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线粒体,机体的能量工厂,是产生ATP最重要的细胞器。不但可以作为氧化应激的传感器,也是调节细胞生长和凋亡的效应器。因此,线粒体障碍会导致多系统的异常。据报道,线粒体ATP8基因7778G>T变异体在多器官功能衰竭中作用不同。例如,携带mtDNA 7778G>T变异体以C57BL/6J为背景构建糖尿病动物模型,检测结果显示该变异体能够增加活性氧(Reactive oxygen species,ROS)产生,影响胰岛β细胞的分泌功能从而增加自身性疾病的易感性;有文献指出,在急性肝损伤研究中,该位点变异能够抵抗内毒素侵害,具有潜在的肝细胞保护作用。本次研究,基于携带线粒体DNA ATP8基因7778G>T变异的白化ICR小鼠(ICR-mtFVB/N, nt7778T)与野生型(ICR, nt7778G)在生理状态(生殖系统、生长发育、ERG和OCT)无异常情况下,构建视神经损伤模型,于损伤后3、7、14和21天进行功能学(VEP、ERG和MRI)、病理学(HE染色;TUNEL)、能量检测(视神经和视网膜ATP含量)和凋亡相关因子以及蛋白水平(Bcl-xL/Bax和Caspase-3)检测,从而探索该位点的变异对视神经损伤病理过程的影响。 研究目的: 1. 评估白化ICR小鼠(野生型和突变型)在生理状态下,生殖系统、生长发育以及视网膜功能是否存在差异。 2. 构建视神经夹伤的动物模型,评估野生型和突变型间表型差异。 3. 探索ICR和ICR-mtFVB/N小鼠于损伤后不同时间点,从功能学、组织学、ATP含量、凋亡相关因子和蛋白水平等方面观察变化特点,明确线粒体DNA 7778G位点的重要性,同时探索线粒体参与视神经病变所起的作用。 研究方法: 1. 在清洁级动物房内按照国际标准饲养并培育携带mtDNA 7778T的ICR小鼠,将培育成功ICR-mtFVB/N小鼠在生后14-20天剪取脚趾或者尾巴,提取基因组,采用聚合酶链反应(Polymerase chain reaction, PCR)扩增目的片段,Sanger sequencing进行检测,明确小鼠携带mtDNA 7778T变异体;正常的生理状态下,记录适龄野生型和突变型ICR孕鼠生仔个数变化规律和出生后5、6、7和8周体重增长变化情况;通过对适龄6至8周小鼠进行视网膜电图(Electrorentinogram,ERG)和光学相干断层成像(Optical coherence tomography, OCT)检查,检测是否存在差异。 2. 实验选用健康的6-8周(20g至30g)野生和突变型ICR小鼠,自由饮食。 通过视神经夹伤方法构建视神经损伤模型,损伤后的3、7、14和21天分别行以下检测: (1)功能学和组织学检测(VEP、ERG和MRI); (2)病理学检测(HE染色观察RGC变化特点和视网膜层数改变情况及TUNEL检测); (3)ATP含量检测: 检测视网膜和视神经ATP含量变化特点; (4)RNA水平检测:实时荧光定量检测线粒体凋亡相关因子ATP1A1, CytC, Apaf-1和AIF改变情况; (5)蛋白表达水平检测:视网膜Bcl-xL/Bax和Caspase-3蛋白表达水平变化情况。 实验结果: 1. 生理状态下,野生型和突变型小鼠生殖、生长发育和视网膜功能(ERG、OCT)均无明显差异。 2. 成功构建ICR和ICR-mtFVB/N视神经损伤动物模型,通过VEP(潜伏期和振幅变化)、ERG(b波振幅及Ops振幅改变)和MRI进行视神经功能和组织损伤的评估。同一检测时间点,两组在功能学上无统计学差异。 3. HE和TUNEL检测结果显示,随着损伤的时间延长,实验组RGC数量和GCL、INL和ONL层数下降趋势均低于对照组,且视网膜和视神经ATP含量逐渐降低;同一时间点,凋亡因子检测中ICR-mtFVB/N/ICR损伤初期Apaf-1表达增强,而AIF则降低,但ATP1A1和CytC无明显变化。 4. 蛋白表达水平方面,同一检测时间点,实验组Bcl-xL蛋白表达量均高于对照组,而Bax恰恰相反;同时,Cleaved-caspase-3表达含量与Bax变化基本一致,实验组均低于对照组。 结论: 1. 生理状态下,携带mtDNA ATP8基因7778G>T变异体的ICR小鼠并没有影响生殖系统、生长代谢系统和视网膜功能。 2. 成功构建以白化ICR为背景携带mtDNA 7778G>T变异体小鼠视神经夹伤动物模型,利用 VEP、ERG和MRI检测手段综合评估损伤后视神经功能、结构和形态改变。 3. 通过功能学、病理学、能量代谢、分子生物学等多个方面对突变型和野生型小鼠进行检测,结果显示线粒体DNA 7778G>T变异在一定程度上可能延缓甚至抑制细胞凋亡的作用。