代谢应激导致的光感受器前体细胞移植后早期死亡机制及其对视网膜退行性疾病治疗的意义

本研究针对视网膜退行性疾病治疗中光感受器前体细胞(PRPCs)移植后早期大量丢失的难题，通过单细胞RNA测序(scRNAseq)技术揭示了代谢应激是导致细胞死亡的关键因素。研究人员将人胚胎干细胞(hESC)来源的PRPCs移植至正常和退化的犬视网膜模型，发现线粒体功能障碍和氧化磷酸化通路异常是早期细胞丢失的主因。该研究为优化细胞移植策略提供了重要靶点，对开发视网膜退行性疾病治疗新方法具有重要指导意义。

　　

视网膜退行性疾病如年龄相关性黄斑变性(AMD)和视网膜色素变性(RP)导致不可逆的视力损害，全球数百万人因此失明。虽然干细胞来源的光感受器前体细胞(Photoreceptor Precursor Cells, PRPCs)移植为视力恢复带来希望，但移植后早期大量细胞死亡成为制约疗效的主要瓶颈。究竟是什么原因导致这些充满潜力的治疗细胞在移植后迅速死亡？美国宾夕法尼亚大学兽医学院实验视网膜治疗部门的研究人员通过创新性研究揭开了这一谜团，相关成果发表在《Stem Cell Research & Therapy》上。

研究人员采用多学科交叉方法开展研究：1)建立正常和三种不同基因突变犬视网膜变性模型(rcd1/PDE6B、RHOT4R/+和xlpra2/RPGR)的移植体系；2)使用人胚胎干细胞(hESC)来源的CRX+/tdTomato标记视网膜类器官培养PRPCs；3)开发非侵入性多模态视网膜成像技术监测移植细胞存活；4)应用单细胞RNA测序(scRNAseq)分析移植3天后的细胞转录组特征；5)通过免疫组化验证关键分子变化。

研究结果部分：
背景与挑战：视网膜退行性疾病导致光感受器进行性丢失，hESC或诱导多能干细胞(iPSC)来源的PRPCs移植虽具潜力，但移植后早期大量细胞丢失限制疗效。即使采用免疫抑制方案，移植后第一周内仍出现显著细胞损失。

PRPCs移植后的存活模式：在视网膜退化晚期(仅剩1排外核层细胞)的RHOT4R/+和xlpra2/RPGR犬模型中，移植细胞持续丢失；而在退化中期(保留3排外核层细胞)的xlpra2/RPGR模型中，部分细胞可长期存活并分化为具有光感受器形态的细胞，形成内节段和突触终末。

转录组学发现：单细胞RNA测序揭示移植PRPCs出现显著的代谢重编程，线粒体功能相关通路(氧化磷酸化、ATP合成等)下调，而线粒体功能障碍和sirtuin信号通路上调。RNA速度分析显示移植环境促进光感受器成熟，但伴随强烈应激反应。

宿主视网膜反应：与移植细胞接触的宿主视网膜细胞显示线粒体能量代谢增强但维护能力下降，同时激活免疫炎症反应。微胶质细胞浸润移植区域，主要清除凋亡PRPCs。

免疫组化验证：移植PRPCs显示4-羟基壬烯醛(4-HNE)阳性(氧化应激标志)、ATP5A表达降低(线粒体损伤)、cleaved caspase-3阳性(凋亡)和HMGB1胞质移位(坏死性应激)，而体外培养细胞无此现象。

研究结论与意义：
该研究首次系统阐明了代谢应激是PRPCs移植后早期死亡的关键因素。当细胞从富含营养的培养环境转移到相对贫瘠的视网膜下腔时，线粒体功能紊乱导致能量危机和氧化损伤。研究还发现宿主视网膜状态决定移植结局：保留至少3排外核层细胞的视网膜能支持PRPCs存活和整合，而终末期退化环境则不利于长期存活。

这些发现对临床转化具有重要指导意义：1)提示需要开发针对代谢应激的干预策略，如代谢预处理或缓释营养支架；2)确定了视网膜退行性疾病细胞治疗的最佳干预窗口期(外核层尚未完全退化时)；3)为优化免疫抑制方案提供了新依据。该研究由Raghavi Sudharsan和William A. Beltran*等学者合作完成，融合了干细胞生物学、视网膜病理学和单细胞组学技术，为推进视网膜再生医学奠定了重要基础。