在体定量配体与神经元结合的方法

《Journal of Neuroscience Methods》:A method to quantify ligand-neuron binding in vivo

【字体: 大 中 小 】 时间:2026年09月28日 来源:Journal of Neuroscience Methods 2.5

编辑推荐:

   •首个使用视网膜眼球杯(eyecup)的离体配体-神经元结合方法。•唯一一种利用视网膜结构的体内配体-神经元结合检测。•消除神经元分离步骤,实现准确的配体-神经元结合分析。•通过配体组学(ligandomics)识别治疗性神经元配体。•允许在视网膜疾病模型中研究配体-神经元相

  
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    首个使用视网膜眼球杯(eyecup)的离体配体-神经元结合方法。
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    唯一一种利用视网膜结构的体内配体-神经元结合检测。
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    消除神经元分离步骤,实现准确的配体-神经元结合分析。
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    通过配体组学(ligandomics)识别治疗性神经元配体。
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    允许在视网膜疾病模型中研究配体-神经元相互作用。

引言

细胞表面受体与分泌型配体之间的相互作用使神经元能够解读胞外信号并调控神经发生、细胞命运决定、突触可塑性以及细胞存活(Baumann et al., 2025, El Ouaamari et al., 2023, Seiradake et al., 2016, Stansberry and Pierchala, 2023)。在视网膜这一高度有序、多层的神经组织中,精确的配体-受体信号传导对于维持神经元稳态和协调视网膜环路之间的活动至关重要(Hoon et al., 2014, Lam and Ayoub, 2025, Pe?a and Vazquez, 2022, Tempone et al., 2024)。尤其是视网膜神经节细胞(RGCs),依赖于多种神经营养因子来维持其结构和功能完整性(Abraham and Telias, 2025, Boia et al., 2020, Foldvari and Chen, 2016)。尽管脑源性神经营养因子(BDNF)、睫状神经营养因子和神经生长因子等神经营养配体已被评估用于神经保护,但临床疗效有限(Fedotcheva and Shimanovsky, 2025, Fudalej et al., 2021)。一个主要障碍是缺乏系统方法来鉴定与疾病相关的神经营养配体——尤其是那些其受体在受应激神经元上发生上调的配体。传统的生物化学和遗传学方法往往无法捕捉此类具有疾病选择性的配体-受体相互作用。
为克服这些挑战,我们近期开发了配体组学(ligandomics),一种平台技术,能够通过直接配体-细胞结合实现对疾病选择性配体的无偏倚、大规模发现(Li et al., 2018, Waduge et al., 2022)。将该平台应用于眼部血管疾病后,鉴定出分泌颗粒蛋白III(SCG3)作为一种具有疾病选择性的促血管生成因子,其对病理性血管的结合力增加(Ji et al., 2022b, LeBlanc et al., 2017)。随后开发的抗SCG3单克隆及人源化抗体在多个动物模型中展现出稳健的治疗效果(Dai et al., 2022, Ji et al., 2022a)。
将配体组学拓展至神经系统组织面临额外挑战。神经元嵌入在密集的胶质细胞网络中,使得区分神经元特异性配体结合与胶质细胞相互作用十分困难。为初步应对这一局限性,我们近期建立了使用分离的RGCs进行离体配体组学的方法(Waduge et al., 2025)。然而,神经元分离会破坏天然细胞表面受体,可能改变配体结合特性并限制生理相关性。这些挑战凸显了开发一种保留完整神经元微环境的配体-神经元结合检测的必要性。
在此,我们引入了一种基于玻璃体的体内配体结合(vIVLB)检测方法,该检测能够在未经酶消化解离细胞的情况下,在活体小鼠中测量配体-神经元相互作用。这一策略利用了视网膜的独特结构,即RGC层紧邻玻璃体层,允许直接接触神经元表面。作为测试配体,我们使用了VEGF——一种特征明确的促血管生成因子,同时具有促进神经元存活和轴突生长的神经营养分子功能(Foxton et al., 2013, Froger et al., 2020, Sondell et al., 2000)。利用展示VEGF的克隆T7噬菌体(VEGF-Phage)——类似于配体组学中使用的那种格式——我们优化了体内结合条件,展示了空间限制性及RGC优先的配体结合特征,并直接比较了体内、离体和植入式方法的灵敏度。最后,我们讨论了vIVLB与配体组学的整合如何能够加速疾病选择性神经营养因子的发现,并推动有效神经保护疗法的发展。

章节摘要

动物

从杰克逊实验室获得成年C57BL/6J小鼠(品系编号#000664,7周龄,雌雄比例平衡)。Vglut2-Cre小鼠(Vglut2启动子下的Cre;纯合子;品系编号#028863)以及tdTomato Ai9小鼠(loxP侧翼的STOP盒阻断tdTomato表达;纯合子;品系编号#007909)也购自杰克逊实验室。通过将Vglut2-Cre小鼠与Ai9小鼠杂交获得Vglut2-Cre;tdTomatof/f小鼠,使tdTomato在Vglut2阳性RGCs中表达(Vong et al., 2011。

基于眼球杯的原位结合

先前的研究使用VEGF-Phage评估了VEGF与分离的原代RGCs的相互作用(Waduge et al., 2025);然而,分离过程中的酶消化解离会破坏天然细胞表面受体,可能改变配体结合特性。为保留受体完整性,我们开发了一种使用新鲜分离的具有完整视网膜的眼球杯进行的原位VEGF-Phage结合检测。眼球杯在存在或不存在阿柏西普(aflibercept)的情况下与VEGF-Phage孵育,以区分特异性结合与非特异性结合。

讨论

神经元配体——尤其是神经营养因子——仍然是神经退行性疾病极具吸引力的治疗候选药物(Fedotcheva and Shimanovsky, 2025, Fudalej et al., 2021)。然而,尽管经过数十年的临床前和临床努力,尚无基于配体的神经保护疗法获得监管批准,这主要是由于疗效有限。配体疗法的一个关键前提条件是在目标神经元上表达足够的同源受体。当受体表达降低时——

结论

我们建立了一种基于玻璃体的体内VEGF-Phage结合检测方法,该方法保留了视网膜结构和细胞表面受体完整性,从而实现具有生理相关性的配体-神经元相互作用定量。虽然未作为完全匹配的对照比较进行,但该检测方法实现了显著更高的富集效率,VEGF特异性结合最高达4,790倍——相比离体方法提升了约3,421倍。相比之下,植入式方法实现了约280倍的增强效果。

CRediT作者贡献声明

Avinash Kaur:撰写——初稿、可视化、方法学、调查研究、形式化分析、数据整理。Bojun Zhang:撰写——审阅与编辑、撰写——初稿、可视化、方法学、调查研究、形式化分析、数据整理。Han Bao:调查研究、数据整理。Benjamin J. Frankfort:撰写——审阅与编辑、资源提供。Wei Li:撰写——审阅与编辑、撰写——初稿、监督指导、获取资金、概念设计。

伦理声明

本研究按照ARRIVE(动物研究:体内实验报告)指南进行。本研究获得了机构动物护理和使用委员会的批准。(批准编号:AN-8362)

作者贡献

A.K.、B.Z.和H.B.收集、处理并分析了数据。B.J.F.提供了关键试剂。W.L.设计项目方案、获取资金并指导研究。B.Z.和A.K.撰写了论文。W.L.、B.J.F.和H.B.修改了论文。

关于写作过程中生成式AI及AI辅助技术的声明

在本研究的准备过程中,作者使用了Copilot(Microsoft)对文本进行改写和重新表述以增强可读性。在使用该工具后,作者对内容进行了审查和编辑,并对已发表文章的内容承担全部责任。

资金支持

本研究由美国国家卫生研究院(NIH)R01EY037242(W.L.)、R01EY036417(W.L.)、R24EY028764(W.L.)、R21EY035421(W.L.)、R44EY027665(W.L.)、圣殿骑士眼科基金会(Knights Templar Eye Foundation)眼科专项基金(W.L.)、来自防止失明研究组织(RPB)的施泰因创新奖(W.L.)、视网膜研究基金会(W.L.)、NIH P30EY002520,以及RPB向贝勒医学院眼科系提供的机构赠款共同资助。

利益冲突声明

W.L.是LigandomicsRx, LLC和Everglades Biopharma, LLC的联合创始人和股东,且为已授权和待授权专利的发明人。其他所有作者声明不存在经济利益冲突。

致谢

作者感谢Justin Ma提供的技术帮助。
Avinash Kaur|Bojun Zhang|Han Bao|Benjamin J. Frankfort|Wei Li
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