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张逸夔医生相关研究:视网膜主要炎症细胞的内源性再生受到视网膜神经元的调控

作者:张逸夔 核稿:    文章来源:实验室中心    点击量:420    发布时间:2018/3/26 11:30:14

我院张逸夔医生在美国国立卫生研究院国立眼科研究所(NEI/NIH)博士后训练期间的文章发表于Science子刊Science Advances(NEI/NIH和温州医科大学分别为第一、第二作者单位),该研究系统阐释了视网膜主要炎症细胞——小胶质细胞(retinal microglia)的内源性再生(内稳态恢复),并发现视网膜神经元通过CX3CL1-CX3CR1分子对话机制参与调控视网膜小胶质细胞的内源性再生。

 

视网膜小胶质细胞是视网膜的组织巨噬细胞,在视网膜疾病中起着重要的免疫介导、调控作用。视网膜小胶质细胞的内稳态(microglial homeostasis)对维持视网膜的正常功能有重要意义,为此对其的调控也逐渐成为新的治疗靶点和研究热点。

 

该研究首先建立了两种独立的研究视网膜小胶质细胞内稳态的小鼠模型:PLX模型和Cre-DTA模型,并发现在上述两种小鼠模型中的视网膜小胶质细胞的内稳态均有序、全面地恢复(retinal microglial repopulation)。PLX模型利用小分子药物PLX5622(集落刺激因子受体CSF1r的阻断剂),清除视网膜中绝大部分的小胶质细胞,再停药让小胶质细胞的内稳态恢复;Cre-DTA模型利用CX3CR1CreER、flox-STOP-flox-DTA转基因小鼠,通过给该小鼠喂雌激素受体的配体Tamoxifen来实现视网膜小胶质细胞的绝大部分清除,再停药让小胶质细胞的内稳态恢复。

 

利用上述模型,该研究进一步发现新产生的小胶质细胞绝大部分来源于未被清除的残余的小胶质细胞的内源性再生(endogenous regeneration),而非外周血中的单核巨噬细胞或者干细胞。采用的实验方法包括细胞命运追踪(Cell-fate mapping)、视网膜活体成像(in vivo retinal imaging)和荧光标记外周血单核巨噬细胞(采用CX3CR1+/RFP转基因小鼠)。该研究利用实验获得的数据建立数学模型,阐释了残余的小胶质细胞通过内源性再生足以在短时间内实现内稳态的恢复。

 

此外,该研究还回答了一个重要的问题:新产生的小胶质细胞是否具有和原有的小胶质细胞同样的功能。该研究分析了小胶质细胞的三个主要功能:(1)小胶质细胞的免疫监视功能(其分支的对周围环境的不断动态探测和对损伤信号ATP的反应;(2)视网膜光损伤后小胶质细胞的激活表现和分泌炎症因子的水平;(3)小胶质细胞对视网膜神经突触功能和超微结构的保护。研究表明新产生的小胶质细胞也具有上述三个主要功能,并且和原来的小胶质细胞相比没有统计学差异。

 

那么到底是什么因素和机制在调控视网膜小胶质细胞内稳态呢?在PLX模型基础上,该研究利用基因敲除和眼球内注药等实验技术发现视网膜神经元可以通过CX3CL1- CX3CR1途径调控视网膜小胶质细胞的内源性再生。具体而言,视网膜神经元可以分泌炎症因子CX3CL1,特异性结合到小胶质细胞的CX3CR1受体上,调控小胶质细胞的内源性再生;如果在眼球内注射CX3CL1蛋白,则明显加速其内源性再生;如果基因敲除CX3CR1受体,则小胶质细胞的内源性再生明显减速,而且对眼球内注射的CX3CL1蛋白没有反应。这有力证明了视网膜神经元参与调控视网膜小胶质细胞的内源性再生。

 

该研究深入探究视网膜小胶质细胞的内稳态的调控机制,为视网膜疾病中小胶质细胞内稳态的重建和恢复提供了新思路。基于该研究,张逸夔医生获得NEI/NIH基础研究博士后/博士组2016年度唯一的“最佳学术报告奖”(Best Scientific Presentation Award)。

 


视网膜活体成像技术显示,PLX模型中GFP标记的视网膜小胶质细胞被清除后再生



视网膜神经元分泌CX3CL1,特异性作用于小胶质细胞的CX3CR1受体,参与调控后者的内源性再生




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