Leber遗传性视神经病变（Leber’s hereditary optic neuropathy,LHON）是一种典型线粒体疾病,通常表现为双眼无痛性的急性视力下降,主要影响视网膜神经节细胞（Retinal ganglion cell,RGC）,至今仍无特效的治疗方法。LHON主要是由m.11778G＞A、m.14484T＞C、m.3460 G＞A三个线粒体基因突变引发的。以往LHON相关的研究基于临床家系分析、永生化淋巴细胞系和转线粒体细胞系等,缺乏相应的动物模型。本研究基于特有的m.13997G＞A（P25L）点突变小鼠模型,重塑了携带m.14600 G＞A（P25L）突变的LHON患者的临床表型:眼底、血管造影、断层成像、视网膜染色等视网膜形态学研究发现m.13997G＞A突变小鼠视盘红肿,眼底血管肿胀堵塞,OCT影像学显示小鼠视网膜厚度变化。视网膜各层细胞之间联系紧密,功能复杂。通过免疫组化、免疫荧光染色、视网膜电生理和透射电镜分析评估m.13997G＞A突变对小鼠视网膜各层细胞形态结构和生理功能的影响,结果表明突变小鼠RGCs数量显著减少、视神经萎缩;Müller细胞神经突数量减少、长度缩短、形态异常、细胞极性紊乱;视杆细胞及视杆双极细胞功能异常,且电镜超微结构显示视杆细胞中线粒体数量增加、体积减小。常规的组织形态学、功能检测、转录组测序无法得知LHON引起的视网膜各种细胞具体变化,而这一点对深入了解其致病机理至关重要。通过对m.13997G＞A突变小鼠视网膜89594个细胞进行单细胞转录组测序（sc RNA-seq）分析,得到14个细胞亚群:其中水平细胞,无长突细胞和双极细胞比例下降,视杆细胞和色素上皮细胞比例上升;差异基因包括细胞色素C氧化酶相关基因（mt-Co1,mt-Co2,mt-Co3）,线粒体合成NADH-Co Q还原酶（mt-Nd3,mt-Nd4l）,和ATP合成酶亚基（mt-Atp6,Atp5f1,Atp5o）,线粒体核糖体亚基（Rnr1,Rnr2）等多个线粒体功能相关的基因,影响呼吸电子传递链、ATP转运合成、线粒体复合体Ⅰ生物合成、柠檬酸循环、氧化应激、Wnt信号通路、神经系统发育信号等通路。为验证sc RNA-seq的结果并进一步探究m.13997G＞A突变对线粒体的影响,我们检测了突变小鼠各组织中线粒体复合体酶活、线粒体复合体亚基RNA表达水平、蛋白表达水平,从细胞-分子水平阐明突变对小鼠不同组织的线粒体生化功能的影响。结果表明m.13997G＞A突变小鼠各组织中线粒体复合体酶活性下降,大脑与视网膜组织中线粒体复合体亚基m RNA水平基因改变趋势相同,线粒体电子呼吸链复合体亚基的蛋白表达水平大部分结果与RNA水平的结果吻合。综上所述,m.13997G＞A突变小鼠具有LHON眼科病理学特点,基于该模型我们发现m.13997G＞A突变小鼠除RGCs变性外,Müller细胞和双极细胞形态功能异常,视网膜细胞中线粒体嵴减少;该突变影响视网膜各亚群细胞线粒体氧化磷酸化功能,其中Müller细胞和双极细胞在光传导级联激活通路上有差异;此外突变小鼠各组织中线粒体复合体酶活性下降。