
患者视网膜色素上皮为长期病变提供观察窗口
年龄相关性黄斑变性(age-related macular degeneration,AMD)及部分黄斑营养不良,具有视网膜色素上皮下沉积物的共同特征。这类富含脂质和蛋白的玻璃膜疣(drusen),与后续病变有关,但单次供者眼组织检查难以判断形成顺序。
美国罗切斯特大学(University of Rochester)等团队用患者诱导多能干细胞(induced pluripotent stem cells,iPSCs)分化出视网膜色素上皮(retinal pigment epithelium,RPE),在体外长期培养并追踪沉积。模型是 RPE 单层,可在 Transwell 等体系中分开观察细胞顶侧与基底侧。
本研究包括 AMD 以及索斯比眼底营养不良(Sorsby’s fundus dystrophy,SFD)、Doyne 蜂窝状黄斑营养不良(Doyne honeycomb macular dystrophy,DHRD)等患者细胞。不同疾病的遗传背景并不相同,研究希望找到共同影响沉积物形成的过程。
蛋白酶活性变化先于明显沉积
团队在培养第 14、30 及 90 天比较细胞基底侧的细胞外基质。SFD 模型第 14 天的组织金属蛋白酶抑制因子 3(TIMP3)水平与对照相近,第 30 和 90 天则较高;相应培养液中的基质金属蛋白酶 2(MMP2)活性降低。
第 30 天尚未发现明显玻璃膜疣样沉积,第 90 天及之后则出现含 APOE 与中性脂质的上皮下沉积物。DHRD 和 AMD 模型也显示第 30 天 TIMP3 增加、MMP2 活性下降,以及较晚的沉积物表型。
这个时序使研究可以把较早的酶活变化与较晚的结构变化分开。团队随后在对照 RPE 中进行药理扰动,检查降低 MMP2 活性是否足以促成相似的病变。
抑制 MMP2 后,炎症信号与脂质积累增加
在对照 RPE 中,MMP2 抑制剂和多西环素均降低 MMP2 活性,随后出现屏障电阻下降、脂质积累和更多上皮下沉积。两种处理对蛋白量的作用不同:竞争性抑制剂主要影响酶活,多西环素还降低 MMP2 蛋白水平。
伴随变化还包括细胞外 HMGB1 及 RAGE 相关信号增加,以及分泌型磷脂酶 A2-IIA(sPLA2-IIA)水平上升。研究把这些变化联系到损伤相关分子信号驱动的无菌炎症与脂质稳态失衡。
在多西环素诱导的模型中,RAGE 拮抗肽(RAGE antagonist peptide,RAP)或补充活性 MMP2,能减轻部分屏障、沉积和细胞死亡变化。这是对形成期扰动的补充比较,随后患者模型实验另检查已经积累的沉积物。
3 类干预比较患者模型的既有沉积物
患者 RPE 培养到约 90 天或更久后,团队比较补充活性 MMP2 与未补充条件。在 SFD、DHRD 和 AMD 模型中,基底侧补充 150 nM 活性 MMP2、持续 18 小时,均减少相应标志共定位沉积物的数量和面积。
另一组实验每天使用 5 μM RAP、持续 14 天;sPLA2-IIA 小分子抑制剂 LY315920 则为 5 μM、持续 7 天。它们在 SFD、DHRD 和 AMD 模型中减少含 APOE 及 sPLA2-IIA 或中性脂质的沉积物。两条药理路线对应不同作用环节和暴露时程。
这组比较将沉积物清除与形成期的药理扰动区分开,为在不同患者细胞背景中评价候选干预提供了具体指标。
按标志共定位识别沉积物,再比较数量与面积
团队用共聚焦图像中的标志共定位识别沉积物,再用 Fiji/ImageJ 处理图像,统计数量和面积。APOE、TIMP3、sPLA2-IIA 及 Nile Red 等用于不同沉积物组合,结果按相应未处理条件比较。
图 5 和 6 的每组有 3 个生物重复。整项研究另列 5 个对照、2 个 SFD、2 个 DHRD、3 个 AMD 和 1 个常染色体显性放射状玻璃膜疣(autosomal dominant radial drusen,ADRD)细胞系,每个实验最多使用各细胞系的 2 个克隆。细胞系、克隆与每图生物重复分别统计。
计数时,每次实验分析 5–6 个独立视野,沉积物数量和面积分别统计。脂质染色、蛋白信号、上皮电阻与细胞存活提供相互补充的信息。
人源 RPE 模型呈现沉积与干预反应
作者指出,某些常用小鼠品系缺少本研究涉及的 sPLA2-IIA,可能限制相应黄斑病变模型。这也是研究选择多个患者来源细胞背景比较的重要理由。该解释需要进一步在适合的体内系统中检验。
长期人 RPE 培养让研究者先观察沉积形成,再比较形成期扰动和既有沉积物干预,为评价候选作用提供了具体病理指标。