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  2. 老年醫學

    單細胞轉錄組技術解密靈長類視網膜衰老過程

    作者:佚名 來源:生物通 日期:2020-10-22
    導讀

              增齡伴隨的視網膜功能退化,是引起視網膜退行性疾病如黃斑變性等發生,進而導致老年人視覺減損或喪失的主要原因之一,嚴重影響老年人的生活質量。視網膜能夠感受光刺激,并將其轉化為電信號通過神經傳導至大腦皮層視覺中樞,形成視覺。視網膜具有復雜的結構,主要分為神經視網膜層和視網膜色素上皮(RPE)層。此外,與 RPE 緊緊相連的脈絡膜對視網膜也起著重要的營養與支持作用。由于視網膜結構具有高度異質性和復雜性,傳統的研究技術難以精確揭示視網膜退行性變化過程中的關鍵易感細胞,以及細胞類型特異的基因變化規律。

            增齡伴隨的視網膜功能退化,是引起視網膜退行性疾病如黃斑變性等發生,進而導致老年人視覺減損或喪失的主要原因之一,嚴重影響老年人的生活質量。視網膜能夠感受光刺激,并將其轉化為電信號通過神經傳導至大腦皮層視覺中樞,形成視覺。視網膜具有復雜的結構,主要分為神經視網膜層和視網膜色素上皮(RPE)層。此外,與 RPE 緊緊相連的脈絡膜對視網膜也起著重要的營養與支持作用。由于視網膜結構具有高度異質性和復雜性,傳統的研究技術難以精確揭示視網膜退行性變化過程中的關鍵易感細胞,以及細胞類型特異的基因變化規律。

            10 月 14 日,中國科學院動物研究所曲靜研究組與北京大學湯富酬研究組、中國科學院動物研究所劉光慧研究組合作在 Protein & Cell 雜志發表文章,該研究利用單細胞轉錄組測序技術繪制了非人靈長類視網膜衰老的高精度單細胞轉錄組圖譜,系統解析了靈長類視網膜及脈絡膜退行性演變過程中的基因表達變化規律。

            研究人員首先分別獲取了年輕和年老食蟹猴的視網膜及脈絡膜組織,并通過一系列形態學分析,發現年老的視網膜組織表現出視錐細胞、RPE 細胞減少,以及感光細胞和 RPE 細胞之間結構松散、RPE 中脂褐質增加等變化,提示年老視網膜中關鍵功能細胞出現了結構和功能的退行性改變。進而,研究人員利用優化的 STRT(Single-cell tagged reverse transcription)單細胞轉錄組測序技術,系統地鑒定 15 種主要細胞類型,包括視錐、視桿細胞、RPE 細胞等在內的視網膜層細胞以及成纖維細胞、血管內皮細胞等在內的脈絡膜層細胞。此外,還鑒定出一類具有神經發育潛能的穆勒膠質細胞亞群,描繪了細胞類型特異的基因表達特征。

            通過對衰老相關差異表達基因(DEG)的分析,研究人員發現,神經視網膜層細胞表現出壓力響應通路的激活和神經信號傳導等功能的減損,而 RPE 與脈絡膜層細胞則表現出免疫炎性增加和結構支持功能的下降。進一步研究顯示,RPE 細胞是視網膜中對衰老最為敏感的細胞類型之一:一方面,衰老相關 DEG 與衰老及眼病等基因集的聯合分析顯示,RPE 中富集的衰老及疾病高風險基因數目最多;另一方面,RPE 細胞作為神經視網膜層和脈絡膜層交界處的重要支持細胞,在衰老過程中表現出異常的細胞間相互作用,包括 RPE 與脈絡膜層細胞之間免疫炎癥反應通路的上調,RPE 與神經視網膜層細胞之間神經通訊信號的下調。

            該工作加深了人們對視網膜組織增齡性結構和功能變化的認識,解析了衰老過程中視網膜和脈絡膜層的關鍵易感細胞類型及易感分子以及視網膜層與脈絡膜層的交互作用變化,為預警和治療視網膜衰老及相關疾病提供了潛在干預靶標。

            該項研究由中科院動物所、中科院干細胞與再生醫學創新研究院、北京大學、中科院北京基因組研究所、首都醫科大學宣武醫院、北京大學第三醫院等機構合作完成。該項目獲得科技部、國家自然科學基金委、中科院和北京市等項目的資助。

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