视网膜缺血再灌注损伤后的炎症消退与血管屏障修复

Inflammatory resolution and vascular barrier restoration after retinal ischemia reperfusion injury

作者信息Steven F Abcouwer, Sumathi Shanmugam, Arivalagan Muthusamy, Cheng-Mao Lin, Dejuan Kong, Heather Hager, Xuwen Liu, David A Antonetti
PMID34446062
发布时间2021-08-26
DOI10.1186/s12974-021-02237-5

实验完整度

包含体外细胞实验、动物模型(小鼠IR模型)、流式细胞术、免疫荧光、Western blot等,并进行了药物干预和机制验证。

主要模型

小鼠视网膜缺血再灌注(IR)模型 C57BL/6J小鼠 CX3CR1-CreERT2; mT/mG 转基因小鼠

重点核对

缺血时间:90分钟 眼压:85-95 mmHg 米诺环素剂量:50 μg/g体重,腹腔注射 治疗开始时间:IR后7天 FITC-BSA注射剂量:200 mg/kg

摘要

背景:多种视网膜病变表现出炎症和内血-视网膜屏障(iBRB)的破坏,导致血管通透性增加,提示触发炎症消退的治疗可能也促进iBRB的修复。方法:利用小鼠视网膜缺血再灌注(IR)损伤模型,追踪神经退行性变、炎症以及iBRB破坏和修复的时间过程,以研究炎症消退与iBRB修复之间的关系,并确定米诺环素(一种四环素衍生物,可逆转小胶质细胞活化)能否加速这些过程。结果:90分钟的缺血再灌注诱导视网膜细胞凋亡和内层视网膜变薄,持续约2周。IR在数小时内增加血管通透性,在损伤后3至4周内消退。血管通透性增加与内皮细胞紧密连接(TJ)蛋白含量的改变和丢失以及TJ蛋白复合物的紊乱相吻合。血流从渗漏血管分流和渗漏毛细血管脱落被排除为修复iBRB的可能机制。TJ蛋白含量在损伤后2天内恢复,远早于iBRB的修复。相比之下,TJ复合物在细胞边缘的最终重组与屏障修复同时发生。IR后1天出现明显的炎症反应,并在4周内逐渐消退。炎症反应包括粒细胞和Ly6C+经典炎性单核细胞的快速短暂浸润,Ly6Cneg单核细胞/巨噬细胞的缓慢积累,以及驻留小胶质细胞的活化、增殖和动员。大多数CD45+白细胞的渗出发生在浅层血管丛。单核细胞/巨噬细胞的存在和小胶质细胞数量的增加持续到iBRB最终修复。损伤后1周使用米诺环素干预以逆转小胶质细胞活化,促进iBRB早期修复,同时小胶质细胞M1标志物TNF-α、IL-1β和Ptgs2(Cox-2)的mRNA表达降低,分泌型丝氨酸蛋白酶抑制剂Serpina3n mRNA表达增加。结论:这些结果表明iBRB修复发生在TJ复合物重组时,且视网膜IR损伤后炎症消退与iBRB修复在功能上相关联。

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
视网膜缺血再灌注损伤后,炎症消退与内血-视网膜屏障修复之间是否存在时间或功能上的关联?
核心机制
IR损伤导致紧密连接蛋白(occludin)磷酸化、ZO-1、claudin-5等蛋白含量减少及TJ复合物紊乱,屏障修复依赖于TJ复合物的重组,而非单纯蛋白含量恢复;炎症消退与iBRB修复在时间上同步,米诺环素抑制M1型小胶质细胞标志物表达并促进屏障修复,提示二者功能相关。
主要证据
小鼠IR模型中,TJ蛋白含量在损伤后2天内恢复,但屏障在3-4周才修复,且修复时TJ复合物重新组织;米诺环素在损伤后1周开始治疗,7天后显著降低血管渗漏,并降低TNF-α、IL-1β、Cox-2 mRNA表达。
研究意义
研究提示促进炎症消退可能成为修复血-视网膜屏障的治疗策略,但需进一步验证。

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

建立视网膜IR模型

模拟缺血性视网膜病变,诱导稳定的损伤以研究后续过程。

通过升高眼压至85-95 mmHg维持90分钟,再灌注,对侧眼仅穿刺作为假手术对照。

2

评估神经退行性变

确定IR损伤后神经元死亡和视网膜厚度变化的时间过程。

使用SD-OCT测量视网膜厚度,通过DNA碎片分析和TUNEL染色评估细胞凋亡。

3

评估血管通透性和TJ蛋白变化

评估屏障破坏的时间过程并探讨TJ蛋白在其中的作用。

通过FITC-BSA和sulfo-NHS-biotin注射测量血管渗漏,Western blot检测TJ蛋白含量,免疫荧光评估TJ连续性。

4

评估血管重塑

排除血管分流或修剪作为屏障修复机制的可能性。

通过共定位分析评估灌注血管面积和内皮覆盖,计算空血管鞘密度。

5

分析免疫细胞反应

表征IR损伤后视网膜内免疫细胞动态变化。

使用流式细胞术和免疫荧光定量不同免疫细胞群体(微胶质细胞、粒细胞等)随时间的变化。

6

谱系追踪小胶质细胞

区分驻留小胶质细胞与浸润单核细胞,并追踪其增殖和迁移。

使用CX3CR1-CreERT2; mT/mG小鼠,他莫昔芬诱导重组,追踪GFP+小胶质细胞。

7

米诺环素干预治疗

检验抑制小胶质细胞活化是否能促进血管屏障修复。

在IR后7天开始每日腹腔注射米诺环素或生理盐水,在14天时测量血管渗漏,并检测炎症基因表达。

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。

验证分子表达变化
评估体内效果
数据分析与统计

产品清单

实验环节名称品牌货号
33号针头----
Tonolab回弹式眼压计----
Envisu R2200 谱域光学相干断层扫描仪Bioptigen--
细胞死亡检测ELISA试剂盒Roche--
Click-iT™ Plus TUNEL检测试剂盒Thermo Fisher Scientific--
抗RBPMS抗体GeneTexGTX118619
Leica TCS SP5共聚焦显微镜Leica--
FITC标记牛血清白蛋白Sigma--
EZ-link 磺基-NHS-生物素Thermo Fisher--
抗CD31/PECAM1抗体BD Bioscience553370
抗ZO-1抗体Millipore SigmaMABT11
得克萨斯红链霉亲和素Vector LabSA-5006
抗IV型胶原抗体Millipore-SigmaAB756P
抗claudin-5抗体Abcamab131259
抗occludin pS490抗体in house--
抗总occludin抗体Thermo Fisher71-1500
抗ZO-1抗体MilliporeMABT11
抗ZO-2抗体Cell Signaling Technologies2847
抗β-肌动蛋白抗体Cell Signaling Technologies3700
抗CD45抗体BD Biosciences550539
异凝集素GS-B4 Alexa Fluor 647Thermo Fisher ScientificI32450
Alexa Fluor 488标记驴抗大鼠Jackson Immunoresearch712-545-150
抗Iba-1抗体Wako Pure Chemical Industries019-19741
抗Ki67抗体Thermo Fisher14-5698-82
抗CD11b抗体Thermo Fisher14-0112-82
抗GFP抗体Thermo FisherA21311
异凝集素IB4Thermo FisherI21411
PerCP-Cy5.5偶联抗CD11bThermo Fisher550993
APC-Cy7偶联抗CD45Thermo Fisher557659
PE偶联抗Ly6CThermo Fisher12-5932-80
FITC偶联抗Ly6GThermo Fisher11-5931
PE偶联抗CD31Thermo Fisher561073
AF488偶联IB4Thermo FisherI21411
LSRII流式细胞仪BD Biosciences--
FlowJo软件Tree Star Inc.--
Imaris软件Bitplane--
Prism 7Graphpad Software--

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
视网膜IR模型的建立
缺血时间90分钟,眼压85-95 mmHg,麻醉和眼压监测方法
阅读提示:Methods: Ischemia-reperfusion model
血管通透性测量
FITC-BSA注射剂量和循环时间(200 mg/kg,2小时)
阅读提示:Methods: Measures of vascular permeability
TJ蛋白分析
Western blot使用的抗体及其稀释比例,时间点(4h,1d,2d,1w,2w,4w)
阅读提示:Methods: Western blotting, Results: Figure 4
免疫细胞分析
流式细胞术的门控策略和标记抗体组合(CD45, CD11b, Ly6C, Ly6G)
阅读提示:Methods: Flow cytometry analysis
米诺环素干预
给药剂量(50 μg/g体重,腹腔注射)、开始时间(IR后7天)、持续时间(7天或3天)
阅读提示:Methods: Results: Intervention treatment with minocycline