应激诱导的泪腺昼夜节律和神经免疫网络破坏驱动干眼病发病

Stress-Induced Disruption of Circadian and Neuroimmune Networks in Lacrimal Glands Drives Dry Eye Pathogenesis

作者信息Mengru Ba, Duliurui Huang, Tingting Yang, Shuting Xuan, Wenxiao Zhang, Di Qi, Xiaoting Pei, Dingli Lu, Shenzhen Huang, Jingwen Yang, Xiaohui Liu, Zhijie Li
PMID41400313
发布时间2025-12-01
DOI10.1167/iovs.66.15.53

实验完整度

高

包含体外单细胞测序、组织学、功能检测以及体内动物模型等多层级验证,并有药物干预的功能验证和机制验证

主要模型

雄性C57BL/6J小鼠 束缚应激(RS)模型 小鼠泪腺(LG)组织样本

重点核对

束缚应激:每日2小时,持续14天 β-肾上腺素能阻断剂:普萘洛尔(0.5 g/L饮水)或糖皮质激素合成抑制剂:美替拉酮(50 mg/kg腹腔注射) 泪液分泌测定:毛果芸香碱刺激后酚红棉线试验 转录组时间序列:每3小时采集,持续24小时 单细胞RNA测序:在ZT6采集,n=3/组

摘要

目的:慢性心理应激是干眼病的重要但定义不清的危险因素。本研究探讨了持续应激如何改变泪腺(LG)的昼夜节律调节,以及神经内分泌信号在应激诱导的干眼病中的作用。方法:雄性C57BL/6J小鼠接受两周的每日束缚应激,伴或不伴β-肾上腺素能阻断或糖皮质激素合成抑制。通过毛果芸香碱刺激的酚红棉线试验评估泪液分泌。每三小时采集一次泪腺,持续24小时,进行批量RNA测序,并使用Jonckheere-Terpstra-Kendall周期(JTK_CYCLE)算法分析节律性。在zeitgeber时间6进行单细胞RNA测序,以绘制应激激素受体在泪腺细胞类型中的表达。组织学、免疫组织化学和血浆激素测定表征结构、免疫、代谢和神经变化。结果:应激减少泪液分泌,改变泪腺形态,并激活交感神经和下丘脑-垂体-肾上腺轴。转录组学分析显示,在免疫、代谢、神经和增殖通路中,节律性基因表达显著丧失,而核心时钟振荡器保持完整,定义为昼夜节律输出解偶联。这与昼夜节律性免疫运输紊乱、神经元活性降低、代谢受损和增殖减少相关。单细胞分析显示,β-肾上腺素能和糖皮质激素受体在上皮、内皮和免疫细胞群中表达。普萘洛尔或美替拉酮部分恢复了节律性转录、腺体结构和泪液分泌。结论:慢性应激诱导泪腺昼夜节律输出解偶联,驱动神经免疫和代谢功能障碍以及干眼病发病机制。β-肾上腺素能和糖皮质激素通路抑制的部分挽救突出了神经内分泌信号作为治疗靶点,并将泪腺确立为应激诱导的昼夜节律紊乱的外周模型。

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
慢性心理应激如何影响泪腺的昼夜节律调节及其在干眼病发病中的作用?
核心机制
慢性应激激活交感神经和下丘脑-垂体-肾上腺轴,导致泪腺中昼夜节律输出解偶联,即核心时钟基因振荡保持完整,但下游免疫、代谢、神经和增殖通路的节律性丢失或相移,从而引发生物学功能障碍。
主要证据
小鼠束缚应激模型中,时间序列RNA测序显示免疫、代谢、神经和增殖相关基因的节律性显著降低,而核心时钟基因(Arntl, Clock, Cry2等)的表达总量不变;单细胞RNA测序显示β-肾上腺素能受体(Adrb1、Adrb2)和糖皮质激素受体(Nr3c1)在泪腺多种细胞类型中表达;普萘洛尔或美替拉酮部分恢复了节律性基因表达、泪腺结构和泪液分泌。
研究意义
本研究将泪腺确立为应激诱导的昼夜节律紊乱的新型外周模型,并表明靶向神经内分泌通路(β-肾上腺素能或糖皮质激素信号)可能是治疗应激相关干眼病的潜在策略。

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

建立慢性心理应激模型

模拟慢性心理应激,比较应激组与对照组的生理及神经内分泌变化

8周龄雄性C57BL/6J小鼠随机分为四组:正常对照(NC)、束缚应激(RS)、RS+普萘洛尔、RS+美替拉酮。RS组每日在ZT3-ZT5束缚2小时,持续14天。对照组仅禁食禁水相同时间。

2

验证神经内分泌激活

确认慢性应激激活交感神经和HPA轴

应激结束后,在ZT6采集血液,ELISA检测CRH、ACTH、皮质酮、肾上腺素和去甲肾上腺素水平;对SCG和肾上腺组织进行免疫荧光染色检测c-Fos、TH和SF-1表达;并进行转录组分析。

3

检测泪腺昼夜节律转录组

评估慢性应激对泪腺昼夜节律转录组的影响

每3小时采集泪腺(ZT0, ZT3, ZT6, ZT9, ZT12, ZT15, ZT18, ZT21),进行RNA测序,使用JTK_CYCLE算法识别节律性基因,并进行KEGG、GO、PSEA、GSEA和聚类分析。

4

单细胞RNA测序

绘制应激激素受体在泪腺不同细胞类型中的表达图谱

在ZT6收集NC和RS小鼠的泪腺(n=3/组),进行单细胞RNA测序,分析细胞类型组成及Adrb1、Adrb2和Nr3c1的表达。

5

组织学与免疫组化分析

评估应激及药物干预对泪腺结构、免疫细胞浸润、脂质含量和增殖的影响

每6小时采集泪腺(ZT0, ZT6, ZT12, ZT18),进行H&E、Oil Red O染色和免疫组化检测CD4、CD8、CD19、PCNA等标志物。

6

药物干预评估

评估β-肾上腺素能阻断和糖皮质激素合成抑制对应激诱导的泪腺功能障碍的改善作用

RS+Pro组饮用含普萘洛尔的水(0.5g/L),RS+Met组在每次应激前30分钟腹腔注射美替拉酮(50mg/kg),干预14天后,检测泪液分泌、组织学和转录组变化。

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
昼夜节律饲养箱Guangzhou Langge Biotechnology Co., Ltd.--
50 mL带孔锥形管Jet Biofil--
皮质酮ELISA试剂盒Aifang BiologicalAF2061-A
促肾上腺皮质激素释放激素ELISA试剂盒Aifang BiologicalAF2509-A
促肾上腺皮质激素ELISA试剂盒Aifang BiologicalAF2554-A
普萘洛尔Selleck ChemicalsS4076
美替拉酮Selleck ChemicalsS5416
RNAeasy离心柱试剂盒Qiagen--
NanoDrop分光光度计Thermo Fisher Scientific--
BGISEQ-500测序平台BGI Group--
抗c-Fos抗体ServicebioGB12069-100
抗类固醇生成因子-1抗体Proteintech18658-1-AP
抗CD4抗体ServicebioGB13064-2
抗CD8抗体ServicebioGB13429
抗CD19抗体ServicebioGB11061-1
抗PCNA抗体ServicebioGB11010
油红OServicebioG1016
抗βIII微管蛋白抗体ServicebioGB12139
抗酪氨酸羟化酶抗体ServicebioGB11181-100
Pannoramic 250/MIDI扫描系统3DHISTECH Ltd--
胶原酶D----
脱氧核糖核酸酶I----
Chromium单细胞控制器10x Genomics--
DynaBeads MyOne Silane磁珠Thermo Fisher Scientific--
Illumina HiSeq X Ten测序平台Illumina--

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
实验动物与饲养
小鼠品系、性别、年龄、光照周期、饲养环境(温度、湿度)
阅读提示:Materials and Methods - Animals
束缚应激模型
应激时间(每天2小时)、应激时段(ZT3-ZT5)、持续时间(14天)、束缚管规格(50 mL带孔锥形管)
阅读提示:Materials and Methods - Psychological Stress Model
药物干预
普萘洛尔剂量(0.5 g/L饮水)及给药方式、美替拉酮剂量(50 mg/kg腹腔注射)及给药时间(应激前30分钟)
阅读提示:Materials and Methods - Pharmacological Intervention
泪液分泌检测
毛果芸香碱剂量(4.5 mg/kg)、给药方式(腹腔注射)、酚红棉线放置时间(20秒)
阅读提示:Materials and Methods - Measurement of Tear Secretion
转录组测序
采样时间点(每3小时,共8个点)、测序平台(BGISEQ-500)、生物重复数(n=3)
阅读提示:Materials and Methods - Tissue Collection, Library Preparation, and RNA Sequencing Analysis
单细胞测序
采样时间(ZT6)、样本量(n=3)、细胞数量、测序平台(10x Genomics, Illumina HiSeq X Ten)
阅读提示:Materials and Methods - Single-Cell Sample Preparation and Analysis
组织学分析
采样时间点(每6小时,共4个点)、染色方法(H&E, Oil Red O, 免疫组化)
阅读提示:Materials and Methods - Immunohistochemistry of LGs, Adrenal Glands, and SCGs