5月2日，《細胞生物學(xué)雜志》（Journal of Cell Biology）在線發(fā)表了題為《視網(wǎng)膜成體干細胞胚胎起源雙潛能細胞》的研究論文，該研究由中國科學(xué)院上海生命科學(xué)研究院神經(jīng)科學(xué)研究所、腦科學(xué)與智能技術(shù)卓越創(chuàng)新中心何杰研究組完成。該研究采用基于彩虹魚克隆分析，在單細胞水平上揭示了視網(wǎng)膜干細胞在視網(wǎng)膜睫狀邊緣區(qū)的準確定位；同時在邊緣區(qū)中發(fā)現(xiàn)一類目前尚未報道的靜息態(tài)細胞。此外，此研究采用原位細胞譜系追蹤，闡述了視網(wǎng)膜干細胞胚胎發(fā)育的精確細胞譜系，從而揭示視網(wǎng)膜干細胞起源于視泡 (optic vesicle)中間層上皮細胞中的一群雙潛能細胞。此項工作發(fā)現(xiàn)了視網(wǎng)膜干細胞發(fā)育的細胞譜系基礎(chǔ)，為進一步揭示視網(wǎng)膜干細胞發(fā)育的分子機制，最終實現(xiàn)視網(wǎng)膜干細胞微環(huán)境的體外重建提供重要的實驗依據(jù)。
在低等脊椎動物中，視網(wǎng)膜干細胞位于視網(wǎng)膜睫狀邊緣區(qū)中。在低等脊椎動物一生中，例如斑馬魚，視網(wǎng)膜能夠不斷增大。整個終生的視網(wǎng)膜生長就是通過視網(wǎng)膜干細胞的增殖和分化而實現(xiàn)的。在進化的過程中，更高等的脊椎動物，視網(wǎng)膜睫狀邊緣區(qū)細胞產(chǎn)生各種視網(wǎng)膜神經(jīng)元的能力會更弱。但是越來越多的證據(jù)表明，在哺乳動物中，視網(wǎng)膜睫狀邊緣區(qū)細胞仍然具備產(chǎn)生新的神經(jīng)元的潛能，只是在體內(nèi)環(huán)境中，這些潛能被沉默了。其原因目前尚不清晰，這也是神經(jīng)發(fā)育和再生領(lǐng)域一個重大命題。因此，更好地了解低等動物視網(wǎng)膜干細胞的微環(huán)境及其胚胎起源，將更有助于了解高等脊椎動物，如哺乳動物視網(wǎng)膜干細胞沉默的原因，為尋找激活這些干細胞的方法提供重要實驗依據(jù)。
在以往以斑馬魚為模式動物研究視網(wǎng)膜發(fā)育的過程中，發(fā)現(xiàn)眼柄通過外翻發(fā)育成具有中間上皮細胞和外側(cè)上皮細胞的視泡結(jié)構(gòu)，視泡中的中間上皮細胞通過遷移進入外側(cè)上皮細胞，逐漸發(fā)育為視杯結(jié)構(gòu)，而視網(wǎng)膜的干細胞就是來源于這群視泡中間上皮細胞。但是對于視網(wǎng)膜干細胞在視網(wǎng)膜中的具體定位以及胚胎視網(wǎng)膜前體細胞發(fā)育為視網(wǎng)膜干細胞的精確細胞譜系模式尚不清楚。
研究團隊以斑馬魚為模式動物，采用基于彩虹魚的克隆分析，將視網(wǎng)膜干細胞精確定位于視網(wǎng)膜睫狀邊緣區(qū)最外周第二層或第三層細胞。相對于視網(wǎng)膜睫狀邊緣區(qū)中其他視網(wǎng)膜前體細胞，視網(wǎng)膜干細胞的細胞周期比較長。此外，研究團隊還發(fā)現(xiàn)視網(wǎng)膜睫狀邊緣區(qū)最外周第一層細胞是一類完全處于靜息狀態(tài)的新細胞類型。RNA原位雜交實驗表明，它們既不表達視網(wǎng)膜干細胞的分子標記，也不表達或者僅微弱表達視網(wǎng)膜色素細胞相關(guān)的分子標記。關(guān)于這類新的細胞對于視網(wǎng)膜干細胞的維持作用還需要進一步研究。
在準確定位視網(wǎng)膜干細胞的基礎(chǔ)上，研究人員進一步尋找視網(wǎng)膜干細胞的胚胎起源。Kaede是一種光轉(zhuǎn)化蛋白，在405nm激光照射下，能夠由綠色變?yōu)榧t色。將核定位光轉(zhuǎn)化蛋白nls-kaede的mRNA注射到野生型斑馬魚的胚胎中。在視網(wǎng)膜發(fā)育的視泡階段，對表達Kaede蛋白的視泡中間上皮細胞進行單細胞光轉(zhuǎn)化，通過分析由單個上皮細胞衍生的克隆，研究人員發(fā)現(xiàn)：視網(wǎng)膜干細胞只能由視泡中間上皮細胞中一群雙潛能細胞產(chǎn)生；這群雙潛能細胞產(chǎn)生視網(wǎng)膜干細胞的同時產(chǎn)生視網(wǎng)膜色素細胞，是一群細胞周期比較短的細胞。RNA原位雜交實驗表明，這群雙潛能細胞既表達視網(wǎng)膜干細胞的分子標記，也表達視網(wǎng)膜色素細胞的標記。而視網(wǎng)膜視泡中間上皮細胞中的其他細胞則只能產(chǎn)生視網(wǎng)膜色素細胞或者視網(wǎng)膜前體細胞。
此工作在單細胞水平上揭示了視網(wǎng)膜睫狀邊緣區(qū)微環(huán)境中的細胞類型組成及其特征，為深入探究視網(wǎng)膜干細胞微環(huán)境的穩(wěn)態(tài)維持提供了實驗基礎(chǔ)。此外，雙潛能細胞的發(fā)現(xiàn)為深入研究視網(wǎng)膜干細胞胚胎發(fā)育的分子機制提供了細胞譜系基礎(chǔ)，為最終理解視網(wǎng)膜干細胞的產(chǎn)生和維持機制提供可能。
此項工作由助理研究員湯霞和實習(xí)生高嘉男在研究員何杰的指導(dǎo)下完成；課題組的賈新玲協(xié)助完成了重要的RNA原位雜交實驗；研究期間項目還得到了上海生科院健康科學(xué)研究所潘巍峻研究團隊的協(xié)助。該工作獲得國家自然科學(xué)基金（31471042）和青年千人計劃的資助。(轉(zhuǎn)載于生物谷）
