曲靜/湯富酬/劉光慧/王思合作揭示靈長類視網膜衰老機制

增齡伴隨的視網膜功能退化，是引起視網膜退行性疾病如黃斑變性等發生，進而導致老年人視覺減損或喪失的主要原因之一，嚴重影響老年人的生活質量。視網膜能夠感受光刺激，並將其轉化為電信號通過神經傳導至大腦皮層視覺中樞，形成視覺。視網膜具有複雜的結構，主要分為神經視網膜層和視網膜色素上皮（retinal pigment epithelium, RPE）層。此外，與RPE緊緊相連的脈絡膜對視網膜也起著重要的營養與支持作用。由於視網膜結構具有高度異質性和複雜性，傳統的研究技術難以精確揭示視網膜退行性變化過程中的關鍵易感細胞，以及細胞類型特異的基因變化規律。

2020年10月14日，中國科學院動物研究所曲靜研究組與北京大學湯富酬研究組、中國科學院動物研究所劉光慧研究組合作在Protein & Cell雜誌發表題為「Deciphering primateretinal aging at single-cell resolution」的文章。該研究利用單細胞轉錄組測序技術繪製了非人靈長類視網膜衰老的高精度單細胞轉錄組圖譜，系統解析了靈長類視網膜及脈絡膜退行性演變過程中的基因表達變化規律。

首先，研究人員分別獲取了年輕和年老食蟹猴的視網膜及脈絡膜組織，並通過一系列形態學分析，發現年老的視網膜組織表現出視錐細胞、RPE細胞減少，以及感光細胞和RPE細胞之間結構鬆散、RPE中脂褐質增加等變化，提示年老視網膜中關鍵功能細胞出現了結構和功能的退行性改變。進而，研究人員利用優化的STRT（Single-cell tagged reverse transcription）單細胞轉錄組測序技術，系統地鑑定15種主要細胞類型，包括視錐、視杆細胞、RPE細胞等在內的視網膜層細胞，以及成纖維細胞、血管內皮細胞等在內的脈絡膜層細胞。另外還鑑定出一類具有神經發育潛能的穆勒膠質細胞（Müller glial cell）亞群，描繪了細胞類型特異的基因表達特徵。

通過對衰老相關差異表達基因（differentially expressed genes, DEG）的分析，研究人員發現神經視網膜層細胞表現出壓力響應通路的激活和神經信號傳導等功能的減損，而RPE與脈絡膜層細胞則表現出免疫炎性增加和結構支持功能的下降。進一步的研究顯示，RPE細胞是視網膜中對衰老最為敏感的細胞類型之一：一方面，衰老相關DEG與衰老及眼病等基因集的聯合分析顯示，RPE中富集的衰老及疾病高風險基因數目最多；另一方面，RPE細胞作為神經視網膜層和脈絡膜層交界處的重要支持細胞，在衰老過程中表現出異常的細胞間相互作用，包括RPE與脈絡膜層細胞之間免疫炎症反應通路的上調，RPE與神經視網膜層細胞之間神經通訊信號的下調。

該工作加深了人們對視網膜組織增齡性結構和功能變化的認識，解析了衰老過程中視網膜和脈絡膜層的關鍵易感細胞類型及易感分子，以及視網膜層與脈絡膜層的交互作用變化，為預警和治療視網膜衰老及相關疾病提供潛在的幹預靶標。

該項研究由中科院動物所、中科院幹細胞與再生醫學創新研究院、北京大學、中科院北京基因組所、首都醫科大學宣武醫院、北京大學第三醫院等機構合作完成。中科院動物所曲靜研究員、北京大學湯富酬教授、中科院動物所劉光慧研究員、王思副研究員為本文的共同通訊作者。該研究同時得到了周琪院士、宋默識研究員、張維綺研究員、趙國光教授、陳彪教授和于洋教授的合作與支持。

圖1. 靈長類視網膜衰老的高精度單細胞圖景研究