对氨基苯甲酸激活斑马鱼 损伤视网膜中 Ascl1a 的表达促进视网膜再生

doi:10.4103/1673-5374.389646

摘要/Abstract

摘要：

多项研究表明，视网膜损伤期间会发生新陈代谢改变，但尚未发现新陈代谢物质与斑马鱼 Müller 胶质重编程和增殖之间存在联系。重要的是，目前还没有研究确定对氨基苯甲酸是否调节 Müller 胶质重编程和 Muller胶质细胞来源的祖细胞增殖。实验通过代谢组测序发现，在N-甲基-D-天冬氨酸损伤的斑马鱼视网膜中，对氨基苯甲酸含量显著下降。实验进步研究了对氨基苯甲酸在成年斑马鱼视网膜再生中的作用，发现对氨基苯甲酸能促进Müller胶质细胞的重编程和分裂，以及Müller胶质细胞衍生祖细胞的增殖，从而通过激活Ascl1a的表达促进视网膜再生。最后，实验排除了对氨基苯甲酸通过下游合成产物叶酸和炎症通路发挥作用的可能，证明对氨基苯甲酸对Müller胶质细胞分布的影响很小。这些发现共同表明，对氨基苯甲酸通过激活斑马鱼N-甲基-D-天冬氨酸损伤视网膜中 Ascl1a 的表达促进视网膜再生。

https://orcid.org/0000-0003-1720-7860 (Xiaobo Xia); https://orcid.org/0000-0002-6969-9775 (Haibo Li)

Abstract: The retina of zebrafish can regenerate completely after injury. Multiple studies have demonstrated that metabolic alterations occur during retinal damage; however to date no study has identified a link between metabolites and retinal regeneration of zebrafish. Here, we performed an unbiased metabolome sequencing in the N-methyl-D-aspartic acid-damaged retinas of zebrafish to demonstrate the metabolomic mechanism of retinal regeneration. Among the differentially-expressed metabolites, we found a significant decrease in p-aminobenzoic acid in the N-methyl-D-aspartic acid-damaged retinas of zebrafish. Then, we investigated the role of p-aminobenzoic acid in retinal regeneration in adult zebrafish. Importantly, p-aminobenzoic acid activated Achaetescute complex-like 1a expression, thereby promoting Müller glia reprogramming and division, as well as Müller glia-derived progenitor cell proliferation. Finally, we eliminated folic acid and inflammation as downstream effectors of PABA and demonstrated that PABA had little effect on Müller glia distribution. Taken together, these findings show that PABA contributes to retinal regeneration through activation of Achaetescute complex-like 1a expression in the N-methyl-D-aspartic acid-damaged retinas of zebrafish.

Key words: Achaetescute complex-like 1a (Ascl1a), metabolomics, Müller glia, p-aminobenzoic acid (PABA), retina, regeneration, zebrafish

. 对氨基苯甲酸激活斑马鱼损伤视网膜中 Ascl1a 的表达促进视网膜再生[J]. 中国神经再生研究(英文版), 2024, 19(8): 1849-1856.

Meihui He, Mingfang Xia, Qian Yang, Xingyi Chen, Haibo Li, Xiaobo Xia. P-aminobenzoic acid promotes retinal regeneration through activation of Ascl1a in zebrafish[J]. Neural Regeneration Research, 2024, 19(8): 1849-1856.

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引言

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延伸阅读

NRR：中南大学夏晓波教授团队揭示PABA可调控斑马鱼视网膜再生

中南大学夏晓波教授团队在《中国神经再生研究（英文版）》杂志2024年第8期发表的最新研究发现，在NMDA损伤的斑马鱼视网膜中，多种代谢物水平发生改变，其中对氨基苯甲酸（PABA）显著减少。进一步研究表明，PABA通过激活NMDA损伤的斑马鱼视网膜中Ascl1a的表达促进Muller胶质细胞的重编程和分裂，以及Muller胶质细胞来源的祖细胞（MGPC）的增殖，从而促进视网膜再生。

利用内源性视网膜 Müller 细胞修复受损神经元对青光眼、视网膜色素变性等诸多视网膜变性疾病的治疗具有重要价值。视网膜 Müller 细胞作为重要内源性干细胞的研究始于低等的脊椎动物，斑马鱼的视网膜 Müller 细胞是一种潜在的干细胞，在视网膜受损后可自发的进行原位细胞重编程并补充损伤的神经细胞，但其中的修复机制仍有诸多未知。目前已经通过转录组测序及单细胞测序等技术鉴定了斑马鱼Müller 细胞重编程中的差异基因及 Müller 细胞亚群，但是上述技术并不能很好的反应 Müller 细胞重编程中视网膜微环境的变化，通过单一维度的转录组研究并不能很好的解释斑马鱼视网膜再生机制。代谢组学（Metabonomics）是利用液相色谱质谱（LC-MS）联用技术对机体在特定条件下整个代谢产物谱的变化进行检测，并研究整体的生物学功能状况，从而揭示了内源性物质的变化。代谢物检测可以揭示视网膜微环境中内源性物质的变化。近些年代谢重编程，即通过调节能量代谢及代谢产物如乳酸、PGE2 等来调节细胞的生长、增殖和分化，已被报道在肿瘤及干细胞的微环境重塑中有着重要作用。目前关于斑马鱼视网膜再生中微环境的代谢重编程调节机制的研究未见报道，从代谢角度分析斑马鱼视网膜再生中微环境的调节机制，可以使我们获得代谢途径的视网膜再生相关靶点。

该研究以 NMDA 诱导 RGCs 损伤的斑马鱼为研究对象，进一步通过代谢组学鉴定 RGCs 损伤诱导斑马鱼视网膜再生中的差异代谢物。发现PABA水平显著降低。首先，在NMDA损伤后2天，PABA处理后Muller胶质细胞的去分化和分裂水平增加，在NMDA损伤后4天，PABA促进了MGPC的增殖。同时，他们检测了视网膜中再生相关基因的表达水平，结果显示NMDA损伤后2天，PABA上调Ascl1a、LIN28以及BLBP的表达。此外，在PABA处理的视网膜损伤2天和4天后时，Ascl1a敲低使Muller胶质细胞减少80%，这表明Ascl1a对于PABA处理的视网膜再生是必要的。紧接着，他们发现PABA的下游合成产物FA对MGPC增殖无显著影响，排除了PABA通过FA途径发挥作用的可能性；此外，PABA对炎症的影响也被排除，与对照组相比，PABA处理没有改变激活的小胶质细胞的数量；经过NMDA损伤21天后，Muller细胞通常迁移到视网膜各层分化为特定的视网膜细胞，PABA处理同样没有改变Muller细胞的分化过程。最后，他们通过分子对接研究推测了PABA与组蛋白去乙酰化酶（HDAC）的相互作用，并评估了它们在HDAC的TSA结合位点的结合效果。结果表明，PABA与HDAC具有较强的相互作用。

这项发现的重要性体现在如下几个方面：

1.率先确定了斑马鱼视网膜再生中的差异代谢物，该研究通过液相色谱-质谱分析及代谢组学测序，首次鉴定了 RGCs 损伤诱导斑马鱼视网膜再生中的差异代谢物。

2.首次证实差异代谢物之一PABA调控了斑马鱼视网膜再生。PABA通过激活Ascl1a的表达，促进Muller胶质细胞的去分化和分裂以及MGPC的增殖，从而促进视网膜再生。

中南大学湘雅医院眼科博士研究生何美惠为论文第一作者，夏晓波教授和李海波助理研究员为该论文共同通讯作者，夏明芳博士、杨倩硕士、陈星夷博士为重要参与作者。

目前，夏晓波教授团队已先后主持完成各类科研课题58项（其中国家级27项），进站经费超过2000万元，承担国际及国内临床药物多中心研究15项；发表科研论文200余篇(SCI论文150余篇)；其中多篇发表在中科院1区TOP期刊，如《Nano Today》、《ACS Nano》和《Cell Death & Differentiation》等杂志；出版著作12部，其中主编（或参编）了《眼科学实习指导》、《眼科学》、《临床三基训练》等国家统编教材及专著12本；获省、厅级科技成果奖10项；国家授权专利12项；主持湖南省研究生重大教改课题1项、临床案例库1项、湖南省《眼科学》一流课程1门，荣获全国“宝钢优秀教师奖”。团队指导的研究生先后获得全国临床技能大奖赛特等奖1人次、全国大学生英语竞赛A类特等奖2人次、湖南省优秀博士毕业生3人次、国家奖学金20余人次等。为湘雅医院眼科及全国眼科的蓬勃发展贡献了生生力量。

夏晓波教授