视觉刺激能够增强BDNF(脑源性神经营养因子)从上丘向视网膜的逆向运输,无论是在健康状态下还是在自身免疫性葡萄膜炎患者中都是如此

时间:2026年2月5日
来源:Experimental Eye Research

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视网膜神经节细胞存活与BDNF逆向运输在EAU中的调控作用。通过视觉刺激增强BDNF表达及其向视网膜的逆向运输,可改善实验性自身免疫性脉络视网膜炎的病理损伤和炎症反应。

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Miloslav Zloh|Patrik Kutilek|Andrea Stofkova
查尔斯大学第三医学院生理学系,捷克共和国布拉格

摘要

实验性自身免疫性葡萄膜炎(EAU)在早期阶段就表现出视网膜神经元的退化,包括视网膜神经节细胞(RGCs)。基于我们之前的研究,该研究表明脑源性神经营养因子(BDNF)可以减轻EAU的严重程度,而视觉刺激(VS)可以增加视网膜中的BDNF水平。本研究评估了VS对健康小鼠和EAU小鼠大脑视觉中心BDNF蛋白表达、BDNF向视网膜的逆向运输以及RGC存活率的影响。与未受刺激的小鼠相比,14天的VS增加了健康小鼠和EAU小鼠上丘(SC)中的BDNF表达,但并未影响外侧膝状核和初级视觉皮层中的BDNF表达。此外,VS增加了健康小鼠和EAU小鼠视网膜接收层(sSC)中BDNF阳性神经元和星形胶质细胞的数量;然而,受刺激的EAU小鼠的BDNF阳性神经元数量略有减少。相比之下,未受刺激的EAU小鼠的sSC中BDNF阳性神经元和星形胶质细胞数量显著减少。此外,VS促进了荧光标记的BDNF从sSC逆向运输到视网膜,在视网膜神经节细胞(RGCs)、内层视网膜神经元和Müller细胞(MCs)中检测到了BDNF。这些结果表明,VS诱导的sSC中BDNF表达增加及其向视网膜的逆向运输可能直接影响多种类型的视网膜神经元和MCs,BDNF可以对它们发挥神经营养和保护作用。VS处理后的EAU小鼠中EAU组织病理学和视网膜炎症的整体减轻以及RGC存活率的提高与这一推测一致。

引言

几十年来,关于脑源性神经营养因子(BDNF)在视网膜中的功能积累了越来越多的证据。BDNF的作用不仅限于单一方面,它与多种神经元过程有关,如轴突生长、细胞存活、突触传递和可塑性、发育和分化,以及对抗神经炎症和退化的保护(Mey和Thanos,1993;Rohrer等人,1999;Pinzón-Duarte等人,2004;Loeliger等人,2008;Weber等人,2010;Sánchez-Migallón等人,2011;Weber和Harman,2013;Valiente-Soriano等人,2015;Rovere等人,2016;Park等人,2019;Zloh等人,2022;Zloh等人,2024)。然而,视网膜中的BDNF并非仅来源于局部产生。视网膜神经节细胞(RGCs)的轴突投射到大脑的多个区域,它们能够通过逆向轴突运输将BDNF及其结合蛋白TrkB从这些中枢靶点运输到视网膜(Heerssen等人,2004;Lambuk等人,2022)。
啮齿类动物中的大多数RGCs投射到上丘(SC)(Vaney等人,1981;Hofbauer和Dräger,1985;Ellis等人,2016),早期的发育干预实验表明,丘脑中的BDNF对RGC的存活至关重要。例如,在新生大鼠中,切除上丘会导致RGC数量显著减少。然而,在玻璃体内注射BDNF后,这种损失得到了缓解(Cui和Harvey,1995)。同样,在新生仓鼠中,向SC注射BDNF可以减少RGC的发育性死亡(Ma等人,1998)。
RGC的损失与视网膜疾病(如青光眼)中BDNF沿RGC轴突的逆向运输受损有关,在这些疾病中,RGC逐渐退化(Pease等人,2000;Quigley等人,2000;Iwabe等人,2007)。此外,研究表明,在视神经损伤后,单独眼内注射BDNF不如同时向视觉皮层和眼睛注射BDNF有效(Weber等人,2010;Weber和Harman,2013)。这些结果表明,RGC的存活受到视觉中心和眼睛中BDNF的影响。
尽管青光眼中BDNF逆向运输的破坏已被充分证实,但在其他神经退行性眼病(如自身免疫性葡萄膜炎)中的功能尚不清楚。自身免疫性后葡萄膜炎是一种慢性、威胁视力的炎症性疾病,影响眼睛的后段。后葡萄膜炎导致的视力丧失通常由黄斑水肿、视网膜瘢痕形成、视神经损伤和最终的神经退化引起(Durrani等人,2004;Taylor等人,2012;Prete等人,2014)。
实验性自身免疫性葡萄膜炎(EAU)作为人类自身免疫性后葡萄膜炎的模型,可以模拟其炎症和退行性特征。针对视网膜抗原的自身反应性CD4+ T细胞在EAU的发病机制中起关键作用(Caspi等人,1990;Caspi,2003;Caspi,2011)。驱动EAU的体内自身免疫过程会导致所有视网膜神经元亚型的退化,包括光感受器、RGCs、双极细胞和水平细胞,这些变化在免疫后10至14天就能观察到(Saraswathy和Rao,2008;Yuan等人,2024)。我们最近的研究表明,高对比度视觉刺激(VS)通过增加BDNF水平来减轻EAU的严重程度和视网膜中CD4+ T细胞及其他免疫细胞的积聚(Zloh等人,2024)。然而,这种VS诱导的视网膜BDNF增加的来源尚不清楚。
在这里,我们研究了视网膜中哪些细胞表达BDNF,以及VS是否可以促进BDNF从中枢视觉结构逆向运输到视网膜,在EAU期间提供营养支持。为了验证这一假设,我们评估了VS对视网膜和视觉大脑中心BDNF蛋白表达的影响,检查VS是否增加了从这些视觉中心外源性注射的BDNF的逆向运输,并研究了在健康和EAU条件下哪些视网膜细胞接收了逆向运输的BDNF。

实验部分

动物

所有体内实验均获得了查尔斯大学第三医学院实验动物保护委员会和捷克共和国教育、青年和体育部的批准(批准编号MSMT-16748/2021-3)。实验按照欧洲指令2010/63/EU关于用于科学目的的动物保护的规定进行。具体的无特定病原体的C57BL/6J雌性小鼠(6-7周龄)由Charles River提供

VS增加了视网膜神经元和Müller细胞中的BDNF表达

鉴于我们之前的研究表明14天的VS可以增加对照组和EAU小鼠视网膜中的BDNF表达(Zloh等人,2022;Zloh等人,2024),本实验重点研究了在相同VS条件下视网膜中BDNF蛋白的细胞定位(图1)。我们使用针对BDNF的抗体以及神经元核抗原(NeuN)和细胞醛结合蛋白(CRALBP)对视网膜切片进行了染色

讨论

本研究评估了每日高对比度VS对健康小鼠和EAU小鼠视网膜和大脑视觉中心神经营养特性的影响。我们延续了之前的发现和实验方案,使用未受刺激的小鼠作为对照组,这些小鼠在免疫后第14天就表现出视网膜BDNF水平降低和明显的EAU临床症状(Zloh等人,2022;Zloh等人,2024)。我们的结果表明,VS可以增加视网膜中的BDNF表达

CRediT作者贡献声明

Patrik Kutilek:验证、软件、资源、方法论。Andrea Stofkova:写作——审稿与编辑、初稿撰写、验证、监督、资源管理、项目协调、方法论、研究设计、资金获取、数据分析、数据管理、概念构建。Miloslav Zloh:写作——审稿与编辑、初稿撰写、可视化、验证、方法论、研究设计、资金获取、数据分析、数据管理

未引用参考文献

Kawamoto, 2003; Van Hook, 2022.

利益冲突声明

作者声明没有已知的利益冲突。

数据可用性

数据可应要求提供。

资助

本工作得到了查尔斯大学项目GAUK 378421、COOPERATIO Neurosciences以及260648/SVV/2024的支持。

利益冲突声明

作者声明没有已知的可能会影响本文报告工作的财务利益或个人关系。

致谢

我们感谢Jan Hybl在视觉刺激设备方面的技术支持,以及Zuzana Jezdikova对动物的照料。图形摘要、图1和补充图3A部分使用BioRender软件创建(www.biorender.com),相关协议编号分别为WE28LAXJJD、FJ28RFT2FK和OE28RFTR23。

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