller细胞在视网膜病变发生发展中作用的研究进展

丛小杰1，肖宗宇2，李文辉2，李坤正2

(1青海大学研究生院，西宁810000；2青海大学附属医院)

Müller细胞是哺乳动物视网膜中主要的神经胶质细胞之一，在维持内环境稳态和神经元结构完整性、稳定性及信号转导等方面具有重要作用。视网膜病变是神经元不可逆性损伤，目前认为干细胞治疗是其最有前景的治疗方法之一。在各类型视网膜病变中，均发现有Müller细胞的神经胶质增生反应参与，同时调控视网膜病变的整个病理过程。研究证实，Müller细胞在形态和功能上均有神经干细胞特性的潜能，当视网膜损伤后，Müller细胞可向视网膜神经细胞方向分化。Müller细胞可作为视网膜损伤后再生神经元的细胞来源，为视网膜病变的治疗提供新的方向。

视网膜病变；Müller细胞；神经再生；干细胞

Müller细胞是哺乳动物视网膜中主要的神经胶质细胞之一，占视网膜细胞总量的90%左右。在胚胎发育过程中与视网膜神经元有着共同的干细胞来源，故其与视网膜的关系密切。近年来，越来越多的研究表明，Müller细胞具有神经干细胞特性的潜能，当视网膜损伤后，Müller细胞能够通过增殖、分化成为视网膜神经元，以促进视网膜修复。本文对视网膜Müller细胞在视网膜病变发生发展中的作用作一综述。

1 Müller细胞的形态、生理功能及特性

1.1 形态 Müller细胞由德国人Müller于1851年首先发现并以其名字命名。Müller细胞是视网膜细胞的重要组成部分，主要集中在内网状层、内核层及节细胞和神经纤维层。视网膜不同部位的Müller细胞形态不完全相同。位于锯齿缘的Müller细胞突触较中央区突触短，且拥有较大的胞体和广阔的终足；中心凹区的Müller细胞则拥有细长的胞体[1]。光镜下观察，Müller细胞胞体向内外发出细长的突起占据了从内界膜至外界膜的整个视网膜全层，包绕着视网膜中视锥细胞、视杆细胞、双极细胞及神经节细胞的大部分神经元，特化的足板与视网膜毛细血管共同构成血-视网膜屏障[2]。

1.2 生理功能 作为在视网膜中起主导作用的神经胶质细胞，Müller细胞在支撑神经元结构和功能完整方面扮演了至关重要的角色。在视网膜生长初期，Müller细胞就在创造和维持神经视网膜结构、支持视网膜神经元生存和信息处理等方面具有重要作用[3]。在健康视网膜中，Müller细胞通过参与调节视网膜葡萄糖代谢为视网膜神经元提供营养物质，如为神经元的有氧代谢提供乳酸盐、丙酮酸盐，并带走代谢产物[4]；参与调节视网膜血流及血-视网膜屏障的形成和维持[5]。Dubois-Dauphin等[6]研究结果显示，Müller细胞在维持视网膜结构和功能方面具有重要作用。通过选择性摧毁Müller细胞，导致视网膜发育不良、光感受器细胞凋亡，最终导致视网膜发生变性且色素上皮增殖。

研究发现，Müller细胞拥有和细胞功能活动相关的电压门控离子通道，主要包括钾离子通道和钙离子通道，用于维持视网膜上的离子和水平衡。同时，Müller细胞还有表达主要神经递质的受体和转运体[7]，如γ-氨基丁酸(GABA)受体、离子型与代谢型谷氨酸受体、甘氨酸受体及谷氨酸转运体、GABA转运体、谷氨酰胺转运体和甘氨酸转运体。表明Müller细胞除对神经元有支撑和营养作用外，与神经元之间的信息交换、信号转导在维持视网膜神经元正常功能方面发挥重要作用。

1.3 特性 Müller细胞在形态和功能上均有神经干细胞特性的潜能。传统观点认为，成体哺乳动物的中枢神经系统包括两大类型细胞：神经元和神经胶质细胞，而不存在神经干细胞。但近年来研究发现，在包括人在内的成体哺乳动物中枢神经系统中存在神经干细胞，且这些神经干细胞具备完全分化的胶质细胞特性，可以向神经元分化。

Alvarez-Buylla等[8]于2001年提出了新的神经系统发育谱系理论，其核心为胶质细胞可以是神经干细胞，可以分化产生神经元。该理论在侧脑室下区、海马齿状回颗粒下区和脊髓中得到证实，但在成年哺乳动物视网膜中的相关研究仍然处于探索阶段。在一些低等的脊椎动物如鱼类中，视网膜损伤后，Müller细胞可作为修复视网膜的干细胞来源[9]。Fischer等[10]曾报道，将兴奋性氨基酸类毒剂注入出生后7 d的鸡眼玻璃体内造成视网膜损伤后，Müller细胞高表达神经干细胞所特有的转录因子PAX6、CHX10，并可分化产生视网膜中的无长突细胞和双极细胞。将碱性成纤维细胞生长因子等注入成年鸡眼玻璃体内，也可观察到这一现象。提示鸡视网膜中的Müller细胞也同样具有神经干细胞的潜能。随着研究的深入，Ooto等[11]研究也发现，在大鼠视网膜损伤后，部分Müller细胞出现增殖，并向双极细胞和光感受器细胞方向分化。

神经干细胞特征性表达的中间丝蛋白种类反映了细胞的成熟状态，在胚胎时期多能干神经管上皮细胞高表达巢蛋白(Nestin)，是早期原始神经细胞的标志，通常把它作为神经干细胞的特异性标记。而随着多能干神经管上皮细胞逐步向成熟的神经元和星形胶质细胞分化，Nestin的表达逐步下调而分别被神经丝和胶质原纤维酸性蛋白(GFAP)所取代[12]。但当正常成年大鼠视网膜受到损伤后，Müller细胞强烈上调了Nestin的表达，表达强度于视网膜损伤后2周达高峰，1月后逐渐恢复正常[13]。由此推测视网膜损伤后Müller细胞高表达Nestin很可能预示它们处于一种相对“幼稚”的细胞状态，而成年哺乳动物神经细胞上调表达干细胞的标志物预示其处于“去分化”状态。

从发育的角度来看，Müller细胞是胚胎发育期放射状胶质细胞(RG)的“后裔”，而RG则是胚胎时期最早出现的胶质细胞，也是胚胎发育中主要的祖细胞[14]。近年来诸多研究表明，Müller细胞和RG之间具有颇多相似之处。从形态来说，二者都呈典型的双极形，一端突起膨大形成终足；都表达RG特征性的标志物之一——中间丝波形蛋白；都和血管接触，胞体内含有大量糖原；都有特殊的“钙波”活动。Müller细胞在“去分化”后(包括视网膜化学性损伤和直接用细胞因子诱导)可表达PAX6，而PAX6已被证明是视网膜前体细胞维持多能干状态所必需的转录因子[15]。以上均提示Müller细胞分享了神经干细胞的诸多特性，有可能与RG相似，具有神经干细胞的潜能。

2 Müller细胞在视网膜病变发生发展中的作用

视网膜病变是临床上常见的多发病，其特点是引起神经元损伤或进行性大量凋亡[16]，造成视力进行性下降，严重者甚至失明。而对于视网膜病变的相关性治疗至今仍没有切实可行的治疗方法。如何修复损伤的视网膜、恢复患者的视力，已成为当今医学亟待解决的重大难题。

当发生眼部外伤或炎症疾病而造成视网膜剥离时，由于氧供和营养供应的减少，从而导致感光细胞死亡并继之出现视网膜变性。观察发现，视网膜剥离发生1 d后，Müller细胞开始增殖，此时中间丝蛋白、GFAP和波形蛋白呈现高表达，增殖高峰大约出现在剥离后3～4 d，并持续数周到数月[17]。Stefansson等[18]研究证实，视网膜缺血同样可以诱导Müller细胞增殖。

虽然糖尿病视网膜病变的根本是微血管的病变，但有研究表明，糖尿病视网膜功能的丧失和神经元的死亡可归因于Müller细胞的反应性改变[19]。实验表明，糖尿病视网膜的细胞凋亡主要是神经元的凋亡，而Müller细胞则表现为与其他各种类型细胞上p75受体表达增加相关。随着密度的增加，Müller细胞的增殖率超过凋亡率[20]。在糖尿病视网膜中，由于高血糖和低氧诱导，血-视网膜屏障遭到破坏而出现血管渗漏，渗出的血浆蛋白和免疫球蛋白G可引发Müller细胞神经胶质细胞增多症，而且血清成分漏入血管周围坏境也可以刺激Müller细胞增殖[17]。而在慢性眼压增高的大鼠模型中同样也发现了Müller细胞的改变，由于视网膜中谷氨酸盐向谷氨酰胺转化减少，导致细胞外谷氨酸盐大量积聚，激活5-型代谢型谷氨酸受体，抑制Müller细胞上Kir通道，最终导致Müller细胞激活，从而发生胶质化增殖[21]。

在视网膜损伤早期，由于Müller细胞生理功能遭到抑制，Müller细胞上多种电压门控离子通道、神经递质受体调控神经细胞外物质的浓度的改变，Müller细胞合成和分泌多种神经营养因子的改变促进了视网膜病变的进展过程[2]。而视网膜损伤后期，Müller细胞重新进入细胞循环过程，发生增殖反应，并逐渐向损伤区扩展，同时Müller细胞将表达视网膜祖细胞的特异性标记，如PAX6、CHX10等[10]；部分增殖的Müller细胞能够最终分化成为新生的神经元和神经胶质细胞[22]。由此可见，Müller细胞在视网膜损伤的发生发展过程以及后期损伤后修复过程中，均起着重要作用。

虽然体外研究表明，Müller细胞很可能具备神经干细胞潜能，并在特殊条件下可以发挥神经干细胞特性，但目前仍未见有效利用Müller细胞这一特性来治疗各类视网膜病变的研究。所以，通过不同的方法来探讨Müller细胞在各种类型视网膜病变发生发展过程中的作用及机制，通过延缓或逆转其结构、功能异常来预防和治疗视网膜病变是目前研究的热点，并有学者提出通过移植Müller细胞来治疗这一类疾病的提议[23,24]。

Müller细胞作为内源性的干细胞来源，与近年来研究的热点间充质干细胞和诱导多能干细胞相比较，其和视网膜神经元同来自神经外胚层，在临床应用中将会有广阔的前景。然而，由于其在成年哺乳动物中表现为沉寂的干细胞特点，只有在视网膜损伤等一定条件下才能够得到激活，并且激活后其增殖、分化数目相对较少。所以，如何更好地激活并促进Müller细胞增殖、分化将成为今后研究的重点。

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青海省科技厅资助项目(2016-ZJ-722)。

李坤正(E-mail:likunzheng6810@163.com)

2017-06-28)