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目的: 视网膜色素变性(Retinitis pigmentosa,RP)是一类以渐进性光感受器细胞及色素上皮细胞功能丧失的视网膜变性类疾病,有多种遗传方式,具有典型的遗传异质性。其中视杆细胞内编码磷酸二酯酶6的β亚基基因(PDE6B)突变是引起遗传性常染色体隐性视网膜色素变性的主要原因之一。PDE6B基因可调节感光细胞胞质中环鸟苷酸(cGMP)的水平,其表达异常可影响感光细胞的光电转换功能,甚至引起感光细胞的死亡。为了探究PDE6B突变对视网膜发育和视网膜变性的影响,我们利用PDE6B突变视网膜色素变性患者来源的诱导多能干细胞(induced pluripotent stem cells,iPSCs)在体外三维诱导分化分化神经视网膜类器官,建立视网膜色素变性疾病模型,以进一步探究视网膜色素变性类疾病的致病机理和治疗方法。 方法: 1. 分离 PDE6B 突变 RP 患者及健康志愿者外周静脉血中的单个核细胞(PBMCs)。 2. 扩增培养外周静脉血中分离得到的PBMCs,利用SBI非整合质粒电转,将PBMCs重编程为诱导多功能干细胞(iPSCs)。 3. 利用体外三维视网膜诱导分化方法,诱导患者及健康志愿者来源的iPSCs,分化形成具有分层结构的视网膜类器官,在体外构建RP疾病模型。 4. 利用q-PCR和免疫荧光染色等检测方法,进一步分析视建立的网膜色素变性疾病模型中视网膜发育及视网膜变性的具体细节。 结果: 1. 本研究分别从1例PDE6B突变视网膜色素变性患者和2例健康志愿者外周静脉血中成功分离出PBMNCs,并进行了扩增培养。 2. PDE6B突变RP患者和健康志愿者外周静脉血中分离的PBMCS经电转重编程后,在无滋养层培养体系中均产生iPSC克隆。免疫荧光染色结果显示,这些iPSC克隆表达SSEA4、OCT4、NANOG、SOX2等多能性标志基因,且可以分化出三胚层细胞。 3. 分别挑取了患者iPSC克隆7株,健康对照iPSC克隆6株,并进行传代扩增培养、冻存和复苏,且所有iPSC克隆的细胞核型分析均显示正常核型。 4. 利用体外三维视网膜诱导分化方法,PDE6B突变RP患者及健康志愿者来源iPSCs均可诱导分化形成具有明显分层的视网膜类器官,并可检测到各种类型视网膜细胞特异性标记物的表达,如眼区细胞(PAX6)、感光前体细胞(CRX)、神经节细胞(BRN3B)、双极细胞(PKCα)、视锥细胞(M/S-OPSIN)、视杆细胞(RHODOPSIN)。 5. 通过检测发现患者与正常人iPS细胞三维分化视网膜在分化第90天, RECOVERIN和CRX的mRNA表达量以及蛋白表达量存在差异,实验组较正常对照组RECOVERIN和CRX的表达量有不同程度下降;且在分化第180天,患者iPS细胞来源视网膜的Caspase3蛋白表达量相对较多。 结论: 本课题成功利用人外周静脉血分离的单个核细胞获得具有多能性的,可稳定传代、冻存及复苏的iPSCs。实验结果表明,PBMCS来源的iPSCs可以在体外三维诱导分化为具有分层结构且包含有各种视网膜细胞的视网膜类器官。通过比较PDE6B突变RP患者和健康志愿者来源iPSCs三维分化形成的视网膜类器官,结果显示PDE6B突变RP患者iPSCs诱导分化形成的视网膜类器官中光感受器细胞的发育和存活存在缺陷。RP患者来源iPSCs体外三维分化的视网膜类器官可以模拟体内视网膜的发育过程,是探究视网膜色素变性类疾病机理和治疗方法的优质模型。