首次发现肠道细菌介导遗传性视网膜疾病
Cell
2024.02.06
魏来 中山大学眼科中心
研究背景
视网膜是中枢神经系统的光敏组织成份，主要负责将光信号转化为电信号，在加工后传递给视皮层形成视觉。遗传性视网膜变性是由于基因缺陷导致的眼部遗传病如先天性黑蒙症（Leber Congenital Amaurosis，LCA）和视网膜色素变性（Retinitis Pigmentosa，RP）等，往往会造成视功能下降、视域缺失甚至视力丧失等严重后果，不仅给患者的家庭带来了沉重的经济负担，也给社会带来了巨大的挑战。
2024年2月6日，中山大学眼科中心的魏来教授、张锋研究员、伦敦大学学院眼科研究所Richard Lee教授、中山大学附属第一医院的魏泓研究员等科研人员在国际顶尖学术期刊《Cell》上发表题为CRB1-associated retinal degeneration is dependent on bacterial translocation from the gut的研究论文。
经过8年的研究发现，CRB1（crumbs cell polarity complex conponent 1）基因突变导致结肠上皮屏障和血视网膜屏障受损，使得细菌从肠道中泄露游走到视网膜中，进而导致视网膜色素变性样损伤。
模式图
/// 01
结果一：CRB1基因突变导致视网膜退行性病变
遗传性视网膜变性是一组异质性疾病，与250多个基因相关，其中就包括CRB1。CRB1的突变导致全球范围内10%-15%的LCA和4%的RP。CRB1是一种跨膜蛋白，参与细胞间粘附连接复合体的重要功能蛋白，与视网膜中光感受器形态发生有关。在CRB1基因发生移码突变造成完全功能缺失的Retina Degeneration 8（Rd8）小鼠中，眼底出现白斑，且视网膜呈现出花蕊状折叠。这些表型与视网膜色素变性患者眼底的特征十分相似（图1）。此外，通过宏转录组测序发现，在视网膜损伤区域存在7种细菌，其中5种曾被报道过定植在肠道中。
图1 Rd8小鼠视网膜特征与视网膜色素变性患者眼底特征相似。
眼底有白斑形成（左上）视网膜呈伪花蕊状折叠（右）。电镜结果显示在损伤区域检测到细菌的存在（左下）。
/// 02
结果二：CRB1基因功能缺失导致血视网膜屏障和结肠上皮屏障破坏
通过电镜分析Rd8小鼠血视网膜屏障发现CRB1基因功能缺失会导致视网膜色素上皮细胞间黏附连接（Adherens Junction）和紧密连接（Tight Junction）结构缺失、细胞排列变得松散紊乱且布鲁氏膜变薄（图2）。
图2：电镜分析Rd8小鼠血视网膜屏障结构缺失。
视网膜色素上皮细胞间黏附连接和紧密连接出现缺陷（左图），布鲁氏膜变薄（右图）。
通过对结肠上皮的观察发现，Rd8小鼠结肠上皮细胞的连接缺陷、线粒体空泡化、上皮细胞间黏附连接结构缺失、连接蛋白Occludin1表达缺陷且肠上皮微绒毛变得又细又长（图3）。
图3：Rd8小鼠结肠上皮屏障缺陷。
F-actin染色发现结肠上皮细胞结构缺陷（左上）。上皮细胞间黏附连接结构缺失（右上）。连接蛋白Occludin1表达缺陷（左下）。肠道微绒毛数量没有变化，但是形态变得细长。
/// 03
结果三：Rd8小鼠视网膜退行性病变与肠道细菌的侵入密切相
为了研究视网膜损伤部位的细菌是否来自于肠道，科研人员通过给小鼠灌胃带有荧光的葡聚糖（70KD）和大肠杆菌，几个小时后评估血液循环中的荧光含量，发现Rd8小鼠肠道屏障结构缺陷导致肠道通透性增加。同时，在Rd8小鼠的视网膜中检测到来自消化道荧光标记的细菌（图4）。
图4 Rd8小鼠结肠上皮通透性增加。Rd8小鼠血液循环中的荧光标记细菌显著增加（上）。视网膜铺片和切片中发现来自消化道中的荧光标记细菌（下）。
此外，通过使用无菌（Germfree，GF）小鼠或使用抗生素系统清除体内细菌可以逆转Rd8小鼠视网膜表型（图5）。
图5 Rd8-GF小鼠逆转视网膜病变表型。Rd-GF小鼠视网膜无白斑（左），也没有花蕊状折叠（右）。
最后，研究人员通过AAV2病毒递送系统，在肠道中恢复CRB1的表达，有效改善Rd8小鼠的肠道屏障结构和通透性。更重要的是，有效减轻视网膜病变表型（图6）。
图6 恢复肠道中CRB1的表达能够逆转Rd8小鼠视网膜的病变表型。肠道上皮屏障通透性恢复（上）。视网膜白斑形成减少（下）
结果讨论
分析讨论
这项研究揭示了眼-肠轴全新机制，且阐明了视网膜病变表型是由于CRB1突变引发细菌的泄露。这些发现可能为患者应用抗菌疗法提供最有力的支持，对改变CRB1基因突变与相关眼病治疗产生巨大影响。作者也表明，未来他们会研究疾病谱，观察微生物-宿主免疫如何参与多种慢性退行性眼病的发生和治疗。
本推文旨在总结学习，分享交流，
如有错误与不到之处，
欢迎联系我们批评指正。
作者丨周思雨
审稿丨杨树广、周峰泉
推文编辑 | 余滋恺
