色素上皮衍生因子及其相關肽對人誘導多能干細胞向視網膜神經節細胞分化的影響

《Experimental Eye Research》:The Effects of Pigment Epithelium-Derived Factor and Associated Peptides on the Differentiation of Retinal Ganglion Cells from Human-Induced Pluripotent Stem Cells

【字體: 時間:2025年05月22日 來源:Experimental Eye Research 3.0

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  為解決視網膜神經節細胞(RGCs)退化導致的不可逆視力喪失問題,研究人員探討色素上皮衍生因子(PEDF)及其肽(44-mer、17-mer)對人誘導多能干細胞(iPSCs)分化為 RGCs 的作用。發現其顯著上調 RGCs 特異性等標記物,促進神經突生長,44-mer 和 17-mer 或可突破 PEDF 應用限制。

  
在眼科疾病的探索征程中,視網膜神經節細胞(Retinal Ganglion Cells, RGCs)退化宛如橫亙在光明之路上的巨石,它是青光眼、視神經炎等多種視神經病變中導致不可逆視力喪失的核心癥結。RGCs 自身缺乏再生能力,受損后往往走向凋亡,這使得如何拯救受損 RGCs、促進軸突生長成為神經再生領域的 “世紀難題”。盡管傳統藥物研發在動物實驗中屢現希望,但臨床轉化卻如履薄冰,多數藥物折戟沉沙,目前僅有寥寥數種藥物獲批用于神經退行性疾病,且在視神經病變治療中效果有限。在此困境下,干細胞療法嶄露頭角,尤其是人誘導多能干細胞(Human Induced Pluripotent Stem Cells, hiPSCs),因其可源自患者自身細胞、規避免疫排斥風險,且具備向 RGCs 分化的潛力,成為科研人員眼中的 “希望之星”。

為探尋更有效的 RGCs 保護與再生策略,國立臺灣大學醫院的研究團隊開展了一項具有突破性的研究,相關成果發表在《Experimental Eye Research》。該研究聚焦于色素上皮衍生因子(Pigment Epithelium-Derived Factor, PEDF)及其較小肽成分(44-mer 和 17-mer),深入探究它們對 hiPSCs 向 RGCs 分化的調控作用,旨在為視神經退行性疾病治療開辟新路徑。

研究人員采用分步誘導方案,在 hiPSCs 分化第 18 天添加不同濃度的 PEDF、44-mer 和 17-mer,運用定量 RT-PCR、免疫熒光等技術,檢測 RGCs 特異性標記物(Brn3b、Sncg)、視網膜祖細胞標記物(Pax6)、神經軸突標記物(Tau、NFH)的表達水平,并分析神經突長度和密度。

誘導 RGCs 分化的形態學與分子特征


研究通過特定誘導方案(圖 1A)成功將 hiPSCs 向 RGCs 誘導,從第 3 天到第 34 天的形態學觀察顯示,第 18 天從視網膜分化培養基(RDM)轉換至視網膜維持培養基(RMM)后,顯著變化隨之而來 —— 胚狀體(Embryoid Bodies, EBs)主體擠出視泡(Optic Vesicles, OVs),第 27 天貼壁培養后可見神經突生長(圖 1B)。定量 RT-PCR 分析進一步揭示,添加 PEDF 及其相關肽后,RGCs 特異性基因(Brn3b、Sncg)、視網膜祖細胞基因(Pax6)和神經軸突相關基因(Tau、NFH)的表達顯著上調,表明這些因子在 RGCs 分化的多個階段均發揮積極調控作用。

神經突生長的促進作用


通過對神經突長度和密度的定量分析發現,PEDF、44-mer 和 17-mer 均能顯著增加神經突的長度和密度,其中 44-mer 和 17-mer 的作用甚至可與全長 PEDF 相媲美,部分指標下效果更優。這一結果有力證實了這些肽類成分的神經營養特性,為其促進 RGCs 功能成熟提供了直接證據。

短肽與全長 PEDF 的效果對比


鑒于 PEDF 作為大分子糖蛋白在體內遞送和組織穿透性方面的局限性,研究特別關注其短肽成分的表現。結果顯示,44-mer(氨基酸 78-121)和 17-mer(氨基酸 98-114)不僅在促進 RGCs 分化和神經突生長方面效果顯著,還可能克服全長 PEDF 的應用限制,如更易于制備、保存和穿透組織屏障。這一發現為后續藥物開發提供了更具可行性的候選分子。

研究結論表明,PEDF 及其相關肽 44-mer 和 17-mer 可作為有效的神經保護劑,顯著促進 hiPSCs 向 RGCs 分化,增強神經突生長能力,并上調 RGCs 特異性和神經軸突相關基因的表達。值得注意的是,44-mer 和 17-mer 展現出與全長 PEDF 相當甚至更高的神經保護效應,且在藥物遞送方面更具優勢,這為視神經退行性疾病的治療提供了全新的靶點和策略。該研究不僅深化了對 RGCs 分化調控機制的理解,更有望推動基于肽類分子的新型療法從實驗室走向臨床,為眾多視力障礙患者帶來重見光明的希望。

研究中主要關鍵技術方法包括:利用分步誘導方案將 hiPSCs 誘導分化為 RGCs,通過定量 RT-PCR 檢測相關基因表達,借助免疫熒光技術分析標記物表達情況,以及對神經突長度和密度進行定量分析,未涉及特定樣本隊列來源。

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