Nature | 拨得云开见月明-成纤维细胞成功化学重编程为光感受器
大多数视网膜病变的最终结局都是光感受器丧失，以至永久失明。迄今为止，还没有有效的治疗方法来恢复视力，尽管干细胞治疗曾带来了一线希望，但由于实验方案繁琐耗时，成为其临床应用的主要障碍阻力。
2020年4月8日，中科院脑智卓越中心杨辉团队在成体中实现了视神经节细胞的再生，为永久性视力损伤小鼠带来了光明，证明了神经细胞重编程技术在再生医学上的应用，给人许多启发（详见BioArt报道：专家点评Cell丨杨辉/周海波等利用CasRx在神经性疾病治疗领域取得重大进展）【1】。
在预印版平台上，2019年8月14日，中山大学眼科学国家重点实验室刘奕志、Kangxin Jin、向孟清团队曾发表文章Directed robust generation of functional retinal ganglion cells from Müller glia，成功将Müller胶质细胞重编程为视网膜神经节细胞，为青光眼和其他视神经病变患者恢复视力提供了新疗法【2】。2020年4月8日，UCSD张康团队与付向东合作发表了文章Visual function restoration in genetically blind mice via endogenous cellular reprogramming，开发了一种原位细胞重编程策略，通过shRNA抑制PTB成功地将Müller胶质细胞重编程为视网膜神经元，然后再重编程为视锥细胞，有效地恢复了晚/末期色素性视网膜炎患者的视力【3】。对成纤维细胞进行化学重编程为逆转视力丧失提供了机会，然而，如何产生感觉神经元亚型(如感光细胞)仍然是一个挑战。
2020年4月15日，北德克萨斯大学药理与神经科学系Sai H. Chavala团队在Nature杂志上发表题为Pharmacologic fibroblast reprogramming into photoreceptors restores vision的研究论文。在这篇文章中，作者通过5个小分子成功将成纤维细胞通过化学诱导转化为视杆样细胞，并为其命名为化学诱导光感受器样细胞（chemically induced photoreceptor-like cells, CiPCs），将CiPCs移植到视杆细胞退行性rd1小鼠（又称做Pde6b小鼠）的视网膜下间隙，能够部分恢复瞳孔反射和视觉功能。进一步的机制研究表明，线粒体-细胞核互作是成纤维细胞重编程为CiPCs的关键性绝对因子，其中，AXIN2向线粒体的转移，并导致活性氧ROS的产生以及NF-kB活化和 Ascl1表达上调。这项研究证明CiPCs在恢复视力方面具有相当的治疗潜力。
作者所选的5个小分子包括：Valproic acid，CHIR99021，RepSox，Forskolin（统称为VCRF）以及STR（Sonic hedgehog, taurine and retinoic acid）。这五种化合物联合使用可以有效地将成纤维细胞转化为表达神经视网膜亮氨酸拉链基因Nrl的CiPCs。转录组分析表明，CiPCs具有与天然光感受器相似的基因表达谱（图1）。更重要的是，将这些CiPCs移植到Pde6b小鼠中，可以恢复小鼠的视力。
图1. 成纤维细胞转化以及CiPCs的分子生物学特性
对机制进行研究后，作者发现线粒体ROS（mROS）介导的NF-κB活化直接调控Ascl1基因的表达和成纤维细胞向CiPCs的重编程。线粒体相关信号通路在细胞内稳态和神经元功能调控中起重要作用【4】。这项研究首次证明线粒体和细胞核的信号互作在化学重编程的直接介质作用。而mROS的产生则是通过转位到线粒体AXIN2分子所介导，但作者也提到，深入的机制还需要进一步研究。
图2. mROS-NF-κB-ASCL1信号通路决定成纤维细胞向CiPCs的重编程
（a. MEFs重编程到CiPCs的Ascl1 qPCR. b. MEFs shAscl1后的Ascl1 qPCR. c. 细胞计数. d. NF-κB-荧光素酶活性. e. rVista序列比对. f. ChIP assay. g. mROS）
对细胞重编程机制的进一步探索与理解或将带动新型细胞的产生，为再生医学提供理论基础。作者通过化学诱导方法，将成纤维细胞重编程为具有转化为视杆细胞潜力的CiPCs。而且，作者发现，线粒体-细胞核互作在该过程中的关键作用，而该机制可能在其他不同类型的细胞重编程中发挥类似的作用，能够为其他新型细胞的产生提供有价值的线索。尽管CiPCs具有治疗潜力，但其转化应用仍存在主要障碍， 包括增殖能力弱和转换效率低，需要在后续的研究中进行优化以获取更多的CiPCs。总的来说，CiPCs作为一种非常有前途的候选细胞，可能会大面积用于视力恢复治疗。
参考文献
1. Zhou H, Su J, Hu X, Zhou C, Li H, Chen Z, Xiao Q, Wang B, Wu W, Sun Y, Zhou Y, Tang C, Liu F, Wang L, Feng C, Liu M, Li S, Zhang Y, Xu H, Yao H, Shi L, Yang H. Glia-to-Neuron Conversion by CRISPR-CasRx Alleviates Symptoms of Neurological Disease in Mice. Cell. 2020 Apr 1:S0092-8674(20)30286-5. doi: 10.1016/j.cell.2020.03.024.
2. https://www.biorxiv.org/content/10.1101/735357v1
3. https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2020.04.08.030981v1
4. Shadel GS, Horvath TL. Mitochondrial ROS signaling in organismal homeostasis. Cell. 2015 Oct 22;163(3):560-9. doi: 10.1016/j.cell.2015.10.001.