据估计，2020年全球有4300万人失明，另有2.95亿人患有中度至重度视力障碍。2021年美国眼疾的经济负担超过1340亿美元。不可逆失明的主要原因是神经退行性失明，包括由光感受器和相关视网膜色素上皮(RPE)死亡引起的疾病，如老年性黄斑变性(AMD)和最常见的遗传性色素视网膜炎(RP)、神经元视网膜神经节细胞(RGCs)死亡，这种情况被称为青光眼(图1a)。虽然适度减缓神经退行性变的治疗方法已经开发(如维生素d3疗法)，但逆转视力下降仍然是一个难以实现的目标。在过去的十年中，视网膜再生医学的进展使得每种类型的细胞都可以从祖干细胞体外产生。1、回顾了将这些技术应用于细胞置换的进展，目的是在退行性疾病中恢复视力。2、讨论了RPE移植的人体临床试验和其他细胞类型的高级临床前研究的前景。3、回顾了利用内源性祖细胞原位修复视网膜变性的进展。4、最后，对义眼视力恢复的进展进行了高水平的概述。
人类的视觉从视网膜开始，由视杆或视锥分子中的11-顺式视网膜醛吸收光子。这使视黄醛异构化为全反式，进而激活G蛋白转导蛋白，最终导致双极中间神经元的突触信号改变。来自多个双极中间神经元的信号通过水平和无长突中间神经元进行整合，以确定直接投射到大脑的约120万个视网膜神经节细胞中的每一个细胞的放电（图1a）。全反式视网膜醛必须重新异构化为11顺式，这一功能主要在邻近视杆和视锥感光细胞外段的视网膜色素上皮（RPE）中进行。视网膜色素上皮的丧失，如萎缩性或干性黄斑变性，会导致光感受器功能障碍，最终退化，导致失明。2004年，人们发现RPE样细胞可以从灵长类多能干细胞（PSCs）中分化出来，随后的研究将这些结果推广到人类PSCs 。使用多种视网膜变性动物模型进行的临床前研究表明，PSC衍生的RPE在移植到受影响的眼睛后可以存活、发挥功能并减缓光感受器细胞死亡。一些人体临床试验正在进行中，一些已经报告了结果（表1）。这些成功的早期临床试验突出了通过再生医学恢复视力的潜力，并为替代分化的视网膜细胞提供了路线图。视网膜前体细胞来源于PSC细胞，表达一些早期泛光感受器分子，如CRX和recoverin，并可进一步分化为视网膜光感受器。在非人灵长类动物模型中，通过视网膜下注射这些异质性细胞的制剂，细胞以低密度分化为锥体光感受器。然而，一些使用视网膜前体的非人灵长类动物研究表明，在动物死后组织学上存在明显的解剖结构紊乱。人类临床试验正在进行中（见表1）。数据表明，这些治疗相对安全，接受相对高剂量细胞的患者视力得到改善。虽然RPE或神经祖细胞的移植可用于支持具有完整视杆和视锥光感受器的视网膜区域，但在许多情况下，需要更换光感受器。最近开发和优化了来自PSC的视网膜（称为视网膜“类器官”）的三维（3D）培养物，为研究人员提供了可用于移植的视网膜光感受器的可再生来源。临床前研究表明，光感受器前体已经成功移植到非人类灵长类动物的热诱导视网膜变性模型中，在那里它们似乎迁移到正确的位置，表达视蛋白光色素，并延伸神经突起，所有这些都是功能恢复的必要先决条件。尽管这些临床前研究令人鼓舞，但要使光感受器置换进入人体临床试验，还必须克服一些障碍。一个挑战是将移植的光感受器整合到现有的神经回路中。光感受器突触在发育过程中逐步形成，在视网膜顶面出现杆状或圆锥状突起后，这些细胞分化并向出现的外丛状层延伸单个突起。形成功能性光感受器突触的第一步是水平细胞突起的内陷，几天后插入双极神经元突起形成突触三联体。新形成的光感受器终末是否能在光感受器缺失的视网膜外丛状层与水平和双极神经突起形成功能性突触三联体尚不清楚。一些证据还表明，退化的视网膜中出现异常连线，这可能会使原本的视觉恢复更加复杂。光感受器替代的另一个挑战是光感受器外段的形成，这些外段具有支持光转导所必需的功能性RPE接触。在大多数退行性疾病状态下，光感受器和RPE都会退化，需要两种细胞类型的移植。最近的工作表明通过对分化方案的一些修改，可以生成既包含RPE又包含神经视网膜的3D类器官，并且对光有反应。这就增加了同时产生两种细胞进行移植的令人兴奋的可能性。RGC是唯一能将信号从视网膜发送到大脑的神经元。从PSCs成功地产生了具有RGC分子特征和形态学特征的神经元。虽然RGC在PSC衍生的类器官培养中不能长期存活，但它们可以在细胞死亡前收集并在移植前富集，移植到非人灵长类动物视网膜下空间的相对未分化的视网膜前体细胞形成轴突，表明RGC再生是可行的。尽管有这些进展，视网膜神经节细胞成功的替代治疗所面临的挑战比RPE或光感受器更大。对于RGC来说，首先，这些细胞必须到达视网膜内的特定位置，并与视网膜中的其他神经元形成突触以形成回路。其次，在与视网膜中的传入神经元实现整合和功能连接后，移植的RGC需要再生轴突并延伸到视觉感知所需的中枢神经系统靶点，主要是外侧膝状体。然而，这还没有在灵长类动物模型中得到证实。此外，视觉空间的重建依赖于神经节细胞在空间上有组织的轴突投射，以形成视网膜主要路线图。因此，整个视觉通路中路线的布线精度对轴突再生的准确程度提出了重要要求，以便重现因疾病或损伤而受损的回路。这仍然是一个活跃的研究领域，但迄今为止，尚未开始RGC替代的人体临床试验。视网膜再生的理想方法是放弃替换，激活受损组织中的潜在修复途径。在鱼类中，视网膜的放射状胶质细胞（Müller细胞）可以脱分化为视网膜祖细胞，经历多轮细胞分裂，并恢复因损伤而丢失的视网膜神经元。相反，哺乳动物视网膜中的视网膜损伤会导致一种称为Müller细胞反应性胶质增生的损伤反应，而不会恢复丢失的神经元。这些反应性Müller胶质细胞经历一到两轮细胞分裂，然后进入静止状态。更好地理解Müller胶质细胞转分化可以实现人类视网膜和视神经的再生途径，例如通过使用基因疗法表达将Müller胶质细胞转分化为视网膜神经元前体的因子。在小鼠中，在Müller胶质细胞中表达转录因子Ascl1，同时抑制组蛋白脱乙酰酶，使这些细胞在受损视网膜中脱分化为视网膜前体。在小鼠模型中，在无视网膜损伤的情况下，转录因子Atoh7和Ascl1也可共同表达，以将Müller胶质细胞重新编程为神经源性前体。虽然使用转分化修复视网膜损伤的程度尚未确定，但这种方法是一种有吸引力的视网膜修复干细胞移植的替代方法，并有望在未来得到应用。
所有形式的移植和基于细胞的治疗的一个必要组成部分是能够可视化移植细胞并监测其整合、生长和功能。眼睛的光学清晰度允许对视网膜和前视神经进行成像。常用的技术有两种：光学相干层析成像（OCT）和自适应光学（AO）扫描激光检眼镜。这些技术，尤其是当结合使用时，允许以单细胞分辨率成像，并已用于表征体外的视网膜类器官，跟踪临床试验中移植细胞的命运，以及在非人类灵长类动物和人体中成像RGC。这些技术还成功地用于对非人类灵长类动物移植的光感受器进行成像。最近，已经开发出能够对视网膜神经元功能进行成像的方法。双光子活体成像允许对视网膜和色素上皮中的类视黄醇进行功能分析，OCT和AO的结合产生了一种极高分辨率的干涉成像方法，该方法可以显示人体对光的微观（10 nm）锥体变形，这表明光感受器功能的可靠测量具有潜在的临床应用价值。广电修复术利用电流模式将视觉信息转化为对视网膜细胞的刺激。这些设备旨在恢复具有光感受器功能但视神经完整的患者的功能，如AMD和遗传性视网膜变性患者。这类最初的设备，由于相对较低的电极密度、对外部电源和布线的要求以及RGC的轴突刺激，这会扭曲视网膜图，因此其效用受到限制。新一代设备提供了显著的改进，这些设备被放置在视网膜下方（视网膜下）和上方（视网膜前）。较新的设备是直接光伏的，无需有线电源；具有更细的电极密度；并且可以利用植入物的红外激活，从而同时实现“自然”和修复功能。这些设备在早期临床试验中显示出了良好的前景，尽管它们可能仅限于刺激中央视野，因为植入视网膜下的设备的尺寸有实际限制。第一个被批准用于神经疾病的病毒基因疗法由通过腺相关病毒（AAV）传递到视网膜的RPE65光异构酶基因组成。然而，这种基因疗法只针对一个基因。超过60个基因与视网膜色素变性有关，这使得替代疗法具有挑战性。眼内基因治疗可能还有其他局限性，例如尽管有基因替换，但仍会持续变性，或病毒载体激活免疫系统，但这种方法对于许多遗传性视网膜疾病仍有希望。另一种策略是使用基于病毒的基因疗法来表达营养因子，这些营养因子提供生长和生存信号，其表达可能减缓退化过程。这种方法已被证明对动物模型中的许多营养因子有效，包括睫状神经营养因子（CNTF）、色素上皮源性因子、脑源性神经营养因子和杆源性锥体存活因子。另一种用于视力恢复的基因治疗方法称为“光遗传学”，它利用病毒载体将光转导视蛋白导入保存在视网膜外变性中的双极或视网膜神经节细胞。视网膜下或玻璃体内注射（取决于载体）后，这些通道视蛋白在视网膜内神经元中表达，并使其直接对光反应。通道视蛋白对光的敏感性不如天然的人类视蛋白，需要最佳的基因治疗载体来实现广泛表达。它们还具有对外源蛋白免疫反应的理论风险；尽管如此，这种方法对视力恢复有很大的希望。使用人类G蛋白偶联受体视紫红质或视锥蛋白的类似方法已被证明可恢复视网膜外变性小鼠的视觉功能。这种方法正在为人类临床试验开发。在视网膜外变性动物模型中，使用基于偶氮苯的光开关进行视力恢复也显示出有效性，这种方法避免了基因治疗的不可逆转性，但需要重复治疗。虽然在过去十年中，细胞替代疗法取得了巨大进展，但真正的挑战仍然存在。所有RPE和神经元前体移植的临床研究都要求进行与其他实体器官移植类似的全身免疫抑制，以避免移植组织的排斥反应。全身免疫抑制对患者的长期影响是这些治疗的重要考虑因素。相比之下，患者来源的PSC不存在免疫排斥问题，但生成定制“个人类器官”的实际考虑可能会限制这种方法。另一种策略是生成含有经基因编辑的人类白细胞抗原的IPSC，令人鼓舞的是，PSC衍生的RGC在体外似乎确实优先迁移到其天然脑靶点的外植体。所有视觉恢复方法的最后一个挑战是“编码”问题。视网膜的线路执行重要的图像处理，包括方向、运动、对比度和颜色的编码。至少有30种RGC以特定的细胞放电模式编码该信息，包括“开”、“关”和“开-关”模式。视觉恢复方法可以用新的编码取代原生编码（例如，光遗传学可以将“关闭”细胞放电模式转换为“打开”）。最近关于视网膜下修复的研究结果也表明，刺激双极细胞的视网膜下植入物可以恢复视力。十年前，退化性视网膜疾病的视觉功能恢复似乎是一个大胆的设想，也许是无法实现的。再生医学、基因治疗和微电子修复技术的进步使我们更接近这一成就，并激发了人们对这一成就实现的信心。PSC衍生的细胞移植正在进行RPE置换的高级临床试验，即将进行光感受器置换的人体试验。虽然RGC移植面临更大的障碍，但在这一领域也取得了重大进展。在成功的动物模型研究之后，通过光电子设备、光遗传基因治疗和小分子光开关进行的视力恢复都已进入或接近于人类临床试验工作。自确定这一大胆目标以来的第一个十年取得了实质性进展，未来十年，多种视觉恢复技术很可能将进入临床应用。R.N. Van Gelder, M.F.
Chiang, M.A. Dyer, T.N. Greenwell, L.A. Levin, R.O. Wong, C.N. Svendsen,
Regenerative and restorative medicine for eye disease, Nature Medicine, 28
(2022) 1149-1156.https://doi.org/10.1038/s41591-022-01862-8
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