Herc3缺陷小鼠视网膜退化的性别二态性及其分子机制

《Biology of Sex Differences》：Female sex accelerates retinal neurodegeneration in Herc3-deficient mice

　　

摘要

背景

视网膜退化涉及与其他神经退行性疾病共同的机制，包括线粒体功能障碍、炎症以及通过泛素-蛋白酶体系统（UPS）导致的蛋白质稳态失调。尽管性激素可调节这些通路，但这一性别二态性的分子基础仍知之甚少。*Herc3* 编码一种对蛋白质质量控制至关重要的E3泛素连接酶；我们此前已证明其缺陷可导致进行性视网膜退化，且可能存在性别偏向。因此，本研究探讨了生物学性别对*Herc3*缺陷小鼠模型中视网膜神经退化和视力丧失的影响。

方法

利用CRISPR-Cas9生成的*Herc3*^?/?小鼠，我们进行了光学相干断层扫描（OCT）、眼底照相、视网膜电图（ERG）和组织学检查，以评估与性别相关的解剖和功能差异。采用全转录组RNA测序（RNA-seq）和RT-qPCR来探究其潜在的分子机制。

结果

在15月龄时，OCT成像和组织学分析显示，与雄性相比，*Herc3*^?/?雌性小鼠的外视网膜变薄加速（外视网膜厚度[ORT]，P=0.0069；外核层[ONL]，P=0.0013）。雌性小鼠还表现出随年龄增长眼底斑点积累增多（14–16月龄时P=0.0025），且在12和16月龄时暗光ERG反应显著降低。对退化前（8–10周龄）神经视网膜的全转录组RNA-seq分析发现，*Herc3*^?/?雌性小鼠相较于雄性有143个差异表达基因（DEGs；90个下调，53个上调）。通路分析显示，上调的通路主要与线粒体能量代谢、蛋白质翻译、RNA加工和基因组维持相关，而下调的通路则富集于细胞外基质组织、结构组织发育、脂质/激素代谢和炎症。卵巢切除的*Herc3*^?/?雌性小鼠与完整*Herc3*^?/?雌性小鼠的全转录组RNA-seq分析表明，性激素在雌性突变体中观察到的视网膜退化和小胶质细胞激活的敏感性增强中发挥了作用。老年突变体（14–16月龄）的退化的分子特征表现为神经炎症/小胶质细胞激活增强（*Aif1*、*Cd68*、*Itgam*、*Ccl5*、*Il23a*）、蛋白质稳态失调（*Casp4*、*Tnfrsf10b*、*Tnfrsf1a*）、自噬功能障碍（*Atg12*）以及光感受器身份的丧失（*Nrl*），且这些变化特异性地出现在*Herc3*^?/?雌性小鼠中。

结论

我们的研究证实了雌性性别与加速的视网膜结构和功能退化之间存在强关联。早期转录组改变突出了补偿性应激反应通路的激活，反映了代谢和蛋白质稳态需求的增加，同时伴有组织维护和结构完整性的受损。随着时间推移，这种慢性代谢和蛋白质稳态需求最终导致晚期神经炎症、自噬失败和视网膜细胞死亡。总体而言，这些发现揭示了视网膜退化中性别二态性的分子发病机制，为理解雌性偏向的疾病严重性提供了见解，并发现了潜在的分期特异性治疗窗口。