引用本文: 于波, 张晓敏, 王梅艳, 苏畅, 蒋元丰, 刘勋, 李筱荣. 小鼠视网膜激光损伤早期组织功能学变化与单核细胞趋化蛋白动态表达关系的研究. 中华眼底病杂志, 2014, 30(5): 495-499. doi: 10.3760/cma.j.issn.1005-1015.2014.05.017 复制
视网膜激光损伤后早期炎症细胞聚集,产生视网膜急性炎症。单核细胞趋化蛋白(MCP-1)为趋化因子家族的一员,是特异性趋化单核细胞的蛋白,可介导炎症反应并参与多种疾病的发生发展[1]。为探讨MCP-1 的表达与视网膜激光损伤早期组织损害进展的关系,我们观察了视网膜激光损伤早期组织功能改变以及MCP-1基因和蛋白表达的动态变化。现将结果报道如下。
1 材料和方法
健康C57BL/6小鼠116只,鼠龄6~8周,体重15~18 g,雌性,无特定病原体级。饲养方法遵照视觉与眼科学研究协会关于眼科和视觉研究饲养和使用动物标准。
所有小鼠屈光间质清晰,眼底检查无异常。采用随机数字表法将小鼠分为正常组、激光损伤组,均为58只。正常组小鼠不做任何处理。激光损伤组小鼠以500 mg/kg剂量腹腔注射5%水合氯醛麻醉,右眼复方托吡卡胺滴眼液散瞳后,采用多波长氪离子激光机NOVUS OMNI(美国Coherent公司)进行激光光凝,激光参数:波长647 nm,输出功率100 mW,曝光时间100 ms。每只小鼠右眼造成20个激光斑,每个激光斑距视盘两个视盘直径以上,相互之间距离至少一个激光斑直径,且避开眼底大血管。
激光损伤后0、2、6 d随机选择对照组及激光损伤组小鼠各10只置于暗室中过夜,第2天行视网膜电图(ERG)检测。(1)暗适应ERG:在暗室中微弱暗红光下,5%水合氯醛腹腔注射麻醉,右眼复方托吡卡胺滴眼液散瞳,0.4%盐酸奥布卡因滴眼液表面麻醉,1%羧甲基纤维素纳滴眼液保护角膜。小鼠俯卧放置于实验台上,银丝环形正电极置于右眼前接触角膜,针状负电极置于两眼之间的枕后皮下,针状接地电极置于小鼠尾部皮下。光刺激器提供闪光,参数如下:白光,时间2.92 ms,强度3.0 cd·s/m2,间隔10 s,重复测量5次。(2)明适应ERG:在背景光强度30 cd/m2下进行明适应5 min。光刺激器提供闪光,参数与暗适应ERG相同。测量a、b波振幅。
激光损伤后1(T1)、3(T3)、7(T7) d,随机选取正常组和激光损伤组小鼠各3只,断颈法处死并摘取右侧眼球,10%福尔马林固定,常规脱水,石蜡包埋。经视盘矢状径进行连续切片,切片厚度3 μm,行常规苏木精-伊红(HE)染色。光学显微镜下观察视网膜组织结构并拍照。
实时定量聚合酶链反应(PCR)检测MCP-1基因相对表达量。激光损伤后T1、T3、T7分别处死正常组与激光损伤组小鼠各8只,取右侧眼球。利用Trizol(美国Invitrogen公司)提取眼球总RNA,Nanodrop2000分光光度计(美国Thermo公司)测定RNA浓度及纯度。根据逆转录试剂盒(美国Thermo公司)说明书进行逆转录。将甘油醛-3-磷酸脱氢酶引物(上游5′-TGTGTCCGTCGTGGATCTGA-3′,下游5′-CCTGCTTCACCACCTTCTTGA-3′)、MCP-1引物(上游 5′-CAGGTCCCTGTCATGCTTCTG-3′,下游 5′-GAGCCAACACGTGGATGCT-3′),Sybgreen(瑞士Roche公司)和cDNA按一定比例以8 μl体系加入384孔板中,每个样本设3个副孔,7900HT快速实时定量聚合酶链反应(PCR)系统(美国Applied Biosystems公司)进行测定,并根据溶解曲线确定测定的特异性。采用△△Ct方法进行数据处理,计算MCP-1 基因相对表达量。
蛋白质免疫印迹法(Western blot)检测MCP-1蛋白表达。激光损伤后T1、T3、T7分别处死正常组与损伤组小鼠各5只,取右侧眼球,加入预冷的组织蛋白裂解液,匀浆并离心以提取眼球总蛋白。测定蛋白量后,将等量蛋白十二烷基酸钠(SDS)上样缓冲液,煮沸5 min。 应用湿式电转移法经SDS凝胶电泳转到聚偏二氟乙烯膜。室温封闭,兔抗鼠MCP-1一抗(1 ∶2000,英国Abcam公司)4℃孵育过夜,洗膜缓冲液(TBST)清洗3次,羊抗兔二抗(1 ∶2000,美国Cell Signaling Technology公司)室温孵育1 h,TBST清洗3次,暗室内显色曝光扫描,β-肌动蛋白(β-actin)为内参。采用Gene Tools图像分析软件测定条带灰度值,以目的条带灰度值与β-actin灰度值的比值反映目的蛋白的表达。
采用SPSS 21.0统计学软件进行统计分析处理。每个时间点组间比较采用独立样本t检验; 不同时间点间激光损伤组的多重比较采用单因素方差分析辅以Bonferroni事后检验。P<0.05为差异有统计学意义。
2 结果
ERG检测结果显示,激光后损伤后T1、T3、T7,正常组、激光损伤组小鼠暗适应a(t=6.998、9.594、13.778)、b波(t=12.089、13.310、21.989)振幅比较,差异有统计学意义(P=0.000)(图 1A,1B)。激光损伤后T1,正常组、激光损伤组明适应a波振幅比较,差异无统计学意义(t=2.659,P=0.200),b波振幅比较,差异有统计学意义(t=8.844,P=0.000);T3、T7,两组明适应a(t=3.076、7.544)、b波(t=10.418、8.485)振幅比较,差异均有统计学意义(P=0.000)(图 1C,1D)。

激光损伤组暗适应a波振幅,T1与T3(t=3.773)、T1与T7(t=5.070)比较,差异有统计学意义(P<0.01),T3与T7比较,差异无统计学意义(t=1.297,P=0.660);b波振幅,T1与T7比较,差异有统计学意义(t=4.762,P=0.000); T1与T3(t=2.236)、T3与T7(t=2.526)比较,差异无统计学意义(P=0.120、0.060)。明适应a波振幅,T1与T7比较,差异有统计学意义(t=2.991,P=0.020);T1与T3(t=0.516)、T3与T7(t=2.475)比较,差异均无统计学意义(P=1.000、0.710);b波振幅,T1与T3(t=3.570)、 T1与T7(t=4.989)比较,差异均有统计学意义(P<0.01),T3与T7比较,差异无统计学意义(t=1.419,P=0.070)。
光学显微镜观察,正常组小鼠视网膜各层组织结构完整,未见异常改变。激光损伤组小鼠激光损伤后T1,视网膜色素上皮(RPE)层局限性增厚隆起,神经上皮各层均向玻璃体腔方向隆起,外核层可见细胞核排列紊乱,部分核缺失;T3,外核层局部出现全层缺损,部分内核层细胞核向外核层缺损部位迁移,可见炎症细胞浸润;7T,内核层细胞核及RPE层色素细胞向外核层缺损处迁移增多,炎症反应减轻(图 2)。

实时定量PCR检测结果显示,激光损伤组小鼠激光损伤后T1、T3、T7,MCP-1基因相对表达量分别是正常组小鼠的 8.12、18.35、4.98倍。与正常组小鼠MCP-1 基因相对表达量比较,差异均有统计学意义(t=14.329、16.861、5.743,P<0.05)。激光损伤后不 同时间点,激光损伤组MCP-1基因相对表达量两两比较,差异均有统计学意义(F=90.532,P<0.05)(图 3)。
Western blot检测结果显示,激光损伤组小鼠激光损伤后T1、T3、T7 ,MCP-1蛋白表达量分别是正常组小鼠的2.2、3.16、1.72倍。与正常组小鼠MCP-1蛋白表达量比较,差异均有统计学意义(t=75.068、54.145、14.653,P<0.05)。激光损伤后不同时间点,激光损伤组MCP-1蛋白表达量两两比较,差异均有统计学意义(F=602.464,P<0.05)(图 4)。

3 讨论
视网膜激光损伤是一个复杂的病理过程,涉及急性炎症反应、神经细胞凋亡、胶质细胞增生迁移及瘢痕形成等[2];如激光能量较大,损伤较重,还会伴随脉络膜新生血管(CNV)的形成[3]。因此常用于研究视网膜炎症、老年性黄斑变性、视网膜色素变性以及视网膜营养不良的致病机制及可能的治疗方法研究[4-6]。目前已有视网膜激光损伤60 d以上的长期报道[7],病理观察视网膜组织学、功能学变化,并检测其间MCP-1的表达变化,寻求MCP-1的表达与炎症反应及组织破坏进行性发展之间的关系。本研究主要观察激光损伤后1~7 d即损伤后早期视网膜组织学、功能学变化及MCP-1基因和蛋白的动态表达情况,初步探讨两者之间的关系。结果显示,激光损伤后视网膜组织结构紊乱,炎症细胞浸润,光感受器细胞减少以及外核层缺损进行性扩大;视网膜功能逐渐下降,到后期趋于平稳,T7明暗适应各波振幅与T3比较,差异无统计学意义。说明激光损伤范围随时间延长逐渐扩展。损伤后1~3 d,组织破坏进展明显,外核层缺损范围迅速扩大,功能上各波振幅下降明显,但3~7 d,外核层全层缺损直径变化不如之前显著,各波振幅下降均不明显,与组织学结果一致。在早期急性炎症过程中,MCP-1基因与蛋白表达在损伤后T1显著增高,T3达到高峰,T7表达水平低于T1,接近正常。
到目前为止,与视网膜激光损伤病理改变及治疗相关的一些因子,如血管内皮生长因子、肝细胞生长因子及其受体、趋化因子受体已有较深入地研究[8-10],但仍有许多可能的重要靶点还未引起关注。MCP-1也被称为CCL2,是CC趋化因子家族的一员,属趋化因子超家族。人MCP-1由76个氨基酸组成,相对分子质量为13×103。单核和(或)巨噬细胞是其主要来源,上皮细胞、成纤维细胞、小胶质细胞等其他细胞均可表达MCP-1[11],但生理状态下都呈低表达。其受体主要分布于单核和(或)巨噬细胞表面[12]。在炎症状态下,炎症部位细胞高表达MCP-1,会趋化大量单核细胞迁入血管内膜下,活化为巨噬细胞向炎症部位迁移并发挥作用。在眼内正常情况下,视网膜神经上皮层及RPE层表达少量的MCP-1[13]。随着年龄增长或是受到损伤,MCP-1表达增多[14]。已有研究表明,激光损伤导致CNV的模型中有MCP-1高表达,并且导致大量单核和(或)巨噬细胞聚集在视网膜中,这也是影响CNV形成与发展的因素[15]。也有研究表明,炎症反应中各种炎症因子及相应炎症细胞的聚集在糖尿病视网膜病变中起到关键作用,被证实与糖尿病视网膜病变发展有一定关联[16, 17]。
本研究结果显示,激光损伤后1~3 d组织破坏、功能下降均是进展速度最快的时期,而MCP-1的表达也在损伤3 d达到高峰,此后组织功能学变化减慢,趋于稳定状态,MCP-1表达也下降,损伤后7 d,蛋白表达与正常组接近。有研究表明,MCP-1表达增高会伴随大量视网膜内单核和(或)巨噬细胞的浸润,并活化小胶质细胞,使其分泌更多的致炎因子,从而加速炎症的进展[17]。而在不引起CNV的轻度激光损伤模型中,炎症因子的分泌与炎症细胞的浸润对损伤的进展更是尤为重要。结合本研究结果和相关文献[15-17],我们推测MCP-1与视网膜激光损伤进行性发展、视功能进行性下降之间存在因果关联,MCP-1可能通过影响单核和(或)巨噬细胞的浸润,引起组织损伤程度的加重与神经元的凋亡,使损伤范围扩大,视功能下降。
本研究未对MCP-1进行干预来验证其表达水平与损伤进展间的关系,是本研究工作的不足,有待今后进一步研究证实。
视网膜激光损伤后早期炎症细胞聚集,产生视网膜急性炎症。单核细胞趋化蛋白(MCP-1)为趋化因子家族的一员,是特异性趋化单核细胞的蛋白,可介导炎症反应并参与多种疾病的发生发展[1]。为探讨MCP-1 的表达与视网膜激光损伤早期组织损害进展的关系,我们观察了视网膜激光损伤早期组织功能改变以及MCP-1基因和蛋白表达的动态变化。现将结果报道如下。
1 材料和方法
健康C57BL/6小鼠116只,鼠龄6~8周,体重15~18 g,雌性,无特定病原体级。饲养方法遵照视觉与眼科学研究协会关于眼科和视觉研究饲养和使用动物标准。
所有小鼠屈光间质清晰,眼底检查无异常。采用随机数字表法将小鼠分为正常组、激光损伤组,均为58只。正常组小鼠不做任何处理。激光损伤组小鼠以500 mg/kg剂量腹腔注射5%水合氯醛麻醉,右眼复方托吡卡胺滴眼液散瞳后,采用多波长氪离子激光机NOVUS OMNI(美国Coherent公司)进行激光光凝,激光参数:波长647 nm,输出功率100 mW,曝光时间100 ms。每只小鼠右眼造成20个激光斑,每个激光斑距视盘两个视盘直径以上,相互之间距离至少一个激光斑直径,且避开眼底大血管。
激光损伤后0、2、6 d随机选择对照组及激光损伤组小鼠各10只置于暗室中过夜,第2天行视网膜电图(ERG)检测。(1)暗适应ERG:在暗室中微弱暗红光下,5%水合氯醛腹腔注射麻醉,右眼复方托吡卡胺滴眼液散瞳,0.4%盐酸奥布卡因滴眼液表面麻醉,1%羧甲基纤维素纳滴眼液保护角膜。小鼠俯卧放置于实验台上,银丝环形正电极置于右眼前接触角膜,针状负电极置于两眼之间的枕后皮下,针状接地电极置于小鼠尾部皮下。光刺激器提供闪光,参数如下:白光,时间2.92 ms,强度3.0 cd·s/m2,间隔10 s,重复测量5次。(2)明适应ERG:在背景光强度30 cd/m2下进行明适应5 min。光刺激器提供闪光,参数与暗适应ERG相同。测量a、b波振幅。
激光损伤后1(T1)、3(T3)、7(T7) d,随机选取正常组和激光损伤组小鼠各3只,断颈法处死并摘取右侧眼球,10%福尔马林固定,常规脱水,石蜡包埋。经视盘矢状径进行连续切片,切片厚度3 μm,行常规苏木精-伊红(HE)染色。光学显微镜下观察视网膜组织结构并拍照。
实时定量聚合酶链反应(PCR)检测MCP-1基因相对表达量。激光损伤后T1、T3、T7分别处死正常组与激光损伤组小鼠各8只,取右侧眼球。利用Trizol(美国Invitrogen公司)提取眼球总RNA,Nanodrop2000分光光度计(美国Thermo公司)测定RNA浓度及纯度。根据逆转录试剂盒(美国Thermo公司)说明书进行逆转录。将甘油醛-3-磷酸脱氢酶引物(上游5′-TGTGTCCGTCGTGGATCTGA-3′,下游5′-CCTGCTTCACCACCTTCTTGA-3′)、MCP-1引物(上游 5′-CAGGTCCCTGTCATGCTTCTG-3′,下游 5′-GAGCCAACACGTGGATGCT-3′),Sybgreen(瑞士Roche公司)和cDNA按一定比例以8 μl体系加入384孔板中,每个样本设3个副孔,7900HT快速实时定量聚合酶链反应(PCR)系统(美国Applied Biosystems公司)进行测定,并根据溶解曲线确定测定的特异性。采用△△Ct方法进行数据处理,计算MCP-1 基因相对表达量。
蛋白质免疫印迹法(Western blot)检测MCP-1蛋白表达。激光损伤后T1、T3、T7分别处死正常组与损伤组小鼠各5只,取右侧眼球,加入预冷的组织蛋白裂解液,匀浆并离心以提取眼球总蛋白。测定蛋白量后,将等量蛋白十二烷基酸钠(SDS)上样缓冲液,煮沸5 min。 应用湿式电转移法经SDS凝胶电泳转到聚偏二氟乙烯膜。室温封闭,兔抗鼠MCP-1一抗(1 ∶2000,英国Abcam公司)4℃孵育过夜,洗膜缓冲液(TBST)清洗3次,羊抗兔二抗(1 ∶2000,美国Cell Signaling Technology公司)室温孵育1 h,TBST清洗3次,暗室内显色曝光扫描,β-肌动蛋白(β-actin)为内参。采用Gene Tools图像分析软件测定条带灰度值,以目的条带灰度值与β-actin灰度值的比值反映目的蛋白的表达。
采用SPSS 21.0统计学软件进行统计分析处理。每个时间点组间比较采用独立样本t检验; 不同时间点间激光损伤组的多重比较采用单因素方差分析辅以Bonferroni事后检验。P<0.05为差异有统计学意义。
2 结果
ERG检测结果显示,激光后损伤后T1、T3、T7,正常组、激光损伤组小鼠暗适应a(t=6.998、9.594、13.778)、b波(t=12.089、13.310、21.989)振幅比较,差异有统计学意义(P=0.000)(图 1A,1B)。激光损伤后T1,正常组、激光损伤组明适应a波振幅比较,差异无统计学意义(t=2.659,P=0.200),b波振幅比较,差异有统计学意义(t=8.844,P=0.000);T3、T7,两组明适应a(t=3.076、7.544)、b波(t=10.418、8.485)振幅比较,差异均有统计学意义(P=0.000)(图 1C,1D)。

激光损伤组暗适应a波振幅,T1与T3(t=3.773)、T1与T7(t=5.070)比较,差异有统计学意义(P<0.01),T3与T7比较,差异无统计学意义(t=1.297,P=0.660);b波振幅,T1与T7比较,差异有统计学意义(t=4.762,P=0.000); T1与T3(t=2.236)、T3与T7(t=2.526)比较,差异无统计学意义(P=0.120、0.060)。明适应a波振幅,T1与T7比较,差异有统计学意义(t=2.991,P=0.020);T1与T3(t=0.516)、T3与T7(t=2.475)比较,差异均无统计学意义(P=1.000、0.710);b波振幅,T1与T3(t=3.570)、 T1与T7(t=4.989)比较,差异均有统计学意义(P<0.01),T3与T7比较,差异无统计学意义(t=1.419,P=0.070)。
光学显微镜观察,正常组小鼠视网膜各层组织结构完整,未见异常改变。激光损伤组小鼠激光损伤后T1,视网膜色素上皮(RPE)层局限性增厚隆起,神经上皮各层均向玻璃体腔方向隆起,外核层可见细胞核排列紊乱,部分核缺失;T3,外核层局部出现全层缺损,部分内核层细胞核向外核层缺损部位迁移,可见炎症细胞浸润;7T,内核层细胞核及RPE层色素细胞向外核层缺损处迁移增多,炎症反应减轻(图 2)。

实时定量PCR检测结果显示,激光损伤组小鼠激光损伤后T1、T3、T7,MCP-1基因相对表达量分别是正常组小鼠的 8.12、18.35、4.98倍。与正常组小鼠MCP-1 基因相对表达量比较,差异均有统计学意义(t=14.329、16.861、5.743,P<0.05)。激光损伤后不 同时间点,激光损伤组MCP-1基因相对表达量两两比较,差异均有统计学意义(F=90.532,P<0.05)(图 3)。
Western blot检测结果显示,激光损伤组小鼠激光损伤后T1、T3、T7 ,MCP-1蛋白表达量分别是正常组小鼠的2.2、3.16、1.72倍。与正常组小鼠MCP-1蛋白表达量比较,差异均有统计学意义(t=75.068、54.145、14.653,P<0.05)。激光损伤后不同时间点,激光损伤组MCP-1蛋白表达量两两比较,差异均有统计学意义(F=602.464,P<0.05)(图 4)。

3 讨论
视网膜激光损伤是一个复杂的病理过程,涉及急性炎症反应、神经细胞凋亡、胶质细胞增生迁移及瘢痕形成等[2];如激光能量较大,损伤较重,还会伴随脉络膜新生血管(CNV)的形成[3]。因此常用于研究视网膜炎症、老年性黄斑变性、视网膜色素变性以及视网膜营养不良的致病机制及可能的治疗方法研究[4-6]。目前已有视网膜激光损伤60 d以上的长期报道[7],病理观察视网膜组织学、功能学变化,并检测其间MCP-1的表达变化,寻求MCP-1的表达与炎症反应及组织破坏进行性发展之间的关系。本研究主要观察激光损伤后1~7 d即损伤后早期视网膜组织学、功能学变化及MCP-1基因和蛋白的动态表达情况,初步探讨两者之间的关系。结果显示,激光损伤后视网膜组织结构紊乱,炎症细胞浸润,光感受器细胞减少以及外核层缺损进行性扩大;视网膜功能逐渐下降,到后期趋于平稳,T7明暗适应各波振幅与T3比较,差异无统计学意义。说明激光损伤范围随时间延长逐渐扩展。损伤后1~3 d,组织破坏进展明显,外核层缺损范围迅速扩大,功能上各波振幅下降明显,但3~7 d,外核层全层缺损直径变化不如之前显著,各波振幅下降均不明显,与组织学结果一致。在早期急性炎症过程中,MCP-1基因与蛋白表达在损伤后T1显著增高,T3达到高峰,T7表达水平低于T1,接近正常。
到目前为止,与视网膜激光损伤病理改变及治疗相关的一些因子,如血管内皮生长因子、肝细胞生长因子及其受体、趋化因子受体已有较深入地研究[8-10],但仍有许多可能的重要靶点还未引起关注。MCP-1也被称为CCL2,是CC趋化因子家族的一员,属趋化因子超家族。人MCP-1由76个氨基酸组成,相对分子质量为13×103。单核和(或)巨噬细胞是其主要来源,上皮细胞、成纤维细胞、小胶质细胞等其他细胞均可表达MCP-1[11],但生理状态下都呈低表达。其受体主要分布于单核和(或)巨噬细胞表面[12]。在炎症状态下,炎症部位细胞高表达MCP-1,会趋化大量单核细胞迁入血管内膜下,活化为巨噬细胞向炎症部位迁移并发挥作用。在眼内正常情况下,视网膜神经上皮层及RPE层表达少量的MCP-1[13]。随着年龄增长或是受到损伤,MCP-1表达增多[14]。已有研究表明,激光损伤导致CNV的模型中有MCP-1高表达,并且导致大量单核和(或)巨噬细胞聚集在视网膜中,这也是影响CNV形成与发展的因素[15]。也有研究表明,炎症反应中各种炎症因子及相应炎症细胞的聚集在糖尿病视网膜病变中起到关键作用,被证实与糖尿病视网膜病变发展有一定关联[16, 17]。
本研究结果显示,激光损伤后1~3 d组织破坏、功能下降均是进展速度最快的时期,而MCP-1的表达也在损伤3 d达到高峰,此后组织功能学变化减慢,趋于稳定状态,MCP-1表达也下降,损伤后7 d,蛋白表达与正常组接近。有研究表明,MCP-1表达增高会伴随大量视网膜内单核和(或)巨噬细胞的浸润,并活化小胶质细胞,使其分泌更多的致炎因子,从而加速炎症的进展[17]。而在不引起CNV的轻度激光损伤模型中,炎症因子的分泌与炎症细胞的浸润对损伤的进展更是尤为重要。结合本研究结果和相关文献[15-17],我们推测MCP-1与视网膜激光损伤进行性发展、视功能进行性下降之间存在因果关联,MCP-1可能通过影响单核和(或)巨噬细胞的浸润,引起组织损伤程度的加重与神经元的凋亡,使损伤范围扩大,视功能下降。
本研究未对MCP-1进行干预来验证其表达水平与损伤进展间的关系,是本研究工作的不足,有待今后进一步研究证实。