成年小鼠视神经挤压眼对侧初级视觉皮层树突棘减少

Reduced Dendritic Spines in the Visual Cortex Contralateral to the Optic Nerve Crush Eye in Adult Mice

作者信息Zongyi Zhan, Yali Wu, Zitian Liu, Yadan Quan, Deling Li, Yiru Huang, Shana Yang, Kaili Wu, Lianyan Huang, Minbin Yu
PMID32866269
发布时间2020-08-03
DOI10.1167/iovs.61.10.55

实验完整度

包含FVEPs和SD-OCT的视觉功能与结构评估、双光子活体成像观察树突棘、免疫组化分析多种细胞、Western blot和免疫共沉淀检测TrkB及转运蛋白、透射电镜和Western blot评估自噬,多个独立证据层级且包含机制验证。

主要模型

成年C57BL/6小鼠单侧视神经挤压模型 Thy1-YFP转基因小鼠(YFP-H-Line)用于双光子成像 V1区第2/3层锥体神经元

重点核对

ONC手术细节:异氟醚麻醉,左眼视神经距眼球后1至2毫米处用交叉镊挤压5秒 双光子成像时间点:ONC前(第0天)及ONC后1、2、3、4周 FVEP和SD-OCT检测时间点:第0天(ONC前)及ONC后3天、1周、2周、4周 样本量:每组5只C57BL/6小鼠用于FVEP、SD-OCT、IHC、Western blotting和透射电镜;每组4只Thy1-YFP转基因小鼠用于双光子成像

摘要

目的:确定与成年小鼠单侧视神经挤压(ONC)相关的初级视觉皮层(V1区)树突棘的改变及相关变化。方法:建立成年单侧ONC小鼠。通过谱域光学相干断层扫描测量视网膜神经纤维层(RNFL)厚度。通过闪光视觉诱发电位(FVEPs)评估视觉功能。通过双光子活体成像观察ONC眼对侧V1区的树突棘。通过NeuN、胶质纤维酸性蛋白、CNPase和CD68免疫组织化学分别评估神经元、反应性星形胶质细胞、少突胶质细胞和活化的小胶质细胞。通过Western blotting和免疫共沉淀评估原肌球蛋白受体激酶B(TrkB)及TrkB转运标志物。使用透射电子显微镜和Western blotting评估自噬。结果:ONC后3天、1周、2周和4周,FVEPs的振幅降低、潜伏期延迟,且ONC后2周和4周RNFL厚度减少。ONC后2、3和4周,ONC眼对侧V1区的树突棘减少,而神经元数量不变。ONC后2周和4周,反应性星形胶质细胞染色增加,但少突胶质细胞和活化小胶质细胞染色保持不变。TrkB减少并伴有主要转运蛋白的变化,且在ONC眼对侧V1区观察到自噬增强。结论:成年小鼠ONC眼对侧V1区树突棘减少。反应性星形胶质细胞和TrkB减少可能与树突棘减少有关。关键词:视神经挤压,初级视觉皮层,树突棘

实验结论

提炼研究问题、关键发现与证据,快速把握文章的核心贡献。

研究问题
成年小鼠单侧视神经挤压后,原发视觉皮层(V1区)树突棘是否发生变化,以及与之相关的细胞和分子改变是什么?
核心机制
反应性星形胶质细胞增多、TrkB减少及其转运蛋白变化(Rab7升高、Rab11降低)和自噬增强可能与树突棘减少相关。
主要证据
双光子成像显示ONC后2、3、4周对侧V1区树突棘消除率增加,3、4周形成率降低;免疫组化显示GFAP阳性反应性星形胶质细胞增多;Western blot和免疫共沉淀显示TrkB降低、Ndfip1升高、Rab11降低,透射电镜和Western blot显示自噬增强。
研究意义
该研究首次证明了成年期单侧ONC导致对侧V1区树突棘减少,提示反应性星形胶质细胞及BDNF/TrkB信号通路可能参与其中,为进一步研究视神经损伤后皮层可塑性机制提供了基础。

研究路径

按研究推进顺序梳理实验设计、验证步骤与关键观察。

1

视神经挤压模型建立与功能结构验证

建立单侧ONC模型,并通过视觉功能和视网膜结构变化确认模型成功。

对成年C57BL/6小鼠进行左眼ONC手术,在术前及术后不同时间点(3天、1周、2周、4周)测量FVEPs、SD-OCT检测RNFL厚度,证实ONC导致的视觉功能损伤和视网膜结构变化。

2

树突棘活体双光子成像

观察ONC后对侧V1区第2/3层锥体神经元树突棘的动态变化。

利用Thy1-YFP转基因小鼠,通过颅窗和双光子显微镜在ONC前后多个时间点成像同一树突节段,计算树突棘的消除率和形成率。

3

细胞组成分析

评估ONC后对侧V1区神经元、星形胶质细胞、少突胶质细胞和小胶质细胞的变化。

使用免疫组织化学染色检测NeuN(神经元)、GFAP(反应性星形胶质细胞)、CNPase(少突胶质细胞)和CD68(活化小胶质细胞)的表达,并定量分析染色面积或细胞数。

4

TrkB及转运蛋白检测

探讨ONC后对侧V1区TrkB及其转运蛋白表达的改变。

通过Western blot检测TrkB、Ndfip1、Rab5、Rab7、Rab11的表达水平,并通过免疫共沉淀检测TrkB与Rab11的相互作用。

5

自噬评估

评估ONC后对侧V1区自噬水平的变化。

通过透射电子显微镜观察自噬结构,并通过Western blot检测自噬相关蛋白Beclin1和LC3的表达。

研究方法

按研究目的归类文中使用的方法,便于定位所需技术。

产品清单

实验环节名称品牌货号
阿佛丁----
妥布霉素地塞米松眼膏----
乐泰495Henkel--
托芬那酸----
恩诺沙星----
FVMPE-RS多光子激光扫描显微镜Olympus--
Image J软件National Institutes of Health--
RETI-port/scan 21Roland Consult Stasche & Finger GmbH--
Spectralis OCTHeidelberg Engineering--
Tissue-Tek OCT包埋剂----
无动物源封闭液Cell Signaling Technology15019
NeuN抗体ABclonalA0951
GFAP抗体Cell Signaling Technology12389
CNPase抗体Cell Signaling Technology5664
SignalStain Boost免疫组化检测试剂Cell Signaling Technology8114
SignalStain封片剂Cell Signaling Technology14177
正常山羊血清----
CD68抗体Abcamab53444
山羊抗大鼠IgG二抗,Alexa Fluor 488Bioss Antibodiesbs-0293G-AF488
含DAPI的抗淬灭剂Cell Signaling Technology8961
用于Western blot和免疫沉淀的裂解液BeyotimeP0013
蛋白A/G磁珠Thermo Fisher Scientific88804
Immobilon-PSQ PVDF膜MilliporeISEQ00005
Immobilon-P PVDF膜MilliporeIPVH00010
Trans-Blot SD半干转印槽Bio-Rad--
ChemiDoc Touch成像系统Bio-Rad--
Rab7抗体Abcamab50533
Rab11抗体Cell Signaling Technology5589
TrkB抗体Abcamab18987
IgG抗体Abcamab172730
VeriBlotAbcamab131366
Beclin 1抗体Cell Signaling Technology3738
LC3A/B抗体Cell Signaling Technology12741
Ndfip1抗体Affinity BiosciencesDF4681
Rab5抗体Affinity BiosciencesAF4073
Rab11抗体Cell Signaling Technology3539
GAPDH抗体Cell Signaling Technology14C10
β-肌动蛋白抗体Cell Signaling Technology4967
HRP标记的山羊抗兔IgG(H+L)Affinity BiosciencesS0001
HT7700透射电子显微镜Hitachi--
Prism 7.0GraphPad--

关键环节

汇总复现实验时建议重点确认的条件及原文阅读提示。

环节核对要点
视神经挤压模型
小鼠品系、年龄、性别、体重;麻醉药物及剂量;挤压位置、时间、力度;术后用药;排除标准
阅读提示:Methods: Animals and Anesthesia, Optic Nerve Crush Surgery
双光子成像
颅窗手术细节;成像区域坐标;激光波长、物镜倍数、数值孔径;图像采集参数(如尺寸、像素、Z步长);时间点;每组样本量;树突棘判定标准
阅读提示:Methods: In Vivo Long-Term Transcranial Two-Photon Imaging; Figure 4
视觉电生理
麻醉剂量;电极位置;刺激参数(频率、时长);记录参数;分析指标;时间点
阅读提示:Methods: FVEP Examination; Figure 2
OCT测量
散瞳药物;图像采集区域;分区定义;厚度测量方法;时间点
阅读提示:Methods: Retinal Nerve Fiber Layer Thickness Measurement; Figure 2
免疫组化
组织固定、切片厚度、抗原修复条件;抗体浓度、孵育时间;染色定量方法;V1区域定位标准;统计方法
阅读提示:Methods: Tissue Preparation, Immunohistochemistry; Figures 3,5-7
蛋白检测
蛋白提取方法;抗体浓度、稀释液;内参选择;定量方法
阅读提示:Methods: Coimmunoprecipitation and Western Blotting; Figure 8
自噬评估
电镜样本准备;自噬结构识别标准;计数方法;Western blot指标
阅读提示:Methods: Transmission Electron Microscopy; Figure 9
统计分析
统计方法;多组比较校正方法;显著性水平
阅读提示:Methods: Statistical Analysis