Neuritin慢病毒修复大鼠受损视神经和RGC5的作用及机制

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目的:视神经损伤是目前许多临床眼部疾病和外伤治疗的难点。视网膜神经节细胞(Retinal Ganglion Cells,RGCs)的丢失及再生困难,是视神经损伤导致视神经萎缩和失明的关键因素,如何进行有效的逆转治疗一直是眼科和神经科学领域面临的难题之一。Neuritin又名可塑性相关候选基因15(candidate plasticity-related gene15,CPG15),是神经营养因子家族中的新成员。Neuritin主要表达于神经系统中,Neuritin是神经营养因子和神经活动发挥作用的共同下游因子,在抑制神经细胞凋亡、促进轴突生长、促进突触成熟和调节突触可塑性等方面均具有重要作用。本实验基于Neuritin独特的神经营养作用及其在神经创伤、疾病中的变化和作用,研究视神经损伤后Neuritin基因在视网膜和视神经中的表达变化,并以Neuritin为靶进行治疗,推测其对RGCs的存活和再生这一视神经损伤和疾病的关键环节具有明显的作用,将有助于进一步揭示视神经再生难的原因和探讨视神经修复的新方法。方法:(1)视神经夹伤模型的制作:用Yasargil脑动脉瘤夹于成年雄性大鼠视神经眼球后约1mm处夹伤9s,模拟临床造成视神经不完全损伤。采用HE染色、CTB追踪、透射电镜观察等方法观察视神经夹伤后视神经的形态变化。(2)观察Neuritin在视神经损伤后视网膜和视神经中的时空表达变化:应用免疫荧光双标的方法检测Neuritin在组织细胞中的定位,再分别应用Western blot和Real time PCR的方法检测视神经损伤后Neuritin在蛋白和mRNA水平的表达变化。(3)构建Neuritin慢病毒质粒并包装测定其滴度。(4)体内观察Neuritin过表达对受损大鼠RGCs及视神经的作用:大鼠视神经夹伤前1周玻璃体注射Neuritin慢病毒,损伤2周后采用CTB顺行标记RGCs以观察其存活及轴突的再生情况。(5)体外观察Neuritin蛋白或过表达对视网膜神经节细胞系(Retinal GanglionCell-5, RGC5)的作用及机制:采用CCK8法或MTT法检测Neuritin蛋白对受损RGC5存活的影响,相差显微镜拍照观察Neuritin过表达对RGC5突起长度的影响,DAPI染色和Western blot方法分别检测Neuritin对RGC5细胞凋亡的影响;进一步通过Western blot检测神经营养因子相关信号通路关键分子pSTAT3、pAKT和pERK的表达。结果:(1)正常视网膜及视神经中Neuritin蛋白的表达定位:免疫荧光双标的结果显示在正常视网膜中Neuritin蛋白主要表达于RGCs胞体和突起及部分星形胶质细胞中;正常视神经中Neuritin蛋白主要表达于RGCs轴突、少突胶质细胞及血管内皮细胞中。(2)成功建立视神经不完全损伤模型:HE染色结果显示视神经损伤后损伤区神经外膜保持完整,CTB追踪结果显示神经损伤后远侧端仍保留有正常运输功能的轴突,透射电镜结果显示视交叉前段视神经仍保留有正常样轴突。(3)视神经受损后Neuritin在视网膜和视神经中的时空表达变化规律:Westernblot显示视神经受损后1d Neuritin蛋白在视网膜及视神经中表达升高,伤后3d、7d均高表达,其后缓慢下调至正常水平,Real time PCR的结果显示伤后1d NeuritinmRNA瞬时表达高表达,其后下调至或低于正常水平。(4)成功构建Neuritin慢病毒质粒,并获得高滴度的Neuritin慢病毒颗粒。(5)体内Neuritin过表达对受损大鼠RGCs及视神经的作用:损伤后2周Neuritin过表达组RGCs的存活明显增加,存留及再生的轴突显著增多。(6)体外Neuritin蛋白及过表达对RGC5的作用及机制:CCK8法结果显示重组的人Neuritin蛋白可增加受损RGC5的存活,Neuritin过表达可增加RGC5最长突起的长度;DAPI染色及Caspase3表达的检测显示Neuritin过表达可以减少受损RGC5细胞的凋亡及活化型Caspase3的表达。神经营养因子相关信号通路的检测显示Neuritin过表达可下调pSTAT3蛋白的表达,并上调pAKT和pERK蛋白的表达。结论:(1)Neuritin在正常视网膜中主要表达于RGCs及部分星形胶质细胞中,在视神经中主要表达于RGCs轴突、少突胶质细胞及血管内皮细胞。(2)采用Yasagil脑动脉瘤夹夹伤视神经,可建立视神经不完全损伤模型。(3)视神经损伤早期视网膜及视神经内Neuritin的高表达,而后期Neuritin表达的不足提示可能为RGCs大量死亡和轴突再生失败的原因之一。(4)体内实验初步证实Neuritin过表达对视神经损伤后的RGCs有保护作用,可以有效促进RGCs的存活及其轴突的再生。(5)体外实验证明Neuritin慢病毒或蛋白可促进受损RGC5的存活,抑制细胞凋亡并促进突起的生长。上述作用可能是通过抑制STAT3通路并激活AKT和ERK信号通路实现的。
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