德国神经退行性疾病中心(DZNE)与德累斯顿工业大学再生疗法中心(CRTD)的科学家们通过实验室培育的人类视网膜类器官,发现了一种此前未被充分认识的视力丧失机制——感光神经元并非单纯死亡,而是通过机械性细胞挤出被提前移出视网膜。
该研究成果发表于《自然-通讯》(Nature Communications)杂志,为老年黄斑变性(AMD)等视网膜退行性疾病的研究提供了全新视角。
黄斑是视网膜中负责高分辨率色觉的关键区域,AMD是60岁以上人群中导致失明的主要原因之一。研究团队负责人迈克·卡尔教授指出,虽然感光细胞大量丢失,但视网膜中并未检测到典型的细胞死亡现象,这引发了他们对细胞命运的新探索。
研究人员借鉴了伦敦国王学院2012年首次描述的“细胞挤出”现象,即细胞通过机械力从上皮组织中被挤出并随后死亡。卡尔团队首次证明,这种机制同样适用于结构复杂的视网膜组织,并可能是神经退行性视网膜病变的关键病理过程。
实验中,研究团队利用人类干细胞培养的三维视网膜类器官模型,模拟了黄斑的部分特征。通过实时成像技术,他们观察到蛋白质HBEGF和TNF的存在足以诱发视网膜器官的退化,触发感光细胞的机械挤出过程。
这一过程由生物机械力传感器PIEZO1的激活驱动,PIEZO1在细胞感知机械刺激中起关键作用。此前视网膜被认为生物力学活性较低,然而本研究揭示生物力学调节在视网膜退行性疾病中的潜在重要性。
通过视网膜类器官模型,研究者能够在约40天内重现患者感光细胞数年甚至数十年内的退化过程,极大加速了病理机制的研究进程。下一步,团队计划验证该机制在人类患者视网膜中的存在与作用。
此外,研究还发现,使用特定蛇毒成分阻断PIEZO1机械传感器,可在实验条件下抑制细胞挤出,提示该机制可能成为未来治疗AMD等视网膜退行性疾病的潜在靶点。
该研究不仅拓展了对视网膜退行性疾病的理解,也为开发新型干预策略提供了理论基础。
图片说明:实验室培育的微型视网膜(视网膜类器官)显微图。左图为健康对照组切片,右图为病变组切片。右图中绿色标记显示感光神经元大量缺失,红色显示病理状态下出现的Müller胶质细胞。图片来源:Völkner等人,Nat.通讯,2022年。