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为解决视网膜神经节细胞(RGCs)退化导致的不可逆视力丧失问题,研究人员探讨色素上皮衍生因子(PEDF)及其肽(44-mer、17-mer)对人诱导多能干细胞(iPSCs)分化为 RGCs 的作用。发现其显著上调 RGCs 特异性等标记物,促进神经突生长,44-mer 和 17-mer 或可突破 PEDF 应用限制。
在眼科疾病的探索征程中,视网膜神经节细胞(Retinal Ganglion Cells, RGCs)退化宛如横亘在光明之路上的巨石,它是青光眼、视神经炎等多种视神经病变中导致不可逆视力丧失的核心症结。RGCs 自身缺乏再生能力,受损后往往走向凋亡,这使得如何拯救受损 RGCs、促进轴突生长成为神经再生领域的 “世纪难题”。尽管传统药物研发在动物实验中屡现希望,但临床转化却如履薄冰,多数药物折戟沉沙,目前仅有寥寥数种药物获批用于神经退行性疾病,且在视神经病变治疗中效果有限。在此困境下,干细胞疗法崭露头角,尤其是人诱导多能干细胞(Human Induced Pluripotent Stem Cells, hiPSCs),因其可源自患者自身细胞、规避免疫排斥风险,且具备向 RGCs 分化的潜力,成为科研人员眼中的 “希望之星”。
为探寻更有效的 RGCs 保护与再生策略,国立台湾大学医院的研究团队开展了一项具有突破性的研究,相关成果发表在《Experimental Eye Research》。该研究聚焦于色素上皮衍生因子(Pigment Epithelium-Derived Factor, PEDF)及其较小肽成分(44-mer 和 17-mer),深入探究它们对 hiPSCs 向 RGCs 分化的调控作用,旨在为视神经退行性疾病治疗开辟新路径。
研究人员采用分步诱导方案,在 hiPSCs 分化第 18 天添加不同浓度的 PEDF、44-mer 和 17-mer,运用定量 RT-PCR、免疫荧光等技术,检测 RGCs 特异性标记物(Brn3b、Sncg)、视网膜祖细胞标记物(Pax6)、神经轴突标记物(Tau、NFH)的表达水平,并分析神经突长度和密度。
诱导 RGCs 分化的形态学与分子特征
研究通过特定诱导方案(图 1A)成功将 hiPSCs 向 RGCs 诱导,从第 3 天到第 34 天的形态学观察显示,第 18 天从视网膜分化培养基(RDM)转换至视网膜维持培养基(RMM)后,显著变化随之而来 —— 胚状体(Embryoid Bodies, EBs)主体挤出视泡(Optic Vesicles, OVs),第 27 天贴壁培养后可见神经突生长(图 1B)。定量 RT-PCR 分析进一步揭示,添加 PEDF 及其相关肽后,RGCs 特异性基因(Brn3b、Sncg)、视网膜祖细胞基因(Pax6)和神经轴突相关基因(Tau、NFH)的表达显著上调,表明这些因子在 RGCs 分化的多个阶段均发挥积极调控作用。
神经突生长的促进作用
通过对神经突长度和密度的定量分析发现,PEDF、44-mer 和 17-mer 均能显著增加神经突的长度和密度,其中 44-mer 和 17-mer 的作用甚至可与全长 PEDF 相媲美,部分指标下效果更优。这一结果有力证实了这些肽类成分的神经营养特性,为其促进 RGCs 功能成熟提供了直接证据。
短肽与全长 PEDF 的效果对比
鉴于 PEDF 作为大分子糖蛋白在体内递送和组织穿透性方面的局限性,研究特别关注其短肽成分的表现。结果显示,44-mer(氨基酸 78-121)和 17-mer(氨基酸 98-114)不仅在促进 RGCs 分化和神经突生长方面效果显著,还可能克服全长 PEDF 的应用限制,如更易于制备、保存和穿透组织屏障。这一发现为后续药物开发提供了更具可行性的候选分子。
研究结论表明,PEDF 及其相关肽 44-mer 和 17-mer 可作为有效的神经保护剂,显著促进 hiPSCs 向 RGCs 分化,增强神经突生长能力,并上调 RGCs 特异性和神经轴突相关基因的表达。值得注意的是,44-mer 和 17-mer 展现出与全长 PEDF 相当甚至更高的神经保护效应,且在药物递送方面更具优势,这为视神经退行性疾病的治疗提供了全新的靶点和策略。该研究不仅深化了对 RGCs 分化调控机制的理解,更有望推动基于肽类分子的新型疗法从实验室走向临床,为众多视力障碍患者带来重见光明的希望。
研究中主要关键技术方法包括:利用分步诱导方案将 hiPSCs 诱导分化为 RGCs,通过定量 RT-PCR 检测相关基因表达,借助免疫荧光技术分析标记物表达情况,以及对神经突长度和密度进行定量分析,未涉及特定样本队列来源。