从微观世界探索角膜上皮损伤修复的科研新进展

  • 2024-05-14 17:51:00
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编者按:角膜上皮细胞作为维持角膜正常生理功能不可或缺的组成部分,其重要性不言而喻。ARVO2024会议上,众多学者聚焦于角膜上皮损伤、更新及修复的最新研究进展,分享他们的发现与见解。本文选取部分研究,与大家共飨学术前沿。

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角膜上皮增殖的调控机制受ACE2/Lcn2通路影响

长期以来,学术界普遍认为角膜上皮干细胞及其直接后代,即早期转运扩增细胞(eTA)细胞,位于角膜缘上皮的基底层。角膜损伤后的愈合过程中,这些静息状态的干细胞/eTA细胞的激活是确保角膜有效再上皮化的关键环节。然而,受限于技术挑战,特别是难以获取和分析特定的细胞群,关于激活的干细胞/eTA细胞的分子机制尚未充分揭示。近年来,单细胞RNA测序技术(scRNA-seq)的出现为深入探索转录组提供了可能,有望揭示调控干细胞/eTA细胞活化的分子机制。本研究旨在探讨肾素-血管紧张素系统(RAS)中的关键分子ACE2在干细胞/eTA细胞活化过程中的作用,特别是它如何作为这一过程的负调节剂。

研究方法:采用两种角膜上皮损伤方法——暴露小鼠角膜上皮于1M NaOH溶液30秒和金刚石磨头机械去除角膜上皮。随后,利用scRNA-seq技术对受损角膜进行深入的转录组分析,数据处理和分析主要基于R语言和Seurat软件包。采用BrdU掺入法定量评估角膜缘上皮细胞的增殖情况。为全面了解基因表达的变化,结合实时定量逆转录聚合酶链式反应RT-qPCR、蛋白质印迹和免疫染色等多种实验方法。

研究结果:研究发现,ACE2主要表达在富含干细胞的角膜缘基底上皮中。通过scRNA-seq与基因本体论分析,证实了ACE2在角膜缘干细胞/eTA细胞增殖过程中的重要作用。角膜损伤后,ACE2表达量显著减少。免疫组化和RT-qPCR显示,ACE2表达下调与人角膜缘上皮细胞培养和小鼠角膜上皮损伤后角膜缘上皮增殖增加相关。尽管使用血管紧张素II受体拮抗剂氯沙坦治疗,ACE2对细胞增殖的负向调控作用未逆转,表明ACE2在角膜缘上皮中的功能与RAS独立。此外,scRNA-seq分析揭示ACE2下调导致TGFA/EGFR通路激活,进而降低Lcn2表达。Lcn2是已知的细胞增殖负调节因子。通过抑制EGFR或过度表达Lcn2,成功逆转了因ACE2缺乏导致的角膜缘上皮细胞增殖增加。

研究结论:研究表明角膜损伤后ACE2表达下调通过新型的不依赖于血管紧张素的TGFA/EGFR/Lcn2信号通路激活干细胞/eTA细胞增殖。这一发现为角膜损伤修复机制提供了新见解,并为开发针对角膜疾病的新型治疗方法提供了潜在靶点。

作者:Han Peng、Huimin Jiang、Min Liu、Wending Yang、Elif Kayaalp Nalbant、Elwin D. Clutter、 Nihal Kaplan、Robert M. Lavker题目:Activation of limbal epithelial proliferation, is controlled, in part, by an ACE2/Lcn2 pathway


神经生长因子信号在角膜上皮细胞更新中的作用机制

角膜感觉神经不仅保护角膜免受损伤,还能刺激角膜缘干细胞(LSCs)不断产生透明上皮细胞,维持视力。然而,神经营养性角膜炎(NK)作为角膜失明的主要原因,特征是角膜感觉缺失。尽管神经生长因子(NGF)作为唯一临床用于治疗NK的药物,但其治疗效果并不理想,需要高剂量和长时间的持续治疗。本研究旨在深入探索NGF在LSCs活性中的作用和机制,以期优化基于NGF的NK治疗方法。

研究方法:通过生化和免疫组织化学分析,深入研究了健康、深度上皮化和去神经化的啮齿动物角膜中NGF受体的表达情况。同时,探讨了全身或局部应用TrkA和p75NTR激动剂或拮抗剂的不同组合对实验性上皮剥脱的正常神经支配、去神经支配或基因敲除的啮齿动物角膜愈合的影响。最后,为了评估与人类的相关性,还测试了不同组NGF受体调节剂对培养的人原代LSCs克隆形成能力和基因表达的影响。

研究结果:研究发现,NGF激活的TrkA能诱导依赖于角膜神经相关SCs存在的上皮细胞更新,同时促进LSC的增殖、维持和分化。而活性p75NTR则会干扰角膜上皮更新和LSC活性,但其抑制作用能够增强TrkA的积极作用。这些发现为理解NGF在角膜上皮细胞更新中的作用机制提供了重要线索。

研究结论:本研究揭示了NGF受体在LSCs维持和神经依赖性角膜创面愈合及稳态上皮更新中的关键作用。这些发现不仅具有重要的生物学意义,而且为开发新的NK治疗方法提供了重要依据。

作者:Konstantin Feinberg、Kaveh Mirmoeini、Kiana Tajdaran、Arif Hussain、Chilando Mulenga、 Jordan Crabtree、Mario Henriquez、Gregory H. Borschel

讲题:The Mechanism of Nerve Growth Factor Signaling in Corneal Epithelial Renewal


间充质干细胞/基质细胞(MSCs)在角膜创面愈合中的作用:不同来源与传递途径的比较研究

MSCs在伤口愈合中的潜力已得到广泛认可。特别是在角膜创面愈合中,对于不同来源和传递途径的MSCs的应用进行了深入研究。本研究旨在通过比较角膜MSCs(hC-MSCs)与骨髓MSCs(hBM-MSCs)的有效性,确定最佳的MSCs来源。同时,通过比较在角膜上皮损伤模型中,基质内注射与结膜下注射hBM-MSCs的效果,以确定最佳的递送方式。

研究方法:为了评估MSCs的来源,研究人员使用了16只小鼠。其中8只小鼠接受hBM-MSCs的基质内注射,另外8只小鼠在完全去除边缘到边缘上皮后接受hC-MSCs(100,000个细胞,5μl)注射。为了评估给药方法,研究人员另外使用了16只小鼠,并将其分为两组,分别进行基质内和结膜下注射hBM-MSCs。对照组的4只小鼠接受细胞悬浮载体液的腹腔内注射。使用裂隙灯观察小鼠角膜新生血管、上皮缺损大小和角膜透明度。1个月后,使用前段OCT (AS-OCT)对小鼠进行进一步评估,然后进行安乐死以进行组织病理学研究。

研究结果:通过ImageJ软件分析发现,hBM-MSC组的新生血管形成率较低(P=0.006)。在减少缺损面积(P=0.001)和改善角膜混浊、新生血管和AS-OCT参数方面,基质内注射相比结膜下注射或未治疗更为有效(P<0.001, P=0.003和P<0.001)。与对照组相比,所有组均显示CK12阳性,MUC5AC水平降低。基质内组的CK12染色更强,而hBM-MSCs与hC-MSCs之间无明显差异。研究还证实,MSCs的持续时间长达2周。

研究结论:无论是通过基质内还是结膜下途径,hBM-MSCs和hC-MSCs在角膜上皮伤口愈合中均表现出有效性。在角膜上皮伤口愈合方面,基质内注射方式表现出优越性。

作者:Alllison Kufta、Mohammad Soleimani、Kasra Cheraqpour、Seyed Mahbod Baharnoori、 Hamed Massoumi、Mohammad Javad Ashraf、Raghuram Koganti、Mahmood Ghassemi、Khandaker N. Anwar、Elmira Jalilian、Ali R. Djalilian讲题:The Role of Mesenchymal Stem/Stromal Cells in Corneal Wound Healing: A Comparative Study of Different Sources and Delivery Routes


总结:角膜上皮细胞作为维持角膜正常生理功能的关键要素,其损伤与修复机制成为探讨的热点。众多学者分享了他们在角膜上皮损伤、更新及修复方面的最新科研进展,这些研究不仅深化了我们对角膜上皮细胞生物学特性的理解,也为未来角膜损伤修复的治疗策略提供了重要的理论基础和实验依据。这些前沿的科研成果无疑将推动眼科医学的进一步发展,为患者带来更好的治疗选择和希望。


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条评论

  • Linda Gareth
    2015年3月6日, 下午2:51

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