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大鼠视网膜色素变性对视网膜内层神经元和胶质细胞影响的研究

【摘要】:在脊椎动物中,视网膜色素上皮(retinal pigment epithelium, RPE)细胞位于视网膜神经层和脉络膜之间,呈不规则多边形,单层紧密排列,其尖端微绒毛与感光细胞的光敏感外节广泛连接,使信息在RPE细胞和感光细胞之间有效传递。RPE细胞能与感光细胞交换视色素,吞噬感光细胞的代谢产物,并且为感光细胞运输营养物质。因此,RPE细胞在视网膜功能中起到重要作用,其细胞结构完整性的破坏是导致许多视网膜疾病的病理基础。如我国常见的致盲性疾病视网膜色素变性(retinitis pigmentosa, RP)和老年性黄斑变性(age-related macular degeneration,AMD)其发病的起始原因就是RPE细胞功能缺陷。还有其他一些疾病也认为与RPE变性有关,如Stargardt病、视网膜营养性不良和色素性视网膜炎。这些疾病目前尚无有效的治疗方法。以往对此类RPE变性类疾病动物模型特别是急性损伤模型的研究大都集中在视网膜色素上皮细胞和感光细胞,对内层神经元细胞的观察却鲜有报道。我们必须意识到视网膜内层神经元的完整性对治疗RPE变性类疾病的重要性,如视网膜移植和视网膜假体治疗,只有足够健康的内层视网膜存在,视觉信号才能从修复的外核层传入视网膜内,若内层视网膜功能缺失,视功能是不能有效恢复的。因此,RPE变性类疾病中视网膜内层神经元的形态和功能究竟发生了什么改变,这些改变是由病变因素直接引起的还是继发于RPE细胞和感光细胞变性的表现,其分子机制是什么,都是需要阐明的问题。此外,M(?)ller细胞作为视网膜中主要的神经胶质细胞,具有重要的生理功能,如结构支持、调节渗透压平衡、参与神经元细胞营养运输和代谢,以及调节血--视网膜屏障等作用。近年来研究表明,M(?)ller细胞在形态和功能上都具有视网膜前体细胞特性,被认为是一种视网膜内源性干细胞。在某些低等脊椎动物中,在特定条件刺激下M(?)ller细胞能逆分化为视网膜前体细胞和重新进入细胞周期,并转分化为视网膜神经元,使损伤的视网膜完全修复。但在哺乳动物中,要在视网膜损伤后激活M(?)ller细胞逆分化增殖异常困难,获得逆分化M(?)ller细胞的数量也是很有限的,之后M(?)ller细胞很快在视网膜下腔形成胶质瘢痕,加快了病变发展。那么在RPE变性类疾病中,M(?)ller细胞是否也具有视网膜前体细胞特性,其分子机制是什么,怎样阻止M(?)ller细胞胶质化,启动M(?)ller细胞逆分化为视网膜前体细胞,并且转分化为神经元细胞以修复受损的视网膜,是我们想探索的问题。基于上述研究现状,本研究采用急性视网膜色素变性模型:碘酸钠(NaIO3)诱导视网膜损伤模型,和慢性视网膜色素变性模型:皇家外科学院大鼠(Royal college of surgeonrat, RCS),探讨大鼠急性视网膜色素变性过程中内层神经元的变化及其分子机制和慢性视网膜色素变性过程中M(?)ller细胞的变化及其逆分化分子机制。主要研究结果如下:一、大鼠急性视网膜色素变性对内层神经元细胞影响的研究。我们发现在模型建立早期阶段视网膜内层神经元就可以被NaIO3损伤并且其形态也会发生明显的改变,多巴能无长突细胞(dopaminergic amacrine cells, DA-ACs)、水平细胞、表达视黑素的视网膜神经节细胞(melanopsin-expressing retinal ganglion cells, mRGCs)的树突野均减小。与此同时,NaIO3也对中脑多巴能神经元最丰富的区域腹侧被盖区(ventral tegmental area, VTA)和黑质致密部(Substantia Nigra Pars Compacta, SNpc)造成损害,间接说明视网膜中DA-ACs的损伤是也存在直接性机制。此外,我们发现注射NaIO3之后,被认为在中脑多巴能神经元特异性表达的mir-133b在视网膜DA-ACs中表达明显上调。过表达的mir-133b抑制了一个重要的转录因子pitx3的表达,并导致视网膜多巴能系统一系列的缺失,如下调酪氨酸羟化酶(Tyrosine hydroxylase, TH)、D2受体的表达和多巴胺(Dopamine, DA)的生产,这可能是DA-ACs、水平细胞和mRGCs出现病理学表现的主要原因。当mir-133b受到mir-133b/RNAi的干扰后,上述这些缺失减少了,DA-ACs和1mRGCs树突野也有所恢复,而且视网膜电图(Electroretinogram, ERG)的b波平均幅值和OPs波总幅值也明显提高,提示视功能得到一定改善。二、大鼠慢性视网膜色素变性对M(?)ller细胞的影响及其逆分化机制的研究。我们观察到在RCS大鼠视网膜变性早期,M(?)ller细胞可短暂表达视网膜前体细胞标志蛋白,但很快获得胶质命运,加重了视网膜的病变发展。初步研究表明let-7家族分子let-7e和let-7i在病变视网膜中显著高表达。let-7家族转录后调控是由RNA结合蛋白Lin28B调控,研究进一步证实了Lin28B而非Lin28A在这个过程中下调,Lin28B下调是导致let-7e和let-7i高表达的重要因素。Lin28B在体内或体外异位表达都会抑制let-7e和let-7i的高表达,从而动员M(?)ller细胞逆分化、增殖,促进逆分化M(?)ller细胞的神经元命运,抑制胶质命运。ERG检测表明a波和b波都有所恢复。我们的数据第一次证明在RCS大鼠视网膜病变模型中下调Lin28B同时上调let-7e和let-7i可能是影响视网膜再生修复的重要原因。综上所述,我们得出以下结论:一、NaIO3诱导大鼠急性视网膜色素变性过程中,视网膜内层各种神经元细胞受到不同程度损害,这种损害不仅源于感光细胞输入信息的丢失,也受病变因素的直接影响。二、NaIO3诱导大鼠急性视网膜色素变性过程中,DA-ACs的形态和功能受到严重影响,进而导致mRGCs继发性损害。三、NaIO3诱导大鼠急性视网膜色素变性过程中,miR-133b过表达并下调其下游转录因子pitx3的表达水平是造成DA-ACs和mRGCs损伤的重要原因。四、RCS大鼠视网膜中M(?)ller细胞在病变早期具有视网膜前体细胞特性,但随着病情发展,很快形成胶质瘢痕,加速视网膜病变进程。五、RCS大鼠视网膜中Lin28B表达下调,同时let-7e和let-7i表达上调是影响M(?)ller细胞逆分化为视网膜前体细胞的重要机制。六、RCS大鼠视网膜中过表达Lin28b可以阻止逆分化M(?)ller细胞的胶质化,并诱导其向感光细胞分化。

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