单核RNA测序揭示Vldlr-/-小鼠视网膜新生血管化过程中内皮细胞和Müller细胞的内质网应激

Single-Nucleus RNA Sequencing Highlights Endothelial and Müller Cell ER Stress During Retinal Neovascularization in Vldlr-/- Mouse

作者信息Angela Galdamez, Soyoung Park, William Temme, Allyssa Bradley, Ethan Stevenson, Leon Chea, Eun-Jin Lee, Jonathan H Lin
PMID42725908
发布时间2026-09-01
DOI10.1167/iovs.67.11.21

实验完整度

包含snRNA-seq、免疫荧光、ERG及血管定量,涉及转录组和蛋白验证两个独立证据层级。

主要模型

P46 Vldlr–/–小鼠视网膜 P46 Vldlr+/+小鼠视网膜 P52 Vldlr–/–小鼠 P52 Vldlr+/+小鼠

重点核对

snRNA-seq:5只Vldlr+/+和5只Vldlr–/–小鼠视网膜,P46,10x Genomics平台 免疫荧光:4只Vldlr+/+和4只Vldlr–/–小鼠,P46,每只10-15张切片,抗体稀释度KDEL 1:200、CHOP 1:400、IB4 1:400、GS 1:400、GFAP-Cy3 1:400 ERG:7只Vldlr+/+和7只Vldlr–/–小鼠,P52,暗适应12小时,scotopic 40 cd·s/m2,photopic 10 cd·s/m2 IB4全mount定量:4只Vldlr+/+和4只Vldlr–/–小鼠,P46 统计:Welch's t-test或Mann–Whitney test,显著性P<0.05

摘要

目的:内质网(ER)应激和未折叠蛋白反应(UPR)信号通路与病理性新生血管化有关,但其在Vldlr–/–小鼠自发性视网膜内/视网膜下新生血管化中的作用尚不清楚。我们对发生新生血管化的成年Vldlr–/–小鼠视网膜及年龄匹配的Vldlr+/+对照视网膜进行了单核RNA测序(snRNA-seq)。我们检查了Vldlr–/–视网膜细胞类型中的差异表达基因,以识别在病理性新生血管化过程中视网膜细胞类型选择性激活的应激信号通路。方法:对P46 Vldlr–/–和Vldlr+/+视网膜进行snRNA-seq,并在视网膜细胞群体中评估与ER应激和UPR信号通路相关的差异表达基因和通路。对视网膜切片进行KDEL和C/EBP同源转录因子蛋白(CHOP)免疫染色,以进一步识别ER应激增加的视网膜细胞类型。通过isolectin B4(IB4)标记新生血管簇和视网膜下新生血管化来评估视网膜新生血管化。通过视网膜电图(ERG)评估视网膜功能,包括振荡电位。结果:IB4染色显示明显的新生血管簇和异常血管延伸进入外视网膜/视网膜下间隙。ERG和振荡电位显示视网膜功能显著降低。snRNA-seq揭示ER应激/UPR信号通路相关基因在内皮细胞和Müller细胞中选择性显著上调。在IB4阳性异常血管和活化的Müller细胞突起中观察到强烈的KDEL和CHOP免疫反应性,支持这些视网膜细胞群体中ER应激增加。结论:在发生病理性新生血管化的Vldlr–/–视网膜中,内皮细胞和Müller细胞显示ER应激和UPR激活增加。

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
Vldlr–/–小鼠视网膜新生血管化过程中,哪些视网膜细胞类型选择性激活内质网应激和UPR信号通路?
核心机制
Vldlr–/–视网膜中内皮细胞和Müller细胞选择性上调ER应激/UPR信号通路相关基因,包括Vegfa等,伴随KDEL和CHOP表达增加。
主要证据
snRNA-seq显示内皮细胞和Müller细胞中UPR基因集显著上调;免疫荧光显示IB4+异常血管和GFAP+ Müller突起中KDEL和CHOP阳性;ERG显示视网膜功能降低。
研究意义
识别UPR信号通路作为Vldlr–/–小鼠视网膜新生血管化过程中激活的分子机制,提示其可能为病理性视网膜血管生成的共同特征。

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

Vldlr–/–小鼠视网膜新生血管化表型验证

确认Vldlr–/–小鼠存在视网膜新生血管化病理

对P46 Vldlr+/+和Vldlr–/–小鼠视网膜进行IB4标记,全mount成像评估浅层新生血管簇和视网膜下新生血管化,并进行定量分析。

2

视网膜功能评估

确定Vldlr–/–小鼠在新生血管化早期是否出现视网膜功能损伤

对P52小鼠进行ERG记录,包括暗适应和明适应条件下的a波、b波以及振荡电位(OP1–OP4)。

3

单核RNA测序分析

识别Vldlr–/–视网膜中细胞类型特异性的转录组变化

对P46 Vldlr+/+和Vldlr–/–视网膜进行snRNA-seq,使用10x Genomics平台,进行细胞分群、注释和差异表达分析。

4

UPR信号通路基因集分析

评估Vldlr–/–视网膜各细胞类型中UPR基因集的表达变化

使用110基因UPR基因集,在snRNA-seq数据中分析各视网膜细胞类型的UPR基因表达变化,并进行GO富集分析。

5

KDEL和CHOP免疫荧光验证

验证ER应激和UPR激活在内皮细胞和Müller细胞中的蛋白水平表达

对P46 Vldlr+/+和Vldlr–/–视网膜切片进行KDEL、CHOP、IB4、GS、GFAP免疫荧光染色,共聚焦显微镜成像,定量分析异常血管和Müller突起中KDEL和CHOP阳性比例。

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
EUTHASOLVirbac Corporation--
O.C.T.包埋剂Sakura Finetek USA--
Superfrost Plus载玻片Fisher Scientific--
正常山羊血清Jackson ImmunoResearch Laboratories--
抗GFAP–Cy3偶联抗体(小鼠单克隆)MilliporeSigmaMAB3402C3
IB4(isolectin B4)Invitrogen121412
KDEL(克隆10C3)Enzo Life SciencesADI-SPA-827
CHOP(克隆L63F7)Cell Signaling TechnologyAB_2089254
抗谷氨酰胺合成酶(GS)MilliporeSigmaMAB302
Alexa Fluor偶联二抗(山羊抗小鼠546;山羊抗兔488)Thermo Fisher Scientific--
含DAPI的VECTASHIELD封片剂Vector Laboratories--
Nikon A1R共聚焦显微镜Nikon Corporation--
Celeris ERG系统Diagnosys--
丙美卡因(0.5%)----
托吡卡胺(1%)----
羟丙甲纤维素眼用润滑剂(Systane)Alcon--
10x Genomics单细胞3′平台10x Genomics--

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
动物模型与样本
小鼠品系:Vldlr–/– (B6;129S7-Vldlrtm1Her/J, JAX:002529) 和 C57BL/6J野生型 (JAX:000664);年龄:P46(snRNA-seq、免疫荧光、IB4全mount)和P52(ERG);每组动物数量及性别:snRNA-seq每组5只,IB4全mount每组4只,免疫荧光每组4只,ERG每组7只;饲养条件:12小时光/暗循环,自由饮食。
阅读提示:Methods中Animals小节。
snRNA-seq
平台:10x Genomics Single Cell 3′;测序:DNBSEQ;分析软件:CellRanger 7.2.0、Seurat 3.0.2;质控标准:<200基因、>90th百分位基因数、top 15%线粒体RNA去除;双细胞去除:DoubletDetection;整合:Harmony;聚类:FindClusters分辨率0.5;差异表达阈值:logFC ≥ 0.25,调整P ≤ 0.05;最终细胞核数:Vldlr+/+ 7919,Vldlr–/– 7894。
阅读提示:Methods中Single-Nucleus RNA Sequencing and Data Processing小节。
免疫荧光
切片厚度:20 µm;封闭:10%正常山羊血清1小时;一抗孵育:4°C过夜;抗体稀释度:GFAP-Cy3 1:400,IB4 1:400,KDEL 1:200,CHOP 1:400,GS 1:400;二抗:Alexa Fluor 546/488,1:400,室温2小时;封片:VECTASHIELD with DAPI;成像:Nikon A1R共聚焦。
阅读提示:Methods中Immunohistochemistry小节。
ERG
系统:Celeris ERG;暗适应:12小时;麻醉:ketamine 80–90 mg/kg + xylazine 5–10 mg/kg;瞳孔扩张:tropicamide 1% + phenylephrine 10%;scotopic刺激:40 cd·s/m2;photopic刺激:10 cd·s/m2,光适应7分钟;15次闪光平均;测量指标:a波、b波、OP1–OP4。
阅读提示:Methods中Electroretinography小节。
血管定量
图像分析软件:ImageJ Fiji;浅层NVT参数:数量、面积百分比、密度、平均面积;外层SRNV参数:数量、面积百分比、密度、平均面积;统计方法:Welch's t-test;样本量:每组4只。
阅读提示:Methods中Quantification of Retinal Vasculature in Vldlr–/– Mice小节及Figure 1图注。