单细胞测序分析揭示暗饲养小鼠视网膜中能量代谢失调和突触连接改变

目的：本研究将单细胞RNA测序（scRNA-seq）应用于暗饲养和正常饲养小鼠的视网膜，以解析在视觉剥夺下每种细胞类型对视网膜改变的贡献。方法：C57BL/6J小鼠从出生到出生后第36天（P36）在完全黑暗的环境中饲养，此时评估视觉功能和视网膜形态。在P36，分离视网膜进行scRNA-seq，随后进行转录组分析、细胞聚类、差异表达和细胞间通讯分析。通过免疫荧光、qPCR、Seahorse代谢分析、流式细胞术和靶向生化测量验证关键发现。为了确定Müller胶质细胞来源的DIO2的功能意义，使用碘帕酸进行药理学抑制，随后补充外源性T3。结果：暗饲养显著降低了视觉功能，表现为视运动反应减弱和视网膜电图a波和b波振幅降低。感光细胞表现出线粒体基因下调，伴随着耗氧率降低、线粒体膜电位降低、ATP水平降低和Hif1α逐渐上调，共同表明在视觉剥夺下能量代谢受损。在突触水平，突触前囊泡启动蛋白UNC13A（Munc13-1）在ON双极细胞中选择性下调，而无长突细胞显示出增强的GABA能信号传导。值得注意的是，暗饲养诱导了全身和局部甲状腺激素波动，触发Müller胶质细胞中DIO2的动态代偿性上调。抑制DIO2加剧了视觉功能障碍和视网膜变薄，而T3补充成功挽救了这些缺陷。结论：这项研究表明，暗饲养引起视网膜代谢失调和突触重塑。Müller胶质细胞来源的DIO2作为关键的代偿机制，稳定局部甲状腺激素稳态，对于维持视网膜结构和功能至关重要。