摘要

东南大学葛芹玉副教授团队在International Journal of Molecular Sciences发表了通过空间转录组分析揭示了rd1色素性视网膜炎模型小鼠早期和晚期的区域转录本变化。结果显示了 rd1小鼠和对照组之间的光感受器凋亡模式。在 RP 的晚期，氧化应激不仅增强，而且还伴随着血管内皮生长因子通路的上调。时间动力学趋势分析进一步确定了早期和晚期关键通路的变化模式，以帮助理解 RP 的重要发病机制。

英文原题：

Spatial Transcriptomic Analysis Reveals Regional Transcript Changes in Early and Late Stages of rd1 Model Mice with Retinitis Pigmentosa

通讯作者：葛芹玉，东南大学

作者： Ying Zhou (周莹), Yuqi Sheng (盛钰琪), Min Pan (潘旻), Jing Tu (涂景),  Xiangwei Zhao (赵祥伟)，Qinyu Ge (葛芹玉),and Zuhong Lu (陆祖宏)

[背景介绍]

视网膜色素变性（RP）是一组以感光细胞进行性凋亡和视网膜色素上皮（RPE）细胞层损伤为特征的视网膜退行性疾病。迄今为止，rd1模型小鼠已被普遍用于研究RP的发病机制30多年。 rd1 小鼠的视网膜变性非常快，视杆细胞死亡高峰出现在 P14 左右。 rd1视网膜的发病机制涉及多种机制，包括视网膜感光细胞的凋亡和视网膜的结构重塑。关于 RP 治疗方案的研究数量不断增加 ，确定不同视网膜层的发病机制和 RP 的阶段对于开发基因治疗至关重要。治疗 RP 的主要目的是挽救视网膜感光细胞的功能和 RPE 细胞层的功能结构。然而，目前仍缺乏针对rd1视网膜的深入分子生物学研究，以更深入地了解RP的发病机制并解决RP缺乏有效治疗的问题。目前，关于RP发病机制的研究主要集中在其遗传异质性和感光细胞损伤方面。已经使用多种技术研究了 rd1 小鼠 RP 的发病机制，包括转录组学、基于蛋白质印迹的蛋白质组学和基于微阵列的荧光定量 PCR。既往研究已经阐明了RP早期与光感受器凋亡相关的基因表达变化，并提示RP与血管生成途径和神经退行性疾病密切相关。然而，进一步验证RP血管生成途径的相关变化以及更详细地阐明RP发病机制仍有待研究。既往研究发现RP可影响视网膜不同层，如感光细胞凋亡主要位于外核层，而其他层的变化尚不清楚。研究视网膜层的差异对于阐明 RP 的发病机制至关重要。不同视网膜层之间可能存在显着差异，对 RP 的进展有不同程度的影响。它需要使用保留空间位置信息的技术来进一步识别 RP 中不同视网膜层之间的差异。在本研究中，空间转录组技术能够同时研究空间位置和基因表达水平。它可以提供对空间和时间异质性的新见解，以了解与 RP 相关的生物分子机制。迄今为止，空间转录组技术尚未用于研究不同阶段对rd1小鼠视网膜不同层的影响。

 [文章亮点]

近日，东南大学葛芹玉副教授，周莹博士后在International Journal of Molecular Sciences发表了通过空间转录本组分析揭示了rd1色素性视网膜炎模型小鼠早期和晚期的区域转录本变化。本研究将Smart-seq2转录组文库构建方法与激光捕获显微镜（LCM）相结合，从不同年龄的rd1小鼠的不同视网膜层获取样本。 LCM 能够从速冻组织中仔细解剖不同的细胞。 LCM 与 RNA 提取方法结合使用 RNA-seq 分析不同组织的转录组。这种采样技术能够精确分离不同的视网膜层，是本研究的关键点。使用 LCM 对冷冻视网膜切片的每层进行采样，获得目标组织样本。随后，分析了不同视网膜层之间的区域转录变化。该协议不仅允许从不同视网膜层稳健采集样本，同时保留空间信息，而且还允许分析不同年龄的差异表达基因（DEG）。结果表明，RP早期和晚期均存在光感受器凋亡。此外，RP后期不仅氧化应激增强，而且还伴随着VEGF通路的上调。最终，它可以通过阐明不同空间位置的 RP 早期和晚期的发病机制来帮助开发有效的治疗方法。

图1.  空间转录组学在色素性视网膜炎中的应用。 ( A ) 空间转录组分析在色素性视网膜炎 (RP) 中应用的工作流程。本研究使用同龄的rd1模型小鼠和对照C57BL/6J小鼠。 ( B )从 rd1 和对照小鼠获得的基因数量的比较。疾病组和对照组获得的基因数量没有显着差异。 ( C )根据K-means方法将不同时间分层的簇分为早期和晚期。在晚期（P28、P35），可以使用主成分分析 (PCA) 聚类图将 rd1 小鼠和对照小鼠分开。 ( D ) RP早期和晚期的PCA聚类图显示出从早期到晚期的明显趋势。 （黑色箭头代表趋势。）

[总结/展望]

本研究采用精确采样方法的空间转录组分析来分析早期和晚期视网膜不同层中RP的进展。结果证明了 rd1 组和对照组之间光感受器凋亡的模式。 RP后期不仅氧化应激增强，而且还伴随着VEGF通路的上调。此外，对时程的分析进一步明确了早期和晚期关键通路的变化模式，有助于理解RP的重要发病机制。该研究不仅进一步推进了目前对RP早期和晚期病理变化的认识，而且进一步提高了精确诊断和靶向治疗的水平。

相关论文发表在International Journal of Molecular Sciences上，东南大学博士后研究生周莹为文章的第一作者， 葛芹玉副教授为通讯作者。

通讯作者介绍：

葛芹玉副教授：个人及课题组简介可见网站 https://www.x-mol.com/groups/qinyu_ge

出版信息：

International Journal of Molecular Sciences. 2023, 24, 14869

Publication Date:Oct 3, 2023

https://doi.org/10.3390/ijms241914869

原文链接：

https://doi.org/10.3390/ijms241914869