編者按：長期對視網膜施加壓力將削弱視網膜功能，並損害人們的視覺質量。近期，由 UConn Health 領導的神經科學家們進行了相關研究，發現視網膜細胞具有顯著的抵禦損傷的能力，將損害隔離或“掩埋”可能是保護人們視力的關鍵，研究結果以Compartmentalized citrullination in Muller glial endfeet during retinal degeneration為題，發表在PNAS雜誌上。
Muller細胞是視網膜損傷時第一個做出反應的細胞
視網膜是眼睛後部的一個精細組織，可檢測光線並將影象傳輸到大腦。Muller細胞是一種非常細長的細胞，是哺乳動物視網膜內主要的神經膠質細胞，佔細胞總數90%以上。Muller細胞僅存在於視網膜中，其胞體位於核心層，但它的突起佔據從內界膜到外界膜的整個視網膜厚度，包繞著視網膜中視錐、視杆細胞、雙極細胞及神經節細胞的大部分神經元。Muller細胞不僅在結構上起支架和填充作用，還參與與視網膜損傷相關的蛋白質變化，是視網膜損傷時第一個做出反應的細胞。
康涅狄格大學醫學院神經科學家 Royce Mohan 教授及其同事發現，終足是Muller細胞中的一個特殊區域，當視網膜受到壓力時，蛋白質將在這裡發生變化。Muller細胞的終足位於視網膜的另一端，距離光感受器相當遠。研究人員在研究中提出，即使在視網膜對壓力做出反應時，Muller細胞終足和光感受器的分離也可能允許光檢測繼續進行。
在小鼠模型和人類視網膜退行性疾病中的發現，揭示了瓜氨酸化與病理學的關聯
研究一：JR5558小鼠和人類溼性AMD病視網膜酶的Muller細胞末端中瓜氨酸化膠質纖維酸性蛋白（GFAP）的研究
Mohan實驗室一直在研究的蛋白質修飾被稱為瓜氨酸化，在瓜氨酸化過程中，氨基酸精氨酸變成瓜氨酸。因為在壓力或疾病的早期階段，瓜氨酸蛋白質會被隔離在Muller細胞的末端，Royce Mohan 教授稱這個區域為瓜氨酸化掩體。但如果這個掩體長期被佔用，那麼過量的瓜氨酸蛋白就會到達視網膜的其他部分。人類年齡相關性黃斑變性 (AMD) 和視網膜變性小鼠模型（JR5558小鼠）中的 Muller 細胞顯示，瓜氨酸蛋白從終足延伸並擴散到整個細胞。
Cit-GFAP在JR5558小鼠視網膜和人溼性amd黃斑中的定位
對1個月大的JR5558小鼠視網膜進行GFAP、瓜氨酸化(F95)、Cit-GFAP和PAD4免疫染色：GFAP的病變特異性染色(A，綠色)與F95（B，紅色）的染色重疊，並在合併影象中可見（C）。具有代表性的高倍放大影象顯示F95與GFAP在MG終足(D)中的共同定位。具有代表性的GFAP染色（E，綠色）和PAD4（F，品紅色）的高放大倍率影象顯示共定位（G）。
2個月大的JR5558小鼠視網膜中的Cit-GFAP染色（H)在端腳（I)處顯示的放大倍數更高。星號標記自發視網膜病變部位。(J-O)89歲溼性AMD和年齡匹配的對照供體黃斑的代表性組織切片染色GFAP（綠色）和Cit-GFAP（紅色）。高倍鏡下顯示Cit-GFAP在溼性AMD黃斑的端足部表達，顯示與GFAP染色重疊（M-O，箭頭），而對照中的染色較低（K）並且與GFAP重疊最小（L）。
NFL，神經纖維層；GCL，神經節細胞層；INL，核心層；ONL，外核層。（比例尺，10μm。）
瓜氨酸化可能對Muller 神經膠質細胞產生許多影響，這些影響才剛剛被人們發現和理解。
精氨酸帶正電荷，而瓜氨酸則不帶正電荷。正電荷的損失是永久性的，並且可能不可逆地改變Muller 神經膠質細胞的柔韌性或其他機械效能。
當視網膜在壓力下發生腫脹，這可能會導致Muller細胞無法適應液體積聚的環境。
瓜氨酸化蛋白質可能會出現在身體外，並激活人體的免疫系統，從而可能引發自身免疫性疾病。
清除Muller 細胞終足掩體中的瓜氨酸，可以延遲或避免部分眼部問題，並更長時間地保持視力。
研究二：鐳射損傷後反應性MG中的瓜氨酸化和PAD4
研究過程中，Mohan 教授還發現，Muller 細胞終足中發生的瓜氨酸化過程，由一種稱為肽基精氨酸脫亞胺酶 4 (PAD4) 的酶控制。膠質細胞特異性PAD4 缺乏會減弱受損視網膜中的視網膜高瓜氨酸化，表明Muller細胞瓜氨酸化需要PAD4。
（A-F）未受傷和受傷後小鼠視網膜切片的代表性影象，對 GFAP（綠色）和瓜氨酸（F95，紅色）進行免疫染色。用 DAPI（藍色）視覺化細胞核。星號標記鐳射損傷部位。（M）在高放大倍率下對 GFAP（紅色）和 F95（綠色）染色的共焦z疊層的正交投影。（G-L）未受傷和受傷後小鼠視網膜切片的代表性影象，對 GFAP（紅色）和 PAD4（綠色）進行免疫染色。（N ）共焦z疊層的正交投影染色 GFAP（紅色）和 PAD4（綠色）。（比例尺，105 μm。）（O和P) 來自鐳射損傷對照和 PAD4cKO (KO) 小鼠對 Cit-GFAP 免疫染色的視網膜的代表性影象。
GCL，神經節細胞層；INL，核心層；ONL，外核層。
對鐳射損傷對照和 KO 視網膜的瓜氨酸化 (F95; Q ) 和 PAD4 ( S ) 進行變性和還原條件的視網膜提取物的 WB 分析。（U）F95反應帶和PAD4的定量被標準化為無染色凝膠（R和T），分別（n = 5個印跡；誤差線是平均值的SD；*P= 0.004，**P= 0.0159，** *P= 0.0159, ****P= 0.0278, *****P= 0.004) 使用單因素方差分析。
總之，分隔的 mRNA 翻譯和翻譯後修飾（PTM）在生物學中得到更廣泛的認可，特別是在高度極化的神經元和星形膠質細胞中。Mohan 教授為Muller細胞終足提出了術語“瓜氨酸化掩體”，因為這種 PTM 在受到損傷後發生一種極化反應，並繼續進入慢性病理階段。因此，瓜氨酸化可透過瓜氨酸化GFAP的解聚作用或將活化PAD4轉運至其他細胞底物進行瓜氨酸化(如核組蛋白)，來調節視網膜神經膠質的增生。目前，PAD4的小分子抑制劑已被開發用於其他型別的瓜氨酸代謝性疾病，例如類風溼性關節炎。Mohan 教授認為，將來有望應用此類治療劑減少AMD早期的瓜氨酸化，並使視網膜免受對這種蛋白質修飾的不良反應。
參考文獻：Palko SI, Saba NJ, Mullane E, Nicholas BD, Nagasaka Y, Ambati J, Gelfand BD, Ishigami A, Bargagna-Mohan P, Mohan R. Compartmentalized citrullination in Muller glial endfeet during retinal degeneration. Proc Natl Acad Sci U S A. 2022 Mar;119(9) . doi:10.1073/pnas.2121875119. PMID: 35197297; PMCID: PMC8917347.
（來源：《國際眼科時訊》編輯部）
