张佳;项宗勤;徐颖
【期刊名称】《中国病理生理杂志》
【年(卷),期】2016(032)001
【总页数】伊格尔顿8页(P179-186)
【关键词】感光细胞退变;双极细胞;节细胞
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【作 者】张佳;项宗勤;徐颖
【作者单位】暨南大学粤港澳中枢神经再生研究院,广东广州510632;暨南大学粤港澳中枢神经再生研究院,广东广州510632;暨南大学粤港澳中枢神经再生研究院,广东广州510632
【正文语种】中 文
【中图分类】R774;R363
▲并列第1作者
刘士豪视网膜退行性疾病是现今引起人类失明的严重疾病，它主要包括视网膜素变性(retinitis pigmentosa，RP)等多种眼科常见病。RP发病率大约1/4 000～1/3 500。常染体隐形遗传占 15%～20%，显性 20%～25%，其中10%～15%为 X连锁遗传[1]，目前已经发现45个致病基因位点[2]。RP患者的临床表现为视力下降，夜盲和视野逐渐变窄，主要的病理特征为感光细胞死亡，视网膜血管逐渐萎缩和堵塞，骨样细胞素沉淀。随着感光细胞进行性凋亡，患者视力逐渐下降最终导致失明。目前，视网膜退变的主要方案是，延缓感光细胞凋亡和视网膜内层神经元(主要是双极细胞和节细胞)对光反应消失的进程后，重建光电转换系统，使内层神经元对光产生反应。目前对于视网膜退变疾病的研究取得了一些成果，主要包括前体感光细胞的移植[3]、干细胞移植[4]、人工视觉假体电刺激[5]、基因感光细胞[6]、基因转导光感受蛋白诱导节细胞或双极细胞直接对光敏感[7-8]等。例如，熊国吟等[9]使用甲基亚(methyl-nitroso-urea，MNU)诱导损伤视网膜感光细胞，然后通过电穿孔技术将黑视素基因转导进入给光双极细胞，恢复了小鼠部分视觉。这些实验在动物模型上都有效，并且有一部分还进入临床试验并取得了良好的效果。但是，这些方法都要求在阶段视网膜下游神经元结构和功能的完整。如果双极细胞或者
节细胞丧失了对上级神经元信号刺激的兴奋性反应或丧失了往下级神经元传递兴奋性的功能，即使在中成功诱导退变感光细胞、双极细胞或节细胞直接对光产生反应，也无法将信息传递到大脑产生视觉。因此了解感光细胞退变过程中双极细胞和节细胞的形态功能变化，对于寻视网膜退行性疾病的有效窗口有重要意义。
目前在实验中最广泛和具有特征性视网膜退变的实验动物模型是rd1和rd10小鼠模型。rd1和rd10小鼠视网膜变性由Pde6b基因突变引起[10-11]，导致Pde6b蛋白功能缺失，细胞内cGMP堆积[13]，造成感光细胞死亡。rd1的感光细胞退变过程非常迅速，大概在出生后第8天感光细胞开始退变，到出生后21 d感光细胞几乎完全凋亡[13]。但是rd1突变小鼠视网膜很早就开始退变，视网膜还没有发育完全，诱发细胞死亡在一定程度上与细胞发育过程中的凋亡重叠，导致很难区别是病理学上的死亡还是生理学上的凋亡。rd10小鼠感光细胞凋亡慢，变性大概在出生后17 d开始，到出生后45 d左右视杆完全凋亡，直到180 d感光细胞几乎全部凋亡[11]。此外，rd10小鼠中的这种突变并未导致蛋白质功能完全丧失[11, 14]。因此rd10小鼠的变性比rd1小鼠的快速细胞死亡更加精准地反映了人类视网膜素变性疾病。除了这2种常用退变小鼠动物模型外，实验中用到的视网膜退变小鼠模型还包括crx基因敲除小鼠模型[15]、rdcl小鼠模型及hrho小鼠模型[16]；大鼠模型有RCS大鼠模型[17-18]pc100
、P23H大鼠模型[19]和S334ter大鼠模型[20]；P347L视紫质转基因兔模型[21]中也有相关报导。
戴西1 视网膜退变过程中内层神经元形态上的改变
早在1980年，Sanyal等[22]在不同感光细胞退变的小鼠模型中发现了视网膜内核层变得更薄更不规则。Santos等[23]在人类视网膜退变捐赠者的视网膜上发现了在内核层(inner nuclear layer，INL)和神经节细胞层(ganglion cell layer，GCL)的神经元发生不同程度的丢失。在2002年，Strettoi等[24]在Rp模型小鼠上发现随着感光细胞的消失，视网膜下游神经元发生了下列相应改变：
1.1 双极细胞在视网膜退变过程中形态上的改变 在出生后的10～20 d的rd10小鼠和野生型小鼠中，双极细胞的形态和层次上没有什么区别，胞体椭圆形，树突呈树枝状且密度大，轴突很长，伸入到内网状层(inner plexiform layer，IPL)的深层。在出生后25 d的rd10小鼠中，双极细胞的形态开始变化。视杆双极细胞(retinal bipolar cells，RBCs)的树突变得更短，这个差别在视网膜中心较外周区域更加明显。在rd10小鼠出生后30 d，随着感光细胞退变的进行，RBCs的树突回缩变得更明显。在出生后45 d的rd10小鼠中，RBCs的树突
在视网膜外周区域只有少许残留，而在中心区域内树突消失[14]。Puthussery等[25]更是发现了在视网膜退变双极细胞重构过程中，RBCs与视锥存在短暂的错位连接。
1.2 视网膜神经节细胞在视网膜退变过程中形态上的改变 在正常C57小鼠中，树突的延伸从出生后8 d开始直到睁眼(大约在出生13 d左右)，之后节细胞的侧面和垂直于内网层的树突不断回缩，节细胞树突野不断减小[26]。在rd1小鼠的节细胞中，树突野的减小发生在出生后30 d左右，此时约有50%的节细胞的树突野减小到原来的50%[28]。但是在rd10小鼠中，节细胞的树突野等其他形态却没有任何明显异常[28]。
2 正常视网膜中谷氨酸受体在内层神经元中的表达
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视觉传导过程主要分为ON型通路和OFF型通路，分别对应给光和撤光时视网膜各级神经元中谷氨酸信号通道的反应，其中谷氨酸信号通道是视网膜信息传递的最主要通道(图1[29])。谷氨酸受体分为离子型谷氨酸受体(ionic glutamate receptor，iGluR)和代谢型谷氨酸受体(metabotropic glutamate receptor，mGluR)2大类。iGluR包括AMPA、kainate(KA)和NMDA 3类，含有GluR1～7、KA1～2和NR1～3多种亚型；mGluR包括Group I、II、III 3类，含有mGluR1～8各种亚型。在正常视网膜中谷氨酸受体在内层神经元中有不同的表
达及功能，其中各类细胞均表达一定的iGluR和mGluR，但ON双极细胞(包括视杆双极细胞和ON视锥双极细胞)主要表达功能性的mGluR，而OFF双极细胞(均为视锥双极细胞)主要表达功能性的iGluR，而节细胞表达的mGluR和iGluR均有一定功能[30]，具体总结见表1。
在黑暗环境下，感光细胞会释放谷氨酸，作用于突触后的ON型和OFF型双极细胞。谷氨酸作用的这2种细胞引起的是相反的作用，这是因为这2种细胞在突触后的谷氨酸受体不同。RBCs和ON型视锥双极细胞(ON-cone bipolar cells,ON-CBCs)表达代谢型的谷氨酸受体mGluR6[31]，mGluR6被谷氨酸激活后会关闭一种非选择性的阳离子通道TRPM1[32-36]，从而使得细胞超极化。在OFF型视锥双极细胞(OFF-CBCs)中，谷氨酸会激活kainate/AMPA型离子通道使细胞去极化。研究表明，在感光细胞退变的过程，RBCs和CBCs上的各种谷氨酸受体的分布和表达均发生了明显的改变[25, 37-39]。
3 视网膜退变过程中内层神经元谷氨酸受体表达的变化
3.1 代谢型谷氨酸受体的变化 已经证实在视网膜退变过程中，rd1小鼠模型[40]、rd10小鼠模型[15, 26, 39]和 crx基因敲除小鼠模型[16]中mGluR6蛋白表达下调。除了表达量下降之外，残余mGluR6受体的表达位置也发生改变，过多的在给光双极细胞胞体和轴突上表
达，并且形成簇。相似的发现也在RCS大鼠[18-19]、P23H大鼠[20]和S334ter大鼠[21]模型中有报道。但是，在这些视网膜退变大鼠模型中mGluR6受体表达位置的错误比在小鼠视网膜退变模型中更加显著。更加有趣的是，在这些大鼠视网膜退变模型中mGluR6受体的表达分布与其相应动物早期发育过程中的表达分布十分相似[41-42]。正常状态下，mGluR6在给光双极细胞树突顶端表达，使得RBCs或ON-CBCs超极化。Gargini等[15]发现在出生后25 d的rd10小鼠视网膜中，mGluR6染结果显示与野生型小鼠基本一致，但是不仅仅限于双极细胞树突终端，而在其轴突和胞体上也有表达。随着视网膜退变的进行，染显示mGluR6的表达逐渐减少。在出生后45 d的rd10小鼠视网膜中，染显示在OPL剩余的mGluR6只有少量，并且与RBCs树突不一致。
3.2 离子型谷氨酸受体的变化 在感光细胞退变过程中，离子型谷氨酸受体在双极细胞中的表达几乎不变，甚至有所上调。Puthussery等[26]在rd10小鼠视网膜上用免疫组化方法对AMPA受体，包括iGluR1、iGluR2和iGluR4的表达进行了检测，发现这3种受体的表达都正常，甚至在视锥完全凋亡之后都没有什么变化。但是Namekata等[43]对表达iGluR1、iGluR3和iGluR4这3种受体rd1小鼠的基因进行了检测，结果显示在视网膜退变高峰之后，三者的表达上调；此外，在ON视锥双极细胞中也发现了iGluR的异常表达[44]。这些研究
的结论不一致可能是因为使用了不同退变速度的小鼠。
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