LCN2介导的M1型astrocyte在视网膜缺血/再灌注损伤后视功能障碍中的作用研究

Intervention measures which only compete against the mechanisms of neuronal injury in retinae can not recover the degenerated visual function following retinal ischemia/reperfusion (I/R) injury. We previously found that the degenerated visual function preceded the I/R induced neuronal death in retinae, which accompanied the synaptic remodeling on the visual signal pathway. And the activated astrocytes mediated these events. Previous studies from other groups indicated that the activated astrocytes can present dual function—neurotoxic effect (M1) and neuroprotective effect (M2). Further explorations showed that the activated astrocytes presented the neurotoxic effect(M1) following retinal I/R injury. Meanwhile, the key molecule for phenotypic polarization of M1 astrocytes，lipocalin-2 (LCN2), up-regulated. We speculate that LCN 2 induced phenotypic polarization of M1 astrocytes mediates the synaptic remodeling and visual dysfunction following retinal I/R injury, which may be one of the key reasons for the visual dysfunction following retinal I/R injury. The present study will investigate the roles and the potential molecular mechanisms of LCN2 induced phenotypic polarization of M1 astrocytes in the synaptic remodeling and visual dysfunction following retinal I/R injury. We try to provide new evidences to retinal repair strategies for better visual function recovery on intervention time points and new targets.

视网膜缺血/再灌注损伤后干预措施仅仅针对视网膜神经元损伤机制不足以恢复受损的视功能。我们的前期研究发现:在缺血/在灌注损伤后早期，视网膜神经元之间突触结构、功能蛋白表达异常，并伴随着视功能的退化。活化的星形胶质细胞参与调控了这一过程。以往的研究表明:星形胶质细胞活化可呈现出不同的功能极化表型，主要为神经毒性型(M1型)和神经保护型(M2型)。进一步发现视网膜缺血/再灌注损伤后早期星形胶质细胞以M1型为主，且伴随着介导其M1型功能表型极化的关键分子lipocalin-2(LCN2)的表达上调。我们推测:LCN2介导的M1型星形胶质细胞调控了视网膜缺血/再灌注损伤后早期视网膜神经元之间突触的重塑，这可能 是造成视功能障碍的重要原因之一。本项目将探索LCN2介导的星形胶质细胞功能表型极化在视网膜缺血/再灌注损伤后突触重塑和视功能障碍中的作用及机制，为相关疾病视功能恢复提供新的干预时间和靶点。

过度的神经炎症反应是造成缺血/再灌注（retinal ischemia–reperfusion, RI/R）后视网膜神经损伤的重要原因之一。既往研究发现：原位胶质细胞的促炎表型极化、血-神经屏障破坏以及外周免疫细胞浸润可能是中枢神经系统损伤和疾病情况下发生过度神经炎症反应的驱动因素。然而上述事件是否在RI/R损伤中扮演重要角色仍未可知。本项目中，我们首先探索了RI/R损伤后不同时间点（2、6、12小时和 1、3、7天）视网膜小胶质细胞和星形胶质细胞功能表型的时空变化。结果显示：RI/R损伤后早期，胶质细胞促炎表型（MHC-Ⅱ、补体C3）与（Arg1、S100A10）抗炎表型标记物的表达均显著增加。进一步数据分析发现：促炎表型标记物蛋白水平上调的幅度明显高于抗炎表型标记物，这提示RI/R损伤后早期视网膜中胶质细胞有整体向促炎表型转变的趋势。进一步发现，RI/R损伤后早期血视网膜屏障出现破损、外周浸润的单核/巨噬细胞和淋巴细胞数量明显增多。以往的研究表明：促炎胶质细胞、血视网膜屏障破坏和外周免疫细胞浸润三者间可以相互促进。因此，我们推测RI/R损伤后早期，视网膜中可能存在一个由“促炎胶质细胞——血视网膜屏障破坏——外周免疫细胞浸润”三个事件形成的恶性循环，共同驱动了损伤后过度的神经炎症反应。通过转录组学分析，我们发现：在RI/R损伤后，脂质转运蛋白LCN2是上调最明显的炎症相关基因之一。进一步的研究显示：敲低LCN2可以抑制RI/R损伤后早期小胶质细胞的促炎表型极化，促进星形胶质细胞向抗炎表型转变，同时减少血视网膜屏障破坏和外周免疫细胞浸润。这些结果说明LCN2可能是调控RI/R损伤后视网膜中炎症恶性循环的关键分子。最后，我们发现敲低LCN2减少了RI/R损伤后视网膜神经节细胞（RGCs）的丢失并保护了视功能。综上所述，本项目揭示了RI/R损伤后早期视网膜中“胶质细胞促炎表型极化——血视网膜屏障破坏——外周免疫细胞浸润”这一恶性循环可能是发生过度神经炎症反应的重要驱动因素，明确了LCN2是调控这一循环的关键分子。我们的结果为今后RI/R损伤的治疗提供了新的治疗思路和干预靶点。

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