《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
編輯推薦:
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。