形觉剥夺性弱视的外周机制：先天性白内障视网膜神经元环路发育

Deprivation amblyopia initiated from congenital cataracts is the major cause of pediatric blindness worldwide. Until now, the peripheral nervous systems (PNS) of mechanism of deprivation amblyopia in retina, remains unclear. In the pilot study, we have noted changes of retinal structure and function in congenital cataract patients clinically. In this project, we are going to conduct a series of studies in a larger sample size of pediatric cataracts and in the animal models. The purpose of our project is to explore effect of the visual pathway reconstruction on the development of retinal neuronal circuit, to provide a novel thesis for prevention and treatment of deprivation amblyopia. To achieve the goal, this project includes the prospective study of observing the structural and functional changes of retina in congenital and developmental cataracts after the visual pathway is reconstructed; establishing a variety of deprivation amblyopia animal models, including congenital cataracts; recording the in vivo retinal variation by OCT and ERG in patients and animal models; recording the changes of electroretinal signal and discharge characteristics of retinal ganglion cells via retinal whole-mounts, immunofluorescence, electron microscopy and multi electrode array; observing synaptic connections between photoreceptors, bipolar cells and retinal ganglion cells, and the changes of neurotransmitters like NOS and GABA.

先天性白内障导致形觉剥夺性弱视是全球范围内儿童致盲的主要原因。当前对其发病的视网膜外周机制仍未知晓。申请人在前期临床研究中，初步观察到患儿视网膜结构和功能的变化。本项目拟进行大样本临床患儿群体和动物模型研究。包括前瞻性研究不同混浊程度先天性和发育性、单眼和双眼白内障患儿视觉通路重建前后视网膜结构和功能以及视功能和眼球发育变化；建立先天性白内障等多种不同程度形觉剥夺性弱视动物模型并观察视觉通路重建前后的变化。通过OCT、ERG评估患儿和活体动物视网膜变化，通过动物视网膜铺片、免疫荧光、免疫示踪和电镜检查等，观察光感受器、双极细胞和视网膜神经节细胞及其突触联系以及神经递质NOS和GABA等的变化，通过多电极阵列记录视网膜场电位和神经节细胞放电特征，探索视觉通路重建对视网膜神经元环路发育的作用，为防治形觉剥夺性弱视的防治提供新的思路。

先天性白内障严重威胁儿童视觉发育，经手术治疗后依旧会残留视功能损伤，相关机制仍不清楚。我们的临床研究发现先天性白内障对视网膜的结构和功能有影响。为了进一步了解相关机制，我们进行了此项研究。我们通过SD-OCT和f-ERG在活体动物中的研究发现了早期形觉剥夺对于视杆系统功能、双极细胞和Muller细胞功能的影响，并进一步发现在解除形觉剥夺后，受影响的功能在一定程度上得到了恢复，存在可恢复性。同时，发现形觉剥夺造成了动物模型内层视网膜的变薄，并且影响的主要是内丛状层、内核层、外丛状层和外核层，并且不会随着形觉剥夺的解除而恢复。为了进一步了解分子机制，我们利用GJA8基因敲除的兔先天性白内障模型进行了视网膜蛋白质组学和代谢组学研究。对四维无标签定量蛋白质组数据的生物信息学分析显示，7周龄的先天性白内障兔视网膜中视黄醇代谢、氧化磷酸化和脂肪酸降解途径被下调，表明其视循环和线粒体功能受到影响。靶向蛋白组学和蛋白免疫印迹实验验证了蛋白质组学的结果。非靶向代谢组分析显示，先天性白内障兔视网膜中的脂肪酸或糖类代谢没有明显紊乱，而抗氧化剂谷胱甘肽和抗坏血酸的明显上调。因此，我们认为先天性白内障尽管影响了视网膜线粒体功能相关蛋白，但短期内尚未造成严重的线粒体损伤。我们的发现为先天性白内障引起视功能损害的分子机制提供了新的见解。我们还利用不同不透明度的聚（二甲基硅氧烷）-SiO2 薄膜（PSF）作为 IOL 材料建立了一种新的基于模拟白内障人工晶状体的形觉剥夺性弱视动物模型，对未来不同程度形觉剥夺的实验研究具有很大的潜力。