低颅压所致跨筛板压力差增大对视网膜神经节细胞线粒体形态和功能的影响

Our previous study found that the elevated trans-lamina cribrosa pressure difference (TLPD) is correlated with glaucomatous optic neuropathy. Then, why the elevation of TLPD will induce glaucomatous optic neuropathy? Through our previous study, we found that elevated TLPD either by reducing intracranial pressure or increasing intraocular pressure will affect the orthograde and retrograde axonal transport. Mitochondria is the major energy supplier of axonal transport. Thus we hypothesized that the basic mechanisms of low CSFP or high IOP induced optic nerve damage may be the dysfunction of mitochondria, which results in the depletion of the adenosine triphosphate (ATP) concentration, disrupting axonal transport and leading to cell death. A review of available data has proved that the morphology and function of mitochondria in ganglion cell axons can be affected in experimental ocular hypertension. However, there is no direct experimental evidence to elucidate the effect of low CSFP on mitochondria. To test this hypothesis, we propose to artificially decrease CSFP of the rat to elevate the TLPD, and observe the change of mitochondrial morphology and function. Our research may provide a new theory of the pathogenesis of the pressure induced glaucomatous damage, and open up new avenues of therapeutic approach based on optimizing mitochondrial function.

既往研究发现跨筛板压力梯度增大与青光眼视神经损害相关。那么，跨筛板压力梯度增加为什么会造成视神经损害呢？在前期研究中，我们通过建立急性低颅压大鼠模型，发现急性颅内压降低会造成视网膜神经节细胞顺向及逆向轴浆流运输阻滞，与急性眼内压升高的变化基本一致。基于线粒体是轴浆流运输的主要能量来源，我们提出假说：认为低颅压和高眼压所致视神经损害主要是由于视神经轴索内线粒体功能发生改变，导致ATP流空缺失及轴浆流运输阻滞，而发生视网膜神经节细胞凋亡。既往研究已经证实了单纯高眼压对视网膜神经节细胞线粒体的影响，而单纯低颅压对线粒体的影响尚无直接实验证据支持。本课题拟以大鼠为研究对象，通过降低其颅内压增大跨筛板压力梯度，观察线粒体形态和功能的变化，以期证实上述假说。该课题有望为青光眼视神经损害机制提供新的理论基础，并在该理论的指导下，建立以优化线粒体功能为目标的青光眼治疗策略。

本课题通过小脑延髓池引流脑脊液的方法成功建立了大鼠急性低颅压模型，并通过FG上丘注射的方法，探究了不同低颅压损伤时间组对视网膜神经节细胞逆向轴浆流运输的影响，结果显示，颅内压降低对视网膜神经节细胞逆向轴浆流运输的影响与颅内压降低的持续时间有关，急性颅内压降低持续时间越长对视网膜神经节细胞逆向轴浆流运输的影响越大。基于线粒体是轴浆流运输的主要能量来源，我们进一步探究了低颅压对视网膜神经节细胞线粒体形态的影响，我们发现在低颅压组和高眼压组大鼠，视神经组织内线粒体数目明显增多，线粒体的形态异常，多为近圆形肿胀状态，部分已成空泡状，线粒体的嵴基本消失。我们通过IPP图像分析软件对视神经线粒体的面积、长度和宽度进行测量和统计分析，结果发现，低颅压组和高眼压组的视神经线粒体面积明显小于正常对照组，长度明显短于正常对照组，宽度明显大于正常对照组。我们通过透射电子显微镜及蛋白印迹检测发现低颅压组视网膜中自噬小体和线粒体自噬小体增多，并伴随有线粒体自噬相关蛋白表达增高，但未见视神经轴突明显损伤。以上结果提示低颅压和高眼压所致视神经损伤具有相同的特征，其可能皆是通过影响视神经轴索内线粒体功能而导致视神经损害的。以上结果为进一步研究低颅压所致视神经损害的分子机制奠定了基础。