Lgr5阳性无长突细胞再生视网膜神经细胞的分子机制研究

Loss of retinal neurons is the leading cause of blindness. Replenishing lost cells by activating endogenous regenerative sources is an attractive therapeutic approach for vision restoration to patients who suffer from blindness. However, it is commonly believed that the retina in adult mammals lack regenerative capacity. Using a genetic lineage tracing approach, we recently demonstrated that Lgr5 positive amacrine cells, a differentiated retinal interneuron, still have the capacity to regenerate other retinal cell types. The goal of this proposed research is to investigate the molecular mechanisms by which new cells are derived from Lgr5 positive amacrine cells. We will manipulate important players of Lgr5 signaling, cell cycle regulators as well as essential retinal transcription factors by either CRISPR/Cas9-mediated knocking down or over-expression, and then investigate their effects on Lgr5 positive amacrine cell proliferation, differentiation and new cell regeneration. These studies will not only provide novel insights into retinal regeneration, but also point to new therapeutic opportunities for retinal degenerative diseases.

视网膜神经细胞的病变和死亡是导致失明的主要原因之一，利用内源的具备再生功能的细胞对缺失的视网膜神经细胞进行修复是使失明患者重新获得视力的理想手段。然而，目前人们普遍认为哺乳动物的视网膜不具备再生功能。最近我们采用体内细胞谱系追踪技术，发现Lgr5阳性无长突细胞，一种分化的视网膜中间神经元，在成体小鼠中仍具备再生其它视网膜神经细胞的能力。但是神经细胞是如何再生的仍不清楚。本项目旨在进一步研究调节Lgr5阳性无长突细胞再生视网膜神经细胞的分子机制。我们将在体内细胞谱系追踪的基础上，利用病毒为载体，采用条件性过表达和CRISPR/Cas9介导的基因敲除的实验手段，改变Lgr5阳性无长突细胞的信号通路、细胞周期调控分子、以及重要转录因子；以进一步研究其对细胞分裂、分化、以及视网膜神经细胞再生的影响。该研究将加深我们对视网膜神经细胞再生的理解，并为开辟新的临床治疗手段提供科学理论依据。

Lgr5阳性无长突细胞是视网膜中的一类高度分化的中间神经元。我们前期的研究发现，这些神经细胞能够在成年小鼠的视网膜中转化为其他神经元，包括双极细胞和水平细胞，说明这些神经细胞具备一定的再生潜能。本项目在立项时拟从以下三个方面研究Lgr5阳性无长突细胞再生视网膜中其他神经细胞的分子机制：1）Lgr5信号通路是否参与Lgr5阳性无长突细胞再生其他视网膜神经细胞。2）通过改变Rb家族负责调控细胞周期的基因是否可以诱导Lgr5阳性无长突细胞进行分裂。3）能否通过细胞命运重编程的手段将Lgr5阳性无长突细胞转化成为其他视网膜神经细胞。在过去的四年中，我们在第三个研究内容方面取得了突破性进展。我们发现，通过在Lgr5阳性无长突细胞中表达重要转录因子基因的方式， 这些神经细胞能够被诱导转化成为视网膜中的其他神经细胞类型，包括感光细胞和神经节细胞。由Lgr5阳性无长突细胞再生的视网膜神经节细胞能够长距离向大脑中负责视觉的神经核团生长轴突，并能够将视觉信号传递到大脑中的下游神经元。我们认为其他视网膜神经细胞类型也具备再生潜能，并成功地利用Prokr2阳性错位无长突细胞再生了视网膜神经节细胞。另外，我们还发现，即使在视网膜中原有的神经节细胞完全损伤的情况下，再生的神经节细胞仍然能够长距离向大脑生长轴突，重建眼睛和大脑之间的神经环路。这些研究为将来在临床上利用类似手段使失明病人重新恢复视力提供了实验基础。