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人类与恒河猴的视网膜衰老分子图谱 | NSR

已有 932 次阅读 2020-9-11 15:55 |个人分类:国家科学评论|系统分类:论文交流

在最近发表于《国家科学评论》(National Science Review, NSR)的文章中,研究者首次报道了人类以及非人灵长类动物恒河猴的视网膜衰老单细胞转录组图谱,系统解析了人类视网膜中的多种细胞类型,以及它们在衰老进程中的分子特征,并揭示了视网膜衰老的区域性特点和细胞亚型的特异性演变。该研究为延缓视网膜衰老提供潜在干预靶标,为有效预防和治疗年龄相关性视网膜疾病提供全新思路。


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geralt/pixabay



视觉是人和动物感知外部世界的最重要途径,负责接收超过80%的外界信息。视觉的产生始于视网膜:光线作用于视网膜中的感光细胞,这些细胞将光信号转换为电信号,并经多级神经元传递至特定大脑区域,人和动物才能够感知到外界物体的大小、明暗、颜色、动静。然而随着年龄增长,视网膜功能会逐渐发生退化,各种年龄相关的视网膜疾病随之产生。

特别地,在人类及非人灵长类视网膜中存在一个特化的区域,即黄斑区。这一区域主要负责明视觉和色觉,很多衰老相关的视觉问题都发生于这一区域。在小鼠等较低等的模式动物视网膜中不存在黄斑区,故而,以人类及非人灵长类动物的视网膜为研究对象,才能充分理解人类衰老过程中各种视网膜病变的分子机制,并探索可能的治疗途径。

近日,中国科学技术大学薛天课题组、中国科学院生物物理研究所王晓群课题组以及北京师范大学吴倩课题组合作,对不同年龄段人类及非人灵长类恒河猴视网膜进行单细胞测序,共收集了119,520份单细胞转录组数据,从中解析了人类与恒河猴视网膜在细胞水平和分子水平的异同,并建立了人类及恒河猴视网膜衰老的分子图谱,发现了人视网膜在衰老过程中细胞组成的改变及关键分子特征,为治疗和干预年龄相关视网膜疾病提供了重要的研究基础。

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人和恒河猴视网膜衰老演变的单细胞转录组图谱研究


研究人员首先比较了人类与恒河猴视网膜细胞的组成和区域性分子差异。此前,人们普遍认为视杆细胞是同质化的,但在此次研究中,研究人员发现视杆细胞可以分为两类:MYO9A阳性和阴性细胞。这两种细胞在人和恒河猴中的组成比例有很大差异。而其他的细胞类型在人和恒河猴视网膜中展示出十分保守的基因表达模式和细胞比例。 

随后,研究人员对黄斑区和外周区视网膜进行了对比,发现穆勒胶质细胞(Müller glia)与视椎细胞(Cone)在黄斑区和外周区存在明显的基因表达差异,水平细胞(Horizontal cell)存在细胞组成差异。 

研究人员进一步对衰老过程中人类和恒河猴视网膜的分子演变进程进行了分析:

  • 视网膜黄斑区和外周区的衰老曲线显示,黄斑区衰老程度高于外周区,这与外周区穆勒胶质细胞高表达具有神经保护作用的基因相吻合。

  • 视杆细胞在衰老过程中损伤明显,特别是MYO9A基因阴性的视杆细胞,在衰老过程中更容易数量减少。

  • 有趣的是,特异性富集于黄斑区的基因在衰老过程中表达量显著下降,而富集于外周区的基因却无明显下降。

  • 最后,研究人员根据两个物种的视网膜基因表达谱,构建了共55种视网膜疾病易感基因的表达图谱,并阐述了这些基因表达的区域和细胞类型特异性。遗憾的是,某些疾病基因的表达模式在两个物种间并不保守,这暗示了用人类视网膜单细胞图谱来研究人类视网膜疾病的重要性。

该研究在国际上首次报道了人类及非人灵长类视网膜衰老的单细胞转录组图谱,系统解析了人视网膜中不同区域的细胞类型及分子特征,以及细胞亚型和分子特征在衰老过程中的特异性演变,为延缓视网膜衰老、预防和治疗相关疾病提供了潜在干预靶标和全新思路。 

上述成果以“A single-cell transcriptome atlas of the aging human and macaque retina”为题发表于National Science Review,中国科学技术大学薛天教授、北京师范大学吴倩教授、中国科学院生物物理研究所王晓群研究员、中国科学技术大学章梅特任副研究员为共同通讯作者,中国科学技术大学博士生易文洋、中国科学院生物物理所博士生卢玉峰、北京师范大学博士后钟穗娟、中国科学技术大学章梅特任副研究员为共同第一作者。该研究受到中国科学院战略性先导科技专项、科技部国家重点研发计划和国自然重大项目支持。

论文链接https://doi.org/10.1093/nsr/nwaa179


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