視神經屬中樞神經。由于中樞神經系統微環境內缺少神經營養因子并且存在髓鞘和膠質瘢痕相關抑制分子以及中樞神經元內在的再生潛能低于周圍神經元等原由，視神經損傷后難以自發再生。保護受損的視網膜神經節細胞（節細胞）、補充神經營養因子、拮抗軸突再生抑制因子、上調節細胞內在的再生潛力均能有效促進視神經的再生與修復。基礎研究已取得包括視覺功能部分恢復等重要進展，但臨床應用轉化仍存在大量未解難題，至今尚無治療視神經損傷的理想方法。亟待加強基礎與臨床研究合作，促進基礎研究成果盡快向臨床應用轉化，早日改變不盡如人意的臨床研究現狀。
引用本文： 游思維, 胡丹, 王雨生. 亟待加強視神經損傷修復基礎研究成果的臨床轉化. 中華眼底病雜志, 2017, 33(6): 569-572. doi: 10.3760/cma.j.issn.1005-1015.2017.06.003 復制
創傷、缺血、炎癥、壓迫、浸潤以及高眼壓等均可造成嚴重的視神經損傷。視神經屬中樞神經，損傷后難以自發再生。近40年來，基礎研究在保護受損的視網膜神經節細胞（節細胞）、促進視神經再生修復和部分恢復視覺功能等方面已取得重要進展，但由于基礎研究成果的臨床應用轉化尚存在大量未解難題，以致臨床仍缺乏治療視神經損傷的理想方法。因此，亟待加強基礎與臨床的合作，盡快將現有視神經損傷修復的基礎研究成果向臨床應用轉化。
1 視神經損傷修復的機制
視神經內含始于節細胞止于外側膝狀體的神經纖維。在12對腦神經中，視神經是唯一的中樞神經。視神經由神經外胚層發育而來，表面包裹著由軟腦膜、蛛網膜及硬腦膜延續而來的3層被膜；除眼內段外，其余各段均屬有髓神經，形成節細胞軸突髓鞘的膠質細胞是少突膠質細胞，而非周圍神經系統的雪旺細胞。視神經屬于中樞神經，視神經與其他腦神經之間的本質區別是認識理解視神經損傷修復機制的基礎，應予以足夠重視與強調。
諾貝爾獎得主、神經解剖學家Cajal在上世紀初發現，成年哺乳動物中樞和周圍神經損傷后的再生能力有顯著差異。周圍神經離斷后，近側神經斷端很快形成不斷生長的新芽，沿殘留的基底膜管向終末生長，最后在靶組織內形成新的突觸結構而恢復喪失的神經功能。而中樞神經離斷后，近側斷端出現的新芽迅即消失，軸突潰變導致神經元死亡。認為成年哺乳動物中樞神經元軸突和樹突的再生能力永久喪失。直到上世紀80年代中期，So和Aguayo[1]將自體周圍神經植入成年大鼠視網膜，成功誘發了損傷節細胞的軸突再生，方才開啟了促進損傷視神經修復的研究。現已明確，包括視神經在內的中樞神經損傷后不能自發再生的主要原因在于中樞神經系統外在微環境不適宜軸突再生，且中樞神經元內在的再生潛能低于周圍神經元。
中樞微環境內不但缺乏神經元維持生長發育和軸突再生的各種營養因子，而且存在大量與髓鞘和膠質瘢痕相關的抑制因子[2-5]。節細胞依賴視神經逆行軸漿運輸，從靶組織獲取各類營養因子。視神經損傷可部分或完全阻斷來自靶組織的營養供應，使得視神經潰變和節細胞死亡。Nogo-A、髓鞘相關糖蛋白和少突膠質細胞髓鞘糖蛋白是與髓鞘相關的3種最主要抑制因子。中樞神經元表面的Nogo受體（NgR）可與細胞膜上的p75NTR/LINGO-1和LINGO-1/TROY兩種跨膜蛋白相結合，形成這些抑制因子共享的NgR/LINGO-1/p75和NgR/LINGO-1/TROY受體復合體[6, 7]。在與特異性髓磷脂相關抑制分子結合后，兩種復合體將抑制信號傳遞到神經元內激活下游的信號轉導分子，導致神經元軸突的生長錐潰變而抑制軸突的再生。中樞神經損傷后，周圍組織中還發生以星形膠質細胞為主的膠質細胞反應，逐漸形成的膠質瘢痕成為嚴重阻礙軸突再生的物理性屏障。膠質瘢痕中的硫酸軟骨素蛋白多糖和其他抑制性分子共同構成化學性屏障，強烈阻止軸突延伸并使生長錐崩潰[8]。
中樞神經元內在的再生潛能亦較周圍神經元低下，這種再生潛能是由基因調控所決定[9]。B細胞淋巴瘤-2、酪氨酸磷酸酶蛋白及哺乳動物類雷帕霉素靶蛋白等基因在促進哺乳類視神經再生方面具有極為重要的作用[10]，原癌基因c-Jun等諸多轉錄因子還可組成復雜的網絡結構，發揮調控軸突再生的重要作用[11]。
2 視神經損傷修復的基礎研究進展
視神經損傷后修復的全過程包括受損節細胞保護防止其死亡、誘發并促進損傷節細胞軸突再生、再生軸突到達正確的靶組織并重建突觸聯系以及視覺功能恢復等4個步驟。
2.1 節細胞保護
視神經損傷可導致節細胞以凋亡為主的死亡[10]。保護節細胞主要是消除或抑制凋亡的啟動過程，或通過相關通路遏制凋亡的級聯反應。腦源性神經營養因子（BDNF）、神經生長因子（NGF）、堿性成纖維細胞生長因子（bFGF）、睫狀神經營養因子（CNTF）、膠質細胞源性神經營養因子及神經營養素-4/5等均可有效抑制視神經損傷后的節細胞凋亡。但這些神經營養因子對節細胞存活的促進作用有明顯差異[12-17]。節細胞維持存活及生理功能需要各種不同組合的營養因子，因此聯合應用不同神經營養因子具有更佳的保護作用。神經營養因子的主要應用途徑是玻璃體腔或視神經斷端內注射，或植入以腺病毒為載體的營養因子轉染細胞等。視神經斷端內移植自體周圍神經、嗅鞘細胞和干細胞等也可提供神經營養因子而拮抗節細胞的凋亡[18, 19]。
視神經損傷后，從損傷細胞中釋放的谷氨酸可對節細胞造成嚴重的興奮性毒性損傷。阻斷興奮性毒性損傷過程的各個環節均可減少節細胞的凋亡，其中以化學藥物阻斷不同的谷氨酸受體及興奮性毒性的下游產物一氧化氮的研究最為多見[20, 21]。鋰劑、腎上腺素受體拮抗劑、熱休克蛋白和接種疫苗等也可對損傷節細胞產生保護作用[22-24]。
2.2 促進節細胞軸突再生
損傷后節細胞得以生存是其軸突再生的先決條件，因節細胞未經治療即于傷后4～5 d始發生凋亡。多數可保護節細胞的治療手段并無促進軸突再生的作用[25]，因此不能奢求任何具有節細胞保護作用的治療都能促進軸突再生和視覺功能的恢復。只有少數神經營養因子具有促進節細胞軸突再生的作用，且遠不如其對節細胞的保護作用。有學者認為，神經營養因子促進節細胞軸突再生的作用主要依賴于對節細胞的保護[26]。與BDNF、神經營養素-4/5、bFGF和膠質細胞源性神經營養因子相比，僅CNTF可有效促進節細胞軸突的長距離再生[27]。視神經斷端移植自體周圍神經也可促進視神經再生[28]，這是因為周圍神經少有再生抑制分子并釋放化學物質吸引損傷的軸突進入周圍神經再生，且雪旺細胞可分泌多種神經營養因子和細胞黏附分子供軸突再生，其基底膜和條索狀細胞管道還可引導再生軸突依附和延伸。嗅鞘細胞是一種形成嗅神經鞘膜的特殊大膠質細胞，可分泌多種神經營養因子，表達不同親和性的神經營養因子受體，分泌軸突再生所必需的細胞外基質和細胞黏附分子。植入損傷視神經的嗅鞘細胞可促進節細胞的存活，包繞和引導節細胞軸突在遠側斷端內再生[29]。因此嗅鞘細胞與干細胞共同成為可供臨床應用的重要備選細胞之一。干細胞在理論上可取代死亡的節細胞。但盡管發現干細胞在植入視網膜后可分化并與宿主細胞形成突觸，卻無法遷移或表達節細胞標志物[30]。因此移植干細胞所獲的促進視神經修復功效并非出自對死亡節細胞的替換，而是干細胞分泌的神經營養因子發揮了作用[31-33]。巨噬細胞激活及上調環磷酸腺苷表達水平均可顯著促進節細胞軸突的再生[34, 35]。
拮抗髓鞘和膠質瘢痕相關抑制因子是促進損傷視神經再生的重要手段。拮抗技術主要包括各種抗體、基因敲除、反義寡核苷酸、干擾配體-受體結合及阻斷相關信號通路。利用X射線去除少突膠質細胞和髓鞘以及移植激活的巨噬細胞來吞噬髓鞘殘片，都能有效促進損傷的中樞神經再生[36-41]。通過病毒載體將編碼神經營養因子、抗節細胞凋亡因子和促進節細胞軸突再生因子的基因轉染節細胞，可上調損傷節細胞的內在潛能而促進視神經再生[42, 43]。由于中樞神經再生的復雜性，應針對不同作用靶點采用聯合治療策略促進視神經再生。
2.3 促進與靶組織形成新的突觸聯系和視覺功能恢復
多年來，視神經損傷修復的基礎研究基本是圍繞節細胞保護和（或）軸突再生進行，至今未見使成年哺乳動物離斷視神經近側段內的再生纖維沿已潰變的遠側段到達靶組織的報道。這是因為再生軸突進入遠側段內長距離再生并尋覓靶組織的能力有限。使節細胞再生軸突到達成年嚙齒類靶組織上丘的唯一方法是節細胞再生軸突通過橋接于離斷的視神經近側端和上丘的自體周圍神經被直接送入靶組織。節細胞再生軸突的末梢植入上丘后可形成突觸樣結構，并對光信號產生突觸后電位，患眼可恢復對光定向追蹤及瞳孔對光反射的功能[28, 44]。
3 視神經損傷修復的臨床研究現狀與展望
盡管基礎研究已取得包括視覺功能部分恢復的重要進展，但這些成果的臨床轉化尚存在大量未解難題；視神經損傷臨床上至今仍缺乏理想的治療手段。雖然藥物和神經營養因子最為接近臨床應用，但臨床目前沿用的仍是以傳統神經營養藥物為主的治療，許多治療的療效并非十分確切。在諸多神經營養因子中，僅NGF被用于視神經損傷的臨床治療。盡管CNTF對節細胞軸突再生具有顯著的促進作用，但目前僅有將CNTF緩釋膠囊用于慢性視網膜變性的臨床研究報道[45]。干細胞移植和基因療法用于視網膜變性疾病的臨床研究最為活躍，但始終未見此類研究涉及視神經損傷的修復。人類胚胎干細胞和誘導多能干細胞移植近年已進入Ⅰ期和Ⅱ期臨床試驗，所針對的眼病仍然只是黃斑變性[46, 47]。基因療法利用宿主的蛋白質合成機制在局部產生有治療作用的化學物質，其顯著優點是可以長期維持療效而無需反復給藥，且能夠將基因釋放載體和細胞類型特異性啟動子進行適當組合，使治療基因局限在特定的靶細胞內表達。目前基因療法已用于視網膜色素變性等遺傳性視網膜病變的臨床研究，主要針對光感受器細胞[43]。光感受器變性后再生的可能性較視神經損傷修復為大，因為只需將基因療法治愈或干細胞分化的光感受器細胞與雙極細胞連接即可完成修復。
2015年底，美國神經科學學會召開有關視覺修復衛星會議，與會專家總結了視神經損傷修復研究的現狀并提出展望。由于視覺的恢復較視神經再生更為困難，視神經橫斷后恢復視覺功能是未來20～30年內難以成就且不現實的臨床目標。近年內雖有使患者恢復光感的可能，但形成真實視覺功能恢復尚無可能。應在1～15年內以治療視神經慢性退變和不全損傷、以生物學和組織工程手段促進節細胞軸突在視神經內大量的短距離再生，再經視交叉進入靶組織外側膝狀體，提高靶組織可塑性最終恢復視覺功能的手段。電刺激與功能訓練可能有助于視覺功能的臨床恢復。一些學者對短期內開展臨床研究的可行性表示懷疑，但認為從即日起應加強基礎與臨床的溝通，以深入了解如何開展視神經修復的合作研究[48]。
徹底治愈視神經損傷并非指日可待，攻克視神經損傷修復的難關仍有待于科學家們長期艱苦的努力，但新技術與理論的持續進展賦予基礎和臨床專家以希望。要改變如此被動和不盡如人意的臨床研究現狀，目前亟需加強基礎與臨床多學科專家的通力合作，促進將現有基礎成果盡快向臨床可行領域的應用轉化。
創傷、缺血、炎癥、壓迫、浸潤以及高眼壓等均可造成嚴重的視神經損傷。視神經屬中樞神經，損傷后難以自發再生。近40年來，基礎研究在保護受損的視網膜神經節細胞（節細胞）、促進視神經再生修復和部分恢復視覺功能等方面已取得重要進展，但由于基礎研究成果的臨床應用轉化尚存在大量未解難題，以致臨床仍缺乏治療視神經損傷的理想方法。因此，亟待加強基礎與臨床的合作，盡快將現有視神經損傷修復的基礎研究成果向臨床應用轉化。
1 視神經損傷修復的機制
視神經內含始于節細胞止于外側膝狀體的神經纖維。在12對腦神經中，視神經是唯一的中樞神經。視神經由神經外胚層發育而來，表面包裹著由軟腦膜、蛛網膜及硬腦膜延續而來的3層被膜；除眼內段外，其余各段均屬有髓神經，形成節細胞軸突髓鞘的膠質細胞是少突膠質細胞，而非周圍神經系統的雪旺細胞。視神經屬于中樞神經，視神經與其他腦神經之間的本質區別是認識理解視神經損傷修復機制的基礎，應予以足夠重視與強調。
諾貝爾獎得主、神經解剖學家Cajal在上世紀初發現，成年哺乳動物中樞和周圍神經損傷后的再生能力有顯著差異。周圍神經離斷后，近側神經斷端很快形成不斷生長的新芽，沿殘留的基底膜管向終末生長，最后在靶組織內形成新的突觸結構而恢復喪失的神經功能。而中樞神經離斷后，近側斷端出現的新芽迅即消失，軸突潰變導致神經元死亡。認為成年哺乳動物中樞神經元軸突和樹突的再生能力永久喪失。直到上世紀80年代中期，So和Aguayo[1]將自體周圍神經植入成年大鼠視網膜，成功誘發了損傷節細胞的軸突再生，方才開啟了促進損傷視神經修復的研究。現已明確，包括視神經在內的中樞神經損傷后不能自發再生的主要原因在于中樞神經系統外在微環境不適宜軸突再生，且中樞神經元內在的再生潛能低于周圍神經元。
中樞微環境內不但缺乏神經元維持生長發育和軸突再生的各種營養因子，而且存在大量與髓鞘和膠質瘢痕相關的抑制因子[2-5]。節細胞依賴視神經逆行軸漿運輸，從靶組織獲取各類營養因子。視神經損傷可部分或完全阻斷來自靶組織的營養供應，使得視神經潰變和節細胞死亡。Nogo-A、髓鞘相關糖蛋白和少突膠質細胞髓鞘糖蛋白是與髓鞘相關的3種最主要抑制因子。中樞神經元表面的Nogo受體（NgR）可與細胞膜上的p75NTR/LINGO-1和LINGO-1/TROY兩種跨膜蛋白相結合，形成這些抑制因子共享的NgR/LINGO-1/p75和NgR/LINGO-1/TROY受體復合體[6, 7]。在與特異性髓磷脂相關抑制分子結合后，兩種復合體將抑制信號傳遞到神經元內激活下游的信號轉導分子，導致神經元軸突的生長錐潰變而抑制軸突的再生。中樞神經損傷后，周圍組織中還發生以星形膠質細胞為主的膠質細胞反應，逐漸形成的膠質瘢痕成為嚴重阻礙軸突再生的物理性屏障。膠質瘢痕中的硫酸軟骨素蛋白多糖和其他抑制性分子共同構成化學性屏障，強烈阻止軸突延伸并使生長錐崩潰[8]。
中樞神經元內在的再生潛能亦較周圍神經元低下，這種再生潛能是由基因調控所決定[9]。B細胞淋巴瘤-2、酪氨酸磷酸酶蛋白及哺乳動物類雷帕霉素靶蛋白等基因在促進哺乳類視神經再生方面具有極為重要的作用[10]，原癌基因c-Jun等諸多轉錄因子還可組成復雜的網絡結構，發揮調控軸突再生的重要作用[11]。
2 視神經損傷修復的基礎研究進展
視神經損傷后修復的全過程包括受損節細胞保護防止其死亡、誘發并促進損傷節細胞軸突再生、再生軸突到達正確的靶組織并重建突觸聯系以及視覺功能恢復等4個步驟。
2.1 節細胞保護
視神經損傷可導致節細胞以凋亡為主的死亡[10]。保護節細胞主要是消除或抑制凋亡的啟動過程，或通過相關通路遏制凋亡的級聯反應。腦源性神經營養因子（BDNF）、神經生長因子（NGF）、堿性成纖維細胞生長因子（bFGF）、睫狀神經營養因子（CNTF）、膠質細胞源性神經營養因子及神經營養素-4/5等均可有效抑制視神經損傷后的節細胞凋亡。但這些神經營養因子對節細胞存活的促進作用有明顯差異[12-17]。節細胞維持存活及生理功能需要各種不同組合的營養因子，因此聯合應用不同神經營養因子具有更佳的保護作用。神經營養因子的主要應用途徑是玻璃體腔或視神經斷端內注射，或植入以腺病毒為載體的營養因子轉染細胞等。視神經斷端內移植自體周圍神經、嗅鞘細胞和干細胞等也可提供神經營養因子而拮抗節細胞的凋亡[18, 19]。
視神經損傷后，從損傷細胞中釋放的谷氨酸可對節細胞造成嚴重的興奮性毒性損傷。阻斷興奮性毒性損傷過程的各個環節均可減少節細胞的凋亡，其中以化學藥物阻斷不同的谷氨酸受體及興奮性毒性的下游產物一氧化氮的研究最為多見[20, 21]。鋰劑、腎上腺素受體拮抗劑、熱休克蛋白和接種疫苗等也可對損傷節細胞產生保護作用[22-24]。
2.2 促進節細胞軸突再生
損傷后節細胞得以生存是其軸突再生的先決條件，因節細胞未經治療即于傷后4～5 d始發生凋亡。多數可保護節細胞的治療手段并無促進軸突再生的作用[25]，因此不能奢求任何具有節細胞保護作用的治療都能促進軸突再生和視覺功能的恢復。只有少數神經營養因子具有促進節細胞軸突再生的作用，且遠不如其對節細胞的保護作用。有學者認為，神經營養因子促進節細胞軸突再生的作用主要依賴于對節細胞的保護[26]。與BDNF、神經營養素-4/5、bFGF和膠質細胞源性神經營養因子相比，僅CNTF可有效促進節細胞軸突的長距離再生[27]。視神經斷端移植自體周圍神經也可促進視神經再生[28]，這是因為周圍神經少有再生抑制分子并釋放化學物質吸引損傷的軸突進入周圍神經再生，且雪旺細胞可分泌多種神經營養因子和細胞黏附分子供軸突再生，其基底膜和條索狀細胞管道還可引導再生軸突依附和延伸。嗅鞘細胞是一種形成嗅神經鞘膜的特殊大膠質細胞，可分泌多種神經營養因子，表達不同親和性的神經營養因子受體，分泌軸突再生所必需的細胞外基質和細胞黏附分子。植入損傷視神經的嗅鞘細胞可促進節細胞的存活，包繞和引導節細胞軸突在遠側斷端內再生[29]。因此嗅鞘細胞與干細胞共同成為可供臨床應用的重要備選細胞之一。干細胞在理論上可取代死亡的節細胞。但盡管發現干細胞在植入視網膜后可分化并與宿主細胞形成突觸，卻無法遷移或表達節細胞標志物[30]。因此移植干細胞所獲的促進視神經修復功效并非出自對死亡節細胞的替換，而是干細胞分泌的神經營養因子發揮了作用[31-33]。巨噬細胞激活及上調環磷酸腺苷表達水平均可顯著促進節細胞軸突的再生[34, 35]。
拮抗髓鞘和膠質瘢痕相關抑制因子是促進損傷視神經再生的重要手段。拮抗技術主要包括各種抗體、基因敲除、反義寡核苷酸、干擾配體-受體結合及阻斷相關信號通路。利用X射線去除少突膠質細胞和髓鞘以及移植激活的巨噬細胞來吞噬髓鞘殘片，都能有效促進損傷的中樞神經再生[36-41]。通過病毒載體將編碼神經營養因子、抗節細胞凋亡因子和促進節細胞軸突再生因子的基因轉染節細胞，可上調損傷節細胞的內在潛能而促進視神經再生[42, 43]。由于中樞神經再生的復雜性，應針對不同作用靶點采用聯合治療策略促進視神經再生。
2.3 促進與靶組織形成新的突觸聯系和視覺功能恢復
多年來，視神經損傷修復的基礎研究基本是圍繞節細胞保護和（或）軸突再生進行，至今未見使成年哺乳動物離斷視神經近側段內的再生纖維沿已潰變的遠側段到達靶組織的報道。這是因為再生軸突進入遠側段內長距離再生并尋覓靶組織的能力有限。使節細胞再生軸突到達成年嚙齒類靶組織上丘的唯一方法是節細胞再生軸突通過橋接于離斷的視神經近側端和上丘的自體周圍神經被直接送入靶組織。節細胞再生軸突的末梢植入上丘后可形成突觸樣結構，并對光信號產生突觸后電位，患眼可恢復對光定向追蹤及瞳孔對光反射的功能[28, 44]。
3 視神經損傷修復的臨床研究現狀與展望
盡管基礎研究已取得包括視覺功能部分恢復的重要進展，但這些成果的臨床轉化尚存在大量未解難題；視神經損傷臨床上至今仍缺乏理想的治療手段。雖然藥物和神經營養因子最為接近臨床應用，但臨床目前沿用的仍是以傳統神經營養藥物為主的治療，許多治療的療效并非十分確切。在諸多神經營養因子中，僅NGF被用于視神經損傷的臨床治療。盡管CNTF對節細胞軸突再生具有顯著的促進作用，但目前僅有將CNTF緩釋膠囊用于慢性視網膜變性的臨床研究報道[45]。干細胞移植和基因療法用于視網膜變性疾病的臨床研究最為活躍，但始終未見此類研究涉及視神經損傷的修復。人類胚胎干細胞和誘導多能干細胞移植近年已進入Ⅰ期和Ⅱ期臨床試驗，所針對的眼病仍然只是黃斑變性[46, 47]。基因療法利用宿主的蛋白質合成機制在局部產生有治療作用的化學物質，其顯著優點是可以長期維持療效而無需反復給藥，且能夠將基因釋放載體和細胞類型特異性啟動子進行適當組合，使治療基因局限在特定的靶細胞內表達。目前基因療法已用于視網膜色素變性等遺傳性視網膜病變的臨床研究，主要針對光感受器細胞[43]。光感受器變性后再生的可能性較視神經損傷修復為大，因為只需將基因療法治愈或干細胞分化的光感受器細胞與雙極細胞連接即可完成修復。
2015年底，美國神經科學學會召開有關視覺修復衛星會議，與會專家總結了視神經損傷修復研究的現狀并提出展望。由于視覺的恢復較視神經再生更為困難，視神經橫斷后恢復視覺功能是未來20～30年內難以成就且不現實的臨床目標。近年內雖有使患者恢復光感的可能，但形成真實視覺功能恢復尚無可能。應在1～15年內以治療視神經慢性退變和不全損傷、以生物學和組織工程手段促進節細胞軸突在視神經內大量的短距離再生，再經視交叉進入靶組織外側膝狀體，提高靶組織可塑性最終恢復視覺功能的手段。電刺激與功能訓練可能有助于視覺功能的臨床恢復。一些學者對短期內開展臨床研究的可行性表示懷疑，但認為從即日起應加強基礎與臨床的溝通，以深入了解如何開展視神經修復的合作研究[48]。
徹底治愈視神經損傷并非指日可待，攻克視神經損傷修復的難關仍有待于科學家們長期艱苦的努力，但新技術與理論的持續進展賦予基礎和臨床專家以希望。要改變如此被動和不盡如人意的臨床研究現狀，目前亟需加強基礎與臨床多學科專家的通力合作，促進將現有基礎成果盡快向臨床可行領域的應用轉化。