1型脊髓小脑性共济失调（SCA1）小鼠的视网膜形态：不同年龄组的立体形态学分析
《Experimental Eye Research》：RETINAL MORPHOLOGY IN SPINOCEREBELLAR ATAXIA TYPE 1 (SCA1) MICE: A STEREOLOGICAL ANALYSIS ACROSS DIFFERENT AGE GROUPS
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时间：2026年01月19日
来源：Experimental Eye Research 2.7
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本研究通过立体学分析比较了SCA1敲入小鼠与野生型小鼠在6和10月龄的视网膜结构差异，发现SCA1小鼠视网膜层体积、光感受器数量及神经节细胞数量随年龄增长出现进行性减少，结构紊乱，证实该模型可用于视网膜神经退行性研究，并强调视网膜病变在行为或运动缺陷中的重要性。
Olena Yakushko | Jan Cendelin | Zbynek Tonar | Yaroslav Kolinko
捷克查理大学医学院组织学与胚胎学系，比尔森
摘要
Spinocerebellar ataxia 1型（SCA1）不仅影响小脑，还影响视网膜；然而，在SCA1的小鼠模型中，视网膜的病理变化尚未得到充分研究。为填补这一空白，我们对6个月和10个月大的SCA1154Q/2Q敲入小鼠及其健康的SCA12Q/2Q同窝小鼠的视网膜结构进行了全面的立体形态学分析。我们比较了不同基因型在相同年龄阶段的差异，以及同一基因型在不同年龄阶段的差异。通过无偏见的立体形态学方法，我们量化了视网膜总体积、各视网膜层的体积、光感受器总数、杆细胞和锥细胞的数量，以及内核层和神经节细胞层的总细胞数。早在6个月大时，SCA1小鼠就出现了光感受器外段的结构异常和光感受器内外段体积减少的现象。到10个月大时，这些变化进一步加剧，表现为神经节细胞数量减少以及锥细胞在总光感受器中的比例下降。野生型小鼠也表现出与年龄相关的变化，但变化模式和程度不同，这表明正常衰老与SCA1相关的神经退行性病变具有不同的机制。我们的研究结果表明，SCA1小鼠的视网膜重塑与人类患者的改变相似，从而验证了该模型用于研究SCA1对视觉系统影响的可行性。这些结果强调了在解释行为或运动缺陷以及设计未来临床前干预措施时考虑视网膜病理变化的必要性。
引言
Spinocerebellar ataxias（SCAs）是一组常染色体显性遗传的神经系统疾病，在临床和遗传学上具有高度异质性（Sch?ls等人，2004年；Shakkottai和Fogel，2013年）。其中，Spinocerebellar ataxia 1型（SCA1）是首个确定了其基因位点和具体基因缺陷的类型（Martins Junior等人，2018年；Zoghbi等人，1991年）。该疾病由Ataxin-1基因（ATXN1）中的CAG三核苷酸重复扩展引起，该基因位于6号染色体（6p22-p23）上，导致Ataxin-1蛋白中多聚谷氨酰胺链的延长（Banfi等人，1994年；Orr等人，1993年）。异常的Ataxin-1蛋白会导致小脑和脑干广泛变性，包括腹侧桥脑和中脑脚的萎缩、Purkinje细胞和下橄榄核神经元的显著丢失。除了这些区域外，还报告了运动皮质区、皮下结构和脊髓结构的神经元丢失（Cummings等人，1999年；Genis等人，1995年；Paulson等人，2017年；Robitaille等人，1995年；Rüb等人，2012年；Tejwani和Lim，2020年）。SCA1症状的发病年龄从儿童期到老年期不等，但最常见于第三或第四个十年（Tezenas du Montcel等人，2014年）。与疾病进展速度类似，症状出现的年龄也取决于CAG重复序列的数量。SCA1表现为进行性的协调能力丧失、痉挛、构音障碍、眼球运动障碍和认知能力下降，晚期则出现肌肉萎缩、球部功能障碍和其他症状（Lin等人，2024年；Paulson，2009年；Soong和Morrison，2018年）。
SCA1患者常出现视力下降和色觉缺陷（Abe等人，1997年；Oertel等人，2020年；Saito等人，2006年）。全视野电视网膜图显示杆细胞和锥细胞的功能异常（Thurtell等人，2011年），光学相干断层扫描也发现不同程度的黄斑变性（Hirose等人，2021年；Lebranchu等人，2013年；Nishiguchi等人，2019年；Pula等人，2011年；Vaclavik等人，2013年）。视神经萎缩以及黄斑的变化被认为是SCA1患者视力丧失的主要原因（Abe等人，1997年；Lee等人，2003年）。光学相干断层扫描显示神经纤维层变薄，尤其是视乳头-黄斑束受影响（Stricker等人，2011年）。视网膜神经纤维的周围层厚度减少，以及神经节细胞和内丛层的体积下降，也是视神经萎缩的标志（Oertel等人，2020年）。
SCA1患者的黄斑变性和视神经萎缩的病理机制尚未明确。突变的Ataxin-1蛋白通过形成异常聚集体对视网膜细胞产生毒性作用，干扰转录调控，导致视网膜细胞丢失和神经退行性病变，这一点在果蝇等动物模型中得到了证实（Fernandez-Funez等人，2000年）。此外，抗氧化防御机制受损引起的氧化应激可能进一步加重神经元（包括视网膜神经节细胞）的损伤，从而导致视网膜神经纤维层的进一步退行性病变（Gkekas等人，2021年；Kang和Hong，2009年；Park等人，2020年；Tejwani和Lim，2020年）。
SCA1相关的变性影响人类和小鼠的多个脑区；然而，大多数小鼠研究主要集中在脑部（Clark和Orr，2000年；Olmos等人，2022年；Tichanek等人，2020年；Watase等人，2002年）。
SCA1154Q/2Q小鼠是一种敲入模型，表现出许多人类SCA1的特征，包括进行性的运动功能障碍、认知缺陷、Purkinje细胞退化和早逝（Asher等人，2020年；Hatanaka等人，2015年；Tichanek等人，2020年；Watase等人，2002年）。尽管这种小鼠模型已被较好地理解，但其视网膜形态尚未得到分析。
本研究旨在填补目前关于SCA1小鼠视网膜定量组织学的知识空白，因为迄今为止尚未有关于视网膜层体积比例或总细胞计数的数据。主要目的是验证SCA1会导致特定视网膜层结构改变的假设。另一个目标是评估这种小鼠模型在研究SCA1相关视网膜神经退行性病变方面的适用性，并为未来的治疗测试和行为相关性研究奠定基础。
动物和伦理声明
本研究使用了B6.129S-Atxn1tm1Hzo/J品系中ATXN1基因第8外显子含有154个CAG重复序列的杂合敲入小鼠（SCA1154Q/2Q），以及来自同一品系的正常CAG重复序列数量的健康小鼠（野生型（WT）（SCA12Q/2Q）（总共32只；雄性和雌性数量相等）。小鼠在温度和湿度受控的房间（22–24°C，30–60%）中饲养，遵循12:12的光照/黑暗周期。
结果
结果总结见补充材料1。所有来自立体形态学分析的原始形态测量数据见补充材料2。
SCA1小鼠中的光感受器结构变化：基因型和年龄的影响
显微镜分析显示，SCA1小鼠的光感受器结构从6个月到10个月逐渐发生变化，表现为光感受器外段排列紊乱、ONL边界模糊以及ONL细胞向OPL的异位迁移。定量分析证实了这些变化，结果显示6个月时PhOS和PhIS的体积减少。
结论
本研究表明，SCA1的病理变化不仅限于小脑，还涉及视网膜。立体形态学和免疫组化分析揭示了光感受器和神经节细胞群体的早期和进行性变化。这些结果支持使用SCA1154Q/2Q小鼠模型来研究视网膜神经退行性病变的机制，并评估潜在的治疗方法。了解SCA1中的视网膜变化有助于揭示神经退行性病变的系统性特征。
CRediT作者贡献声明
Jan Cendelin：撰写 – 审稿与编辑、资源准备、方法学设计。
Olena Yakushko：撰写 – 审稿与编辑、初稿撰写、数据可视化、方法学设计、实验设计、概念构建。
Yaroslav Kolinko：撰写 – 审稿与编辑、结果验证、实验监督、方法学设计、数据分析。
Zbynek Tonar：撰写 – 审稿与编辑。
未引用的参考文献
del Ca?o-Espinel等人，2015年。
