编者按：长期对视网膜施加压力将削弱视网膜功能，并损害人们的视觉质量。近期，由 UConn Health 领导的神经科学家们进行了相关研究，发现视网膜细胞具有显著的抵御损伤的能力，将损害隔离或“掩埋”可能是保护人们视力的关键，研究结果以Compartmentalized citrullination in Muller glial endfeet during retinal degeneration为题，发表在PNAS杂志上。
Muller细胞是视网膜损伤时第一个做出反应的细胞
视网膜是眼睛后部的一个精细组织，可检测光线并将图像传输到大脑。Muller细胞是一种非常细长的细胞，是哺乳动物视网膜内主要的神经胶质细胞，占细胞总数90%以上。Muller细胞仅存在于视网膜中，其胞体位于内核层，但它的突起占据从内界膜到外界膜的整个视网膜厚度，包绕着视网膜中视锥、视杆细胞、双极细胞及神经节细胞的大部分神经元。Muller细胞不仅在结构上起支架和填充作用，还参与与视网膜损伤相关的蛋白质变化，是视网膜损伤时第一个做出反应的细胞。
康涅狄格大学医学院神经科学家 Royce Mohan 教授及其同事发现，终足是Muller细胞中的一个特殊区域，当视网膜受到压力时，蛋白质将在这里发生变化。Muller细胞的终足位于视网膜的另一端，距离光感受器相当远。研究人员在研究中提出，即使在视网膜对压力做出反应时，Muller细胞终足和光感受器的分离也可能允许光检测继续进行。
在小鼠模型和人类视网膜退行性疾病中的发现，揭示了瓜氨酸化与病理学的关联
研究一：JR5558小鼠和人类湿性AMD病视网膜酶的Muller细胞末端中瓜氨酸化胶质纤维酸性蛋白（GFAP）的研究
Mohan实验室一直在研究的蛋白质修饰被称为瓜氨酸化，在瓜氨酸化过程中，氨基酸精氨酸变成瓜氨酸。因为在压力或疾病的早期阶段，瓜氨酸蛋白质会被隔离在Muller细胞的末端，Royce Mohan 教授称这个区域为瓜氨酸化掩体。但如果这个掩体长期被占用，那么过量的瓜氨酸蛋白就会到达视网膜的其他部分。人类年龄相关性黄斑变性 (AMD) 和视网膜变性小鼠模型（JR5558小鼠）中的 Muller 细胞显示，瓜氨酸蛋白从终足延伸并扩散到整个细胞。
Cit-GFAP在JR5558小鼠视网膜和人湿性amd黄斑中的定位
对1个月大的JR5558小鼠视网膜进行GFAP、瓜氨酸化(F95)、Cit-GFAP和PAD4免疫染色：GFAP的病变特异性染色(A，绿色)与F95（B，红色）的染色重叠，并在合并图像中可见（C）。具有代表性的高倍放大图像显示F95与GFAP在MG终足(D)中的共同定位。具有代表性的GFAP染色（E，绿色）和PAD4（F，品红色）的高放大倍率图像显示共定位（G）。
2个月大的JR5558小鼠视网膜中的Cit-GFAP染色（H)在端脚（I)处显示的放大倍数更高。星号标记自发视网膜病变部位。(J-O)89岁湿性AMD和年龄匹配的对照供体黄斑的代表性组织切片染色GFAP（绿色）和Cit-GFAP（红色）。高倍镜下显示Cit-GFAP在湿性AMD黄斑的端足部表达，显示与GFAP染色重叠（M-O，箭头），而对照中的染色较低（K）并且与GFAP重叠最小（L）。
NFL，神经纤维层；GCL，神经节细胞层；INL，内核层；ONL，外核层。（比例尺，10μm。）
瓜氨酸化可能对Muller 神经胶质细胞产生许多影响，这些影响才刚刚被人们发现和理解。
精氨酸带正电荷，而瓜氨酸则不带正电荷。正电荷的损失是永久性的，并且可能不可逆地改变Muller 神经胶质细胞的柔韧性或其他机械性能。
当视网膜在压力下发生肿胀，这可能会导致Muller细胞无法适应液体积聚的环境。
瓜氨酸化蛋白质可能会出现在身体外，并激活人体的免疫系统，从而可能引发自身免疫性疾病。
清除Muller 细胞终足掩体中的瓜氨酸，可以延迟或避免部分眼部问题，并更长时间地保持视力。
研究二：激光损伤后反应性MG中的瓜氨酸化和PAD4
研究过程中，Mohan 教授还发现，Muller 细胞终足中发生的瓜氨酸化过程，由一种称为肽基精氨酸脱亚胺酶 4 (PAD4) 的酶控制。胶质细胞特异性PAD4 缺乏会减弱受损视网膜中的视网膜高瓜氨酸化，表明Muller细胞瓜氨酸化需要PAD4。
激光损伤后反应性Muller 细胞中的瓜氨酸化和PAD4
（A-F）未受伤和受伤后小鼠视网膜切片的代表性图像，对 GFAP（绿色）和瓜氨酸（F95，红色）进行免疫染色。用 DAPI（蓝色）可视化细胞核。星号标记激光损伤部位。（M）在高放大倍率下对 GFAP（红色）和 F95（绿色）染色的共焦z叠层的正交投影。（G-L）未受伤和受伤后小鼠视网膜切片的代表性图像，对 GFAP（红色）和 PAD4（绿色）进行免疫染色。（N ）共焦z叠层的正交投影染色 GFAP（红色）和 PAD4（绿色）。（比例尺，105 μm。）（O和P) 来自激光损伤对照和 PAD4cKO (KO) 小鼠对 Cit-GFAP 免疫染色的视网膜的代表性图像。
GCL，神经节细胞层；INL，内核层；ONL，外核层。
对激光损伤对照和 KO 视网膜的瓜氨酸化 (F95; Q ) 和 PAD4 ( S ) 进行变性和还原条件的视网膜提取物的 WB 分析。（U）F95反应带和PAD4的定量被标准化为无染色凝胶（R和T），分别（n = 5个印迹；误差线是平均值的SD；* P = 0.004，** P = 0.0159，** * P = 0.0159, **** P = 0.0278, ***** P= 0.004) 使用单因素方差分析。
总之，分隔的 mRNA 翻译和翻译后修饰（PTM）在生物学中得到更广泛的认可，特别是在高度极化的神经元和星形胶质细胞中。Mohan 教授为Muller细胞终足提出了术语“瓜氨酸化掩体”，因为这种 PTM 在受到损伤后发生一种极化反应，并继续进入慢性病理阶段。因此，瓜氨酸化可通过瓜氨酸化GFAP的解聚作用或将活化PAD4转运至其他细胞底物进行瓜氨酸化(如核组蛋白)，来调节视网膜神经胶质的增生。目前，PAD4的小分子抑制剂已被开发用于其他类型的瓜氨酸代谢性疾病，例如类风湿性关节炎。Mohan 教授认为，将来有望应用此类治疗剂减少AMD早期的瓜氨酸化，并使视网膜免受对这种蛋白质修饰的不良反应。
参考文献：Palko SI, Saba NJ, Mullane E, Nicholas BD, Nagasaka Y, Ambati J, Gelfand BD, Ishigami A, Bargagna-Mohan P, Mohan R. Compartmentalized citrullination in Muller glial endfeet during retinal degeneration. Proc Natl Acad Sci U S A. 2022 Mar;119(9) . doi:10.1073/pnas.2121875119. PMID: 35197297; PMCID: PMC8917347.
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Linda Gareth
2015年3月6日, 下午2:51Donec ipsum diam, pretium maecenas mollis dapibus risus. Nullam tindun pulvinar at interdum eget, suscipit eget felis. Pellentesque est faucibus tincidunt risus id interdum primis orci cubilla gravida.