低频脉冲超声对视网膜神经节细胞的保护作用及机制研究

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背景:  视网膜神经节细胞(retinal ganglion cells, RGCs),作为视觉信号传递过程中的终末神经元,是评价损伤后视网膜保护作用的经典模型。青光眼和眼外伤等疾病是临床上引起视神经损伤的常见原因,常常致使视神经损伤和RGCs的死亡,严重者甚至致盲,使患者生活质量严重下降。近年来,虽然大量研究认为在一定内外因素的刺激下,视神经存在再生的可能性。但是,损伤后促进RGCs的存活仍然是视神经损伤再生的基础,在此基础之上,才有可能进一步促进轴突再生。故如何在损伤后减少正常RGCs的凋亡,最大限度保存原有的视觉功能具有极强的现实意义。  低频脉冲超声(low-intensity pulsed ultrasound, LIPUS),是一种频率和强度较低的超声波,因其具有促进软骨发生、促进血管形成等多种生物学效应,加速了其在临床的应用。随着研究的深入,低强度脉冲超声的临床应用潜力被更多的发掘,例如,有研究发现低强度脉冲超声作为一种物理治疗的方式可以有效促进周围神经损伤的修复,并在周围神经损伤动物模型中得到证实。同时,多篇研究指出低强度脉冲超声对中枢神经系统中可产生多种生物学作用。但低频脉冲超声是否能对中枢损伤修复产生积极作用仍然未知。  目的:  通过研究在视神经损伤后,低强度脉冲超声做为一种物理治疗手段对视神经损伤修复尤其是对RGCs存活的影响及其中涉及的可能机制,为探索临床治疗视神经损伤乃至中枢神经损伤提供新的思路和研究策略。  方法:  取C57/BL6成年小鼠102只。通过对小鼠视神经进行钳夹建立视神经损伤模型。并使用低频超声治疗仪对小鼠眼球进行处理。运用Western blot、TUNEL法、免疫荧光染色及S-OCT对LIPUS在损伤后对RGCs的保护作用进行评价。并用Western blot及免疫荧光染色的方法对视网膜中YAP蛋白和P-YAP蛋白的表达情况进行分析。  同时取88只新生C57/BL6小鼠,进行原代RGCs培养。使用鱼藤酮诱导原代RGCs凋亡,并用低频超声治疗仪刺激原代RGCs结合siRNA干扰的方法,通过Western blot检测相关目的蛋白,研究YAP蛋白在损伤后LIPUS对RGCs保护作用中的意义。  取C57/BL6成年小鼠20只,通过低频超声治疗仪对小鼠眼球及大脑进行处理,使用免疫荧光染色及免疫组织化学染色的方法,研究LIPUS对小鼠视网膜和大脑海马区中的小胶质细胞的作用。  结果:  1. LIPUS间断处理视神经钳夹伤后的小鼠眼部,通过蛋白免疫印迹(western blotting,WB)检测Cleaved casapse-3、TUNEL法、免疫组织化学以及S-OCT检测发现,相较于单纯夹伤组,LIPUS刺激后使视网膜RGCs的凋亡明显减少(P < 0.05)并促进RGCs的存活(P < 0.05)。  2.将小鼠分为LIPUS组和假处理组,通过Western blot对视网膜总蛋白进行检测发现LIPUS组中YAP表达较假处理组明显增加,P-YAP表达减少。免疫组织荧光对视网膜冰冻切片染色发现,LIPUS 组增高的 YAP 阳性颗粒在视网膜神经节细胞层(RGL)、内核层(INL)、外核层(ONL)中均有表达,且与 RGCs 细胞核共定位的阳性颗粒较假处理组明显增多(P < 0.001),同时P-YAP阳性颗粒也较假处理组减少(P < 0.01),结果与WB结果一致。在原代培养的RGCs中,我们通过Western blot检测也得到了相同的结果。  3.通过Western blot检测原代培养的RGCs中Cyclin E1的含量,我们发现LIPUS刺激可明显上调Cyclin E1的表达(P < 0.05)。同时,LIPUS刺激可以有效降低鱼藤酮所导致的原代RGCs凋亡,使Cleaved Caspase-3/Caspase-3比值较单纯鱼藤酮处理组明显下降(P < 0.01)。在使用siYAP抑制YAP的表达后,LIPUS这种抑制凋亡的效应也随之减弱(P < 0.05)。  4.免疫荧光染色和免疫组织化学结果提示,LIPUS刺激后,小鼠视网膜及大脑海马区未活化的小胶质细胞较假处理组明显增高(P < 0.05)。  结论:  本实验通过在体实验成功证明了 LIPUS 可以有效促进视神经钳夹伤术后小鼠视网膜RGCs的存活,抑制RGCs的凋亡。我们的实验结果表明YAP-Caspase-3信号通路以及 LIPUS 刺激所致的小胶质细胞数量增多是 LIPUS 神经保护作用的可能机制。为治疗相关疾病提供了新的思路。同时使LIPUS的临床应用空间更为广阔。
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