Neonatal disease environment limits the efficacy of retinal transplantation in the LCA8 mouse model

Abstract

BackgroundMutations of Crb1 gene cause irreversible and incurable visual impairment in humans. This study aims to use an LCA8-like mouse model to identify host-mediated responses that might interfere with survival, retinal integration and differentiation of grafted cells during neonatal cell therapy.MethodsMixed retinal donor cells (1 ~ 2 × 104) isolated from neural retinas of neonatal eGFP transgenic mice were injected into the subretinal space of LCA8-like model neonatal mice. Markers of specific cell types were used to analyze microglial attraction, CSPG induction and retinal cell differentiation. The positions of host retinal cells were traced according to their laminar location during disease progression to look for host cell rearrangements that might inhibit retinal integration of the transplanted cells.ResultsTransplanted retinal cells showed poor survival and attracted microglial cells, but CSPG was not greatly induced. Retinas of the LCA8 model hosts underwent significant cellular rearrangement, including rosette formation and apical displacement of inner retinal cells.ConclusionsLocal disease environment, particularly host immune responses to injected cells and formation of a physical barrier caused by apical migration of host retinal cells upon disruption of outer limiting membrane, may impose two major barriers in LCAs cell transplantation therapy.

Effects of interaction between stem cells and degenerative retinal microenvironment on stem cell fate determination

“…与 Müller 细胞相比，星形胶质细胞在视网膜变性疾病中的作用受到关注较 少。在某些类型的视网膜损伤如视网膜脱离、青光眼和视神经损伤时，星形胶 质细胞也会发生反应性增生 [7][8][9] 。在正常视网膜中，星形胶质细胞表达 GFAP [8] ， 反应性增生的星形胶质细胞不仅上调 GFAP，而且在结构上发生重构，在外观 上会变得越来越不规则，其突起也会深入神经视网膜层。在视神经头区域的星 形胶质细胞激活与青光眼眼内压升高和神经节细胞死亡有关 [9] 。受研究手段的 限制，目前的研究很少单独观察星形胶质细胞激活对干细胞命运的影响。当抑 制变性视网膜中 GFAP 表达来提高干细胞移植整合率时，有可能部分是通过抑 制了星形胶质细胞激活来提高整合率的 [69] 。此外，当采用经玻璃体腔方式移植 干细胞时，干细胞与位于内层的星形胶质细胞也会产生密切接触，激活的星形 胶质细胞可能和 Müller 细胞、小胶质细胞一起迁移至移植区域，增殖形成视网 膜前膜，但具体的作用机制尚待阐明 [81] 。此外，异常的星形胶质细胞可能导致 血视网膜屏障的破坏，从而改变视网膜微环境的稳态，这也可能会影响干细胞 的命运 [82] 。 变性过程中，小胶质细胞扮演了重要的角色 [6] 。以往认为，小胶质细胞在视网 膜损伤早期被激活，形态由分枝样变成阿米巴样，募集至受损区域，吞噬清除 凋亡细胞，行使修复作用 [83] 。研究表明，在视网膜变性过程中，小胶质细胞也 能吞噬活的感光细胞而加重视网膜变性 [84] 。另外，小胶质细胞在过度激活时会 分泌多种炎性介质，造成炎性的视网膜微环境，不利于感光细胞的存活 [85] 。同 时激活的小胶质细胞持续合成补体，沉积在视网膜，但补体通路激活后究竟是 加速视网膜变性还是延缓变性，目前尚存争议 [86][87][88][89] 。此前，小胶质细胞因其激 活后的功能差异被划分为促炎的"M1"型和抗炎的"M2" [90] 。近年来随着单细 胞测序技术的应用，对小胶质细胞多样性和可塑性的认识也逐渐加深。在疾病 过程中，受不同疾病微环境的影响，小胶质细胞在促炎或抗炎表型之间的转化 是一个复杂的动态过程，呈现疾病相关性的转变 [91][92][93] 。除了小胶质细胞产生改 变，在损伤/变性的视网膜中，巨噬细胞和淋巴细胞等外周免疫细胞也通过损伤 的血视网膜屏障被募集至视网膜，可延缓或者加重视网膜变性过程 [94][95][96] 。 2.1 吞噬作用 小胶质细胞在疾病环境中呈现的多样性也决定了其对干细胞命运决定的复 杂性。吞噬能力是小胶质细胞的主要功能之一。小胶质细胞的可以敏锐识别周 围环境的异常，迁移至损伤区域，吞噬死亡细胞碎片，维持微环境稳态。移植 的同种异体或异种干细胞作为外源性细胞进入视网膜时，小胶质细胞能通过吞 噬作用来攻击清除移植细胞，从而影响移植细胞的存活、迁移和整合 [97][98][99][100] 。在 干细胞移植视网膜后，在细胞移植区发现大量的小胶质细胞/巨噬细胞浸润，且 其浸润程度与细胞整合数量成负相关 [99] 。小胶质细胞是否影响植入细胞的整合 较难界定，因为移植细胞也可能是发生整合过后再受小胶质细胞影响。此外， 这些被募集的细胞不仅限于视网膜固有小胶质细胞，同时也可能是循环系统的 巨噬细胞 [95] 。目前可以通过细胞谱系追踪和利用特定的细胞标记如 TMEM119 初步将视网膜小胶质细胞和循环系统来源的巨噬细胞分开 [101] 。随着对两类免疫 细胞的亚型深入研究，不同亚型的小胶质细胞和巨噬细胞对干细胞命运决定的 影响，将是未来研究的热点。 2.2 炎症微环境 除了吞噬作用外，激活的小胶质细胞也可能会产生大量不利于细胞生存的 炎症因子。其中一些与移植细胞的迁移有关，但大部分炎症因子与植入细胞的 死亡有关 [102,103] 。视网膜变性过程中激活小胶质细胞所造成的特殊炎症微环境 可能影响移植细胞正确分化。已有研究提示激活小胶质细胞来源的 IL-6 能够阻 碍视网膜祖细胞产生神经球 [104] ，降低视网膜祖细胞分化成 Recoverin + 类感光细 胞的能力…”