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動物所合作揭示靈長類視網膜衰老的分子機制

2020-10-16 動物研究所
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  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,並將其轉化爲電信號通過神經傳導至大腦皮層視覺中樞,形成視覺。視網膜具有複雜的結構,主要分爲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複雜性,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,中国科学院動物研究所曲静研究组与北京大学汤富酬研究组、中国科学院動物研究所刘光慧研究组合作在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。

  研究人员首先分别获取了年轻和年老食蟹猴的视网膜及脉络膜组织,并通过一系列形态学分析,发现年老的视网膜组织表现出视锥细胞、RPE细胞减少,以及感光细胞和RPE细胞之间结构松散、RPE中脂褐质增加等变化,提示年老视网膜中关键功能细胞出现了结构和功能的退行性改变。进而,研究人员利用优化的STRT(Single-cell tagged reverse transcription)单细胞转录组测序技术,系统地鉴定15种主要细胞类型,包括视锥、视杆细胞、RPE细胞等在内的视网膜层细胞以及成纤维细胞、血管内皮细胞等在内的脉络膜层细胞。此外,还鉴定出一类具有神经发育潜能的穆勒胶质细胞亚群,描绘了细胞类型特异的基因表达特征。

  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爲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細胞作爲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症反應通路的上調,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,爲預警和治療視網膜衰老及相關疾病提供了潛在幹預靶標。

  該項研究由中科院動物所、中科院幹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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靈長類視網膜衰老的高精度單細胞圖景研究

打印 責任編輯:任霄鵬

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