Frontiers in Cellular Neuroscience

Introduction

verkkokalvon hermosolut (Rgcs) välittävät näköhermoon liittyvää tietoa silmästä aivoihin niiden aksonien kautta, jotka yhdessä muodostavat näköhermon (Laha et al., 2017). Trauman, glaukooman tai hermoston rappeumasairauksien aiheuttamat näköhermovauriot johtavat usein näkökyvyn menetykseen ja lopulta sokeuteen. RGC: n selviytymistä ja näköhermon uudistumista edistäviä strategioita jatketaan aktiivisesti hermovaurioiden korjaamiseksi ja visuaalisen toiminnan palauttamiseksi. Keskushermoston (CNS) neuroneina kypsät RGC: t ovat vähentäneet huomattavasti sisäistä kykyä uudistaa aksoninsa traumaattisten vammojen tai neurodegeneraation jälkeen, mikä lopulta johtaa näön menetykseen (Chun and Cestari, 2017; Laha et al., 2017). Myös, toisin kuin neuronien ääreishermoston (PNS), erilaiset ulkoiset inhibitoriset molekyylit toimivat rajoittamaan aksonin uusiutumista keskushermostossa, mukaan lukien selkäytimen ja näköhermojen (Geoffroy and Zheng, 2014). Aiemmat tutkimukset osoittivat, että poistamalla solunulkoisia inhibitorisia tekijöitä, kuten Nogo ja sen reseptorit, voisi aiheuttaa lievää näköhermon uusiutumista (Fischer et al., 2004; Su et al., 2008, 2009; Dickendesher et al., 2012). Sen sijaan fosfataasin ja tensiinihomologien (PTEN) poistaminen RGCs: stä, mikä lisäsi aksonien sisäistä uudistumiskykyä, edisti vankkaa näköhermon uudistumista, mikä osoittaa lupaavia uusia keinoja keskushermoston aksonien uudistumisen tehostamiseksi (Park et al., 2008). Viime vuosikymmenen aikana useiden geenien manipulointi RGCs: ssä on osoitettu merkittävästi lisäävän kypsien RGCs: ien, kuten Klf4/9: n (Moore et al., 2009; Apara et al., 2017), Socs3 (Smith et al., 2009), B-RAF (O ’ Donovan et al., 2014), C-myc (Belin et al., 2015), GSK3ß (Guo et al., 2016; Miao et al., 2016), Lin28 (Wang et al., 2018), ja P53 (Ma et al., 2019). Vaikka näiden geenien on osoitettu säätelevän näköhermon uudistumista, juuri mitään niistä yksinään ei voitu manipuloida aiheuttamaan pitkän matkan aksonin uusiutumista in vivo. Tämän ongelman ratkaisemiseksi kombinatorisilla strategioilla on pyritty pidentämään regeneratiivisten aksonien pituuksia. Useiden riippumattomien reittien synergistiset tai additiiviset vaikutukset RGC-aksonien regeneraatioon olivat dramaattisempia ja kestävämpiä, kuten Zymosan/cAMP/Pten-deleetio (Kurimoto et al., 2010), CNTF/Pten-deleetion / Socs3-deleetion (Sun et al., 2011), c-Myc/CNTF/Pten-deleetion/Socs3-deletion (Belin et al., 2015), ja Lin28/Pten-deleetion (Wang et al., 2018). Muutamissa tutkimuksissa raportoitiin, että uusiutuvat RGC-aksonit voivat saavuttaa pitkän matkan, ylittää optisen chiasmin ja päästä aivoihin (Kurimoto et al., 2010; Sun ym., 2011; de Lima et al., 2012; Lim et al., 2016).

kaukonäköisen näköhermon uudistumisen jälkeen on seuraavaksi tutkittava, miten näkökyky voitaisiin palauttaa asianmukaisella aksoniohjauksella, synaptogeneesillä ja hermotoiminnan siirrolla. Tähän mennessä de novo näköhermon uudistuminen chiasm-alueella näyttää olevan pullonkaula RGC-aksonien regeneroimiseksi aivoihin. Siksi vain muutamia tutkimuksia käyttäen combinatory lähestymistapoja ovat raportoineet hyvin rajoitettu yhteyden vahingoittuneen näköhermon aksonit ja niiden tavoitteet aivoissa, kuten suprakiasmatic Tuma (SCN), lateral geniculate Tuma (LGN), superior colliculus (SC), ja muut visuaaliset alueet joko pidemmän ajan jälkeen vamman (de Lima et al., 2012; Bei et al., 2016; Lim et al., 2016)tai vamman esittämisen pre-chiasm (Li et al., 2015)tai optinen kanava (Bei et al., 2016). Vaikka lisävahvistusta näille tutkimuksille vielä tarvitaan, tulokset antoivat jonkin verran näyttöä siitä, että näkökyvyn palautuminen on mahdollista näköhermovaurion jälkeen, jos aksonin jokainen uusiutumisvaihe, ohjaus, synaptogeneesi ja remyelinaatio voidaan saavuttaa. Tässä, tarkastelemme viimeaikaista edistymistä saavuttaa uudelleen yhteyden silmän-aivojen reitit ja keskustella mahdollisista tulevista strategioista uudelleen Visual circuits jälkeen näköhermon vammoja.

pitkän matkan aksonien regenerointi voidaan toteuttaa useiden geenien/reittien Kombinatorisella manipulaatiolla

näön palauttamiseksi näköhermovaurion jälkeen vahingoittuneiden aksonien on uudistettava koko silmän ja aivojen välinen reitti siten, että hiirillä on yli 8 mm: n etäisyys vammautumiskohdasta LGN: ään ja SC: hen (Kuva 1). Pitkän matkan aksoninmuodostus, joka on ensimmäinen vaihe silmästä aivoihin tapahtuvassa uudelleensijoittumisessa, on ratkaisevaa näköhermovaurion jälkeisen näkökyvyn palautumisessa. Tähän mennessä ehdollinen tyrmääminen Pten yksin RGCs johti luultavasti pisin näköhermon uusiutumista 2 viikkoa vamman jälkeen(jopa 3 mm distaalinen leesiokohtaan; Park et al., 2008). Taulukossa 1 lueteltujen muiden geenien manipuloinnin on osoitettu edistävän näköhermon keskialueelle saapuvien RGC-aksonien vähäistä uusiutumista vamman jälkeen (Taulukko 1). RGCs: n geeniekspression manipuloinnin lisäksi cntf: n ei-RGC-välitteinen vapautuminen (Leaver et al., 2006), onkomoduliini vasteena tulehdukselle (Yin et al., 2006) tai amakriinispesifinen Lin28-välitteinen IGF1-potentiaatio (Zhang et al., 2019), kaikkien on osoitettu stimuloivan näköhermon uusiutumista joko yksin tai yhdessä muiden tekijöiden kanssa. Lisäksi kohonnut sinkkipitoisuus amakriinisoluissa näköhermovaurion jälkeen on osoitettu edistävän RGC-solujen kuolemaa ja epäonnistunutta uudistumista siirtymällä hitaasti RGCs:ään (Li et al., 2017). Tämän seurauksena sinkkikuljettaja ZnT-3 (koodattu geeni slc30a3) knockout paransi RGC: n selviytymistä ja uudistumista. Lisäksi kohonneen cAMP-tason on osoitettu parantavan onkododuliinin aiheuttamaa näköhermon uudistumista (Kurimoto et al., 2010). Lopuksi alatyyppi RGCs on osoitettu tuottavan erittämää fosforyloitua glykoproteiinia, osteopontin (OPN), joka toimii yhdessä IGF1 tai BDNF, parantaa näköhermon regeneraatiota (Duan et al., 2015).

vaikka useiden lähestymistapojen on osoitettu edistävän merkittävää regeneraatiota in vivo, riittävän määrän aksoneja uusiutuminen koko optisen reitin läpi on edelleen suuri haaste. RGC: n aksonien uudistumisen viimeaikaiset edistysaskeleet eivät keskittyneet ainoastaan uusien geenien ja reittien tunnistamiseen, vaan ne osoittivat myös, että kombinatorisilla hoidoilla, joilla oli erilliset taustamekanismit, oli additiivisia tai jopa synergistisiä vaikutuksia (Taulukko 2). Tähän asti Pten-deleetio yhdessä muiden RGC-geenien tai solunulkoisten tekijöiden manipuloinnin kanssa on ollut vallitseva kombinatorinen strategia pitkän matkan näköhermon uusiutumisen edistämisessä. Esimerkiksi Socs3 deleetion (Sun et al., 2011), B-RAF aktivointi (O ’ Donovan et al., 2014), c-Myc-yliekspressio (Belin et al., 2015), dclk2-yliekspressio (Nawabi et al., 2015), hIL-6 expression (Leibinger et al., 2016), STAT3/MEK aktivointi (Luo et al., 2016), sinkkikelataatio (Li et al., 2017)eli Lin28-yliekspressio (Wang et al., 2018), jokaisella on osoitettu olevan synergistisiä/additiivisia vaikutuksia Pten-deleetion kanssa näköhermon uudistumiseen. Myös edellä kuvatut solunulkoiset tekijät on kaikki yhdistetty RGCs: n geenimanipulaatioon, kuten cAMP/oncomoduliniin / Pten-deleetioon (Kurimoto et al., 2010), CNTF/Pten-deleetion / Socs3-deleetion (Sun et al., 2011). Lisäksi on osoitettu myös muiden kombinatoristen strategioiden additiiviset tai synergistiset vaikutukset, kuten Klf9: n knockdown yhdistettynä Sinkkikelaatioon (Trakhtenberg et al., 2018)ja konstitutiivisesti aktiivinen CRMP2 yhdistettynä tehostettuun GSK3-aktiivisuuteen (Leibinger et al., 2017). Tällaisten kombinatoristen vaikutusten uskotaan johtuvan erilaisista signalointiradoista näiden geenien ja tekijöiden alajuoksulla. Aiempien tutkimusten perusteella useiden signalointireittien on osoitettu olevan tärkeässä roolissa näiden geenien/tekijöiden edistävien vaikutusten muuntamisessa. Esimerkiksi kasvutekijään liittyvä GSK3 / mTOR-signalointi aktivoituu PTEN-poiston alajuoksulla (Park et al., 2008; Leibinger ym., 2019), osteopontin (Duan et al., 2015), melanopsin (Li et al., 2016), Akt (Guo ym., 2016; Miao et al., 2016)eli Lin28 (Wang et al., 2018). Myös B-RAF: n alajuoksulla kulkeva MAPK-reitti (O ’ Donovan et al., 2014)tai MEK (Luo et al., 2016) oli mukana. Lisäksi Jak-Stat sytokiini signalointi voitaisiin aktivoida alavirtaan cntf (Müller et al., 2007), Socs3 deleetion (Smith et al., 2009), tai Klf4 poisto (Qin et al., 2013). Lisäksi viimeaikaiset tutkimukset ovat paljastaneet useita uusia signalointireittejä, jotka toimivat näköhermon uudistumisen edistämiseksi, kuten fosfatidihappofosfataasi (PAP) Lipin1, joka indusoi regeneraatiota säätelemällä glyserolipidimetaboliaa (Yang et al., 2020), trombospondiini-1, joka sitoutuu syndekaaniin näköhermon uudistumisen edistämiseksi (Bray et al., 2019) ja actin cross-linker muscle LIM protein (Levin et al., 2019). On syytä huomata, että monet näköhermon regeneraation säätelygeenit voivat samanaikaisesti säädellä useita alavirtaan reittejä ja alavirtaan signalointireitit on myös osoitettu ylikuulumisen keskenään.

kollektiivisesti on hyvin tunnettua, että molekyylien yhdistäminen eri alavirtaan johtaisi pidemmän matkan aksonien regeneraatioon. Siten uusien tekijöiden tunnistaminen uusilla signalointiradoilla, erityisesti tekijöillä, jotka voivat säädellä useita reittejä, olisi edelleen yksi alan painopistealueista. Lisäksi on erittäin tärkeää tutkia useiden tekijöiden optimaalista yhdistelmää niiden sääntelymekanismien perusteella. Lopuksi on huomattava, että suurin osa (>80%) RGCs: stä kuolee muutaman viikon kuluttua näköhermovauriosta (Wang et al., 2018; Tran et al., 2019), tehden RGC: n selviytymisestä merkittävän esteen riittävälle määrälle regeneroivia aksoneja, jotka ovat tarpeen visuaalisten toimintojen palautumiselle. Kiehtovaa, useita alatyyppejä RGCs on osoitettu eroavan niiden kyky selviytyä tai uudistaa aksonit kun näköhermon vamman (Duan et al., 2015; Norsworthy et al., 2017; Bray et al., 2019). Äskettäin systemaattinen tutkimus käyttämällä yksisoluista RNA-seq paljasti selektiivisen haavoittuvuuden RGC alatyyppien jälkeen aksonaalisen vamman ja tarjosi näyttöä siitä, että tyyppispesifiset neuroprotektiiviset strategiat voivat olla kriittisiä intervention (Tran et al., 2019). Näin ollen on yhtä tärkeää tunnistaa geenit/reitit, jotka suojaavat RGC: tä tai alatyyppejä solukuolemalta.

uudistuvien aksonien asianmukainen ohjaus optisen Kiasman ohi ja aivoihin

vaikka kombinatoriset lähestymistavat näköhermovaurion jälkeen voivat johtaa huomattavaan pitkän matkan näköhermon uusiutumiseen, näköhermo on muodostumassa suurimmaksi esteeksi regeneroituville aksoneille päästä aivoihin ja saavuttaa alkuperäiset kohdennetut tumansa. Analysoimalla aksonin regeneraatiota myöhemmässä vaiheessa hermovaurion jälkeen (eli 4-10 viikkoa), useissa tutkimuksissa käyttäen kombinatorisia lähestymistapoja regeneroivat aksonit voivat saavuttaa ja jopa ylittää optisen chiasm. Esimerkiksi kun Pten / Socs3 double knockout yhdistettiin CNTF: ään, 4 viikkoa (Sun ym., 2011)tai 10 viikkoa (Luo et al., 2013) hermovamman jälkeen monet uudistuvat aksonit saattoivat saavuttaa Kiasman proksimaalisen pään, mutta lakkasivat kasvamasta. Kun C-Myc-lauseke lisättiin yhdistelmään, useampi aksoni ylitti chiasmin ja kasvoi optisiksi traktaateiksi (Belin et al., 2015). Samoin muita kombinatorisia lähestymistapoja, kuten cAMP/Zymosan / Pten-deleetion (de Lima et al., 2012; Luo et al., 2013), Lipin1-deleetion/CNTF (Yang et al., 2020), ja Pten-deleetion/MEK/STAT3 (Luo et al., 2016), voi myös aiheuttaa näköhermon uusiutumista optisen chiasmin lähellä tai sen yli.

eräs mielenkiintoinen havainto eräistä näistä tutkimuksista oli, että monet uudistuvat aksonit kääntyivät takaisin khiasmissa tai suistuivat pois näköhermokanavasta ylitettyään khiasmin. Tämä havainto viittaa siihen, että optisessa Kiasmassa esiintyy inhibitorinen raja ja aksonien virheellisyys esiintyy optisessa järjestelmässä. Itse asiassa, kuten edellä mainittiin, nogon ja sen reseptorien poistaminen näköjärjestelmästä johti lievään näköhermon uusiutumiseen, mikä osoittaa kypsän näköjärjestelmän estävän luonteen. Varhaisessa tutkimuksessa (Pernet et al., 2013a), käyttämällä kudoksen clearing lähestymistapa ja confocal kuvantaminen koko mount näköhermon, tutkimuksessa todettiin, että monet regenerointi aksonit indusoi CNTF osoitti epäsäännöllinen liikeradat, ja monet U-kierrosta näköhermon. Myöhemmin tutkimuksessa samasta laboratoriosta (Pernet et al., 2013b), aktiivisen STAT3: n indusoimat regeneroivat RGC-aksonit osoittivat myös vaeltelevia liikeratoja usein U-käännöksillä. Kuitenkin, kun näköhermoja hoidettiin lisäksi Rho-kinaasin estäjällä Y27632, Stat3: n indusoimat uudistuvat aksonit suoristuivat ja U-nopeus pieneni huomattavasti. Koska Rho-kinaasi-inhibiittorin tiedetään antagonisoivan myeliinipohjaisen inhibiittorin (so.Nogo, MAG) inhibitorisia vaikutuksia, nämä tulokset vahvistivat, että näköhermossa on solunulkoisia inhibitorisia molekyylejä. Tukena käytetään kudosnäytteiden selvitystä ja edistynyttä valolevyjen fluoresenssimikroskopiaa (lsfm), kolme tutkimusta (Luo et al., 2013; Yungher et al., 2015; Bray et al., 2017) teki korkean resoluution 3D-kuvantamisen ja yksityiskohtaiset aksonaaliset morfologiset analyysit yhden aksonin tasolla. Erityisesti tulokset osoittivat, että näköhermon sisällä useimmilla regeneroivilla aksoneilla oli mutkitteleva polku ja monet niistä tekivät jyrkkiä käännöksiä. Khiasmiin pääsevien aksonien kohdalla osa aksoneista kääntyi takaisin khiasmiin ja meni vastakkaiseen vahingoittumattomaan näköhermoon, mikä vahvisti khiasmia estäväksi esteeksi. Niillä aksoneilla, jotka onnistuivat läpäisemään Kiasman, havaittiin enemmän aksoneja ipsilateraalisessa optisessa järjestelmässä kuin kontralateraalisessa järjestelmässä, mikä viittaa aksonin väärään suuntaukseen. Muutama aksoni tunnistettiin SCN: ssä, joka sijaitsi suoraan khiasmin yläpuolella, eikä aksonia havaittu kaukaisemmissa näkökohteissa, LGN: ssä tai SC: ssä. Yhdenmukainen näiden havaintojen, meidän tuore tutkimus käyttäen kudoksen clearing ja 3D kuvantaminen (Wang et al., 2018) osoitti, että Lin28: n yli-ekspression indusoimissa regeneroituvissa RGC-aksoneissa näkyi myös monia U-käännöksiä näköhermon sisällä, mikä väheni, kun Lin28: n ilmentymä yhdistettiin Pten knockdowniin. Lisäksi uusin tutkimuksemme (Wang et al., 2020) osoitti, että myosiinin IIA/B tyrmääminen pelkästään RGCs: ssä johti merkittävään näköhermon uusiutumiseen. Mielenkiintoista on, että kun aksonien liikeratoja tutkittiin kudosrajauksen ja 3D-kuvantamisen avulla, luonnonvaraisilla hiirillä automaattisesti regeneroituneet lyhyet aksonit seurasivat harhailevia liikeratoja monilla U-käännöksillä, kun taas myosiineilla IIA / B knockout-hiirillä regeneroituvat aksonit olivat paljon suorempia huomattavasti pienemmillä U-käännöksillä. Vielä tärkeämpää on, että lin28: n yliekspression yhdistäminen myosiini IIA/B-tyrmäykseen johti pitkän matkan näköhermon uusiutumiseen 2 viikossa hermovaurion jälkeen (jopa 4,5 mm: n päässä vammakohdasta). Koska edellinen tutkimus (Hur et al., 2011) osoitti, että myosiini IIA/B: n poistaminen mahdollisti aksonin kasvun kahdella merkittävällä inhibitorisella substraatilla, myeliinijätteellä ja CSPGs: llä, uudet tulokset antoivat näyttöä siitä, että näköhermon inhibitoristen signaalien voittaminen oli lupaava lähestymistapa tehokkaampaan pitkän matkan näköhermon regenerointiin.

lopuksi, jotta voitaisiin paremmin tutkia, miten regeneroivat aksonit käyttäytyivät optisessa Kiasmassa, yksi tutkimus (Li et al., 2015) käytti pre-chiasm-vammamallia, jossa regeneroituvien aksonien tarvitsi kasvaa vain lyhyen matkan päästäkseen chiasmiin. Tutkimus osoitti, että neljä viikkoa hermovaurion jälkeen monet aksonit tulivat ja ohittivat chiasmin, joista suurin osa miehitti hypotalamuksen ipsilateraalisen puolen, mukaan lukien SCN: n. 8 viikon kuluttua löytyi lisää aksoneja SCN: n sisältä. Yksi tärkeä havainto oli, että vielä 4 kuukauden kuluttua hermovauriosta lähes yksikään regeneroiva aksoni ei saavuttanut aivokohteita kauempana optisesta Kiasmasta, kuten OPN: ää ja SC: tä. Tämä tutkimus vahvisti edelleen, että ilman kunnollisia ohjausvinkkejä uudistuvien aksonien on vaikea palauttaa syvempiä aivokohteita.

yhteenvetona nämä tutkimukset viittasivat siihen, että RGC-aksonien regeneroinnissa tarvitaan asianmukaisia aksonien ohjausmekanismeja, jotta ne saavuttaisivat alkuperäisen kohdeytimensä aivoissa ja sitä seuraavan visuaalisen toiminnallisen palautumisen. Uudet kokeelliset tekniikat, kuten kudosmääritysmenetelmät (3disco, CLARITY jne.)) ja kehittyneet 3D-kuvantamisjärjestelmät (multiphoton microscopy, LSFM, fMOST jne.), ovat kehittymässä hyödyllisiksi työkaluiksi aivojen aksoniradan yksityiskohtaiseen analysointiin.

aksonien uusiutuminen silmästä aivoihin pelastaen osittaisen näkökyvyn

kun uudistuvat aksonit saavuttavat alkuperäiset aivotavoitteensa, seuraava haaste on saavuttaa Uusi synaptogeneesi, remyelinaatio ja sitä seuraava näkökyvyn toiminnallinen palautuminen. Tähän mennessä vain harvat tutkimukset ovat raportoineet toiminnallisesta uudelleenyhteydestä aivoytimien kanssa näköhermon murskautumisen jälkeen. Varhainen tutkimus osoitti, että Pten: n poisto yhdessä Zymosanin ja cAMP: n kanssa johti siihen, että pitkän matkan aksoni regeneroitui optisen Kiasman läpi aivojen rakenteisiin, mukaan lukien SCN, dLGN ja SC, 10 viikkoa näköhermovaurion jälkeen. Histologiset todisteet osoittivat, että uudistuvat aksonipäätteet näyttivät muodostavan synapseja kohdeytimissä. Näin ollen useat synnynnäiset visuaaliset käyttäytymismallit palautuivat osittain, kuten syvyysnäkö, optomotorinen reaktio ja vuorokausirytmin aktiivisuusmallit (de Lima et al., 2012). Myöhemmässä tutkimuksessa, jossa käytettiin samaa kombinatorista lähestymistapaa (Luo et al., 2013), whole-mount tissue clearing ja 3D-kuvantamisanalyysi LSFM: llä osoittivat, että regeneroituvia aksoneja todellakin havaittiin optiseen Kiasmaan ja sen ulkopuolelle. Kuitenkin toisin kuin edellä tutkimuksessa (de Lima et al., 2012), vain joidenkin aksonien havaittiin saavuttavan SCN: n, eikä regeneroivia aksoneja havaittu SCN: n ulkopuolella. Monia aksoneita havaittiin paikoissa, jotka eivät liittyneet optiseen kulkureittiin, mikä viittasi aksonivirheeseen. Samassa tutkimuksessa käytettiin Socs3/Pten double knockout-valmistetta yhdessä CNTF: n kanssa pitkän matkan aksonien uusiutumisen aikaansaamiseksi. Vastaavasti regeneroituvat aksonit saattoivat yltää optiseen Kiasmaan ja ylittää sen, eikä aksoneja löytynyt SCN: n ulkopuolelta. Jotta voitaisiin sulkea pois se mahdollisuus, että kudosselvitysmenetelmä valkaisisi CTB-merkkisignaalin, tutkittiin säännöllisiä koronaalisia aivo-osia. Vastaavasti CTB-merkittyjä regeneroivia aksoneja löytyi lähinnä hypotalamuksen alueelta, SCN mukaan lukien, eikä kaukaisemmissa kohteissa, LGN: ssä ja SC: ssä, havaittu aksoneja.

tuoreessa tutkimuksessa havaittiin jo 3 viikkoa näköhermovaurion jälkeen, että RGC: n hermotoimintaa tehostamalla ja mTOR-signalointia (rheb1-yli-ekspressio) aktivoimalla pitkän matkan aksonien regeneraatio ja oikea reitinsuuntaus kaikkiin tärkeimpiin näkökohteisiin (Lim et al., 2016). Erityisesti hiirillä, jotka saivat visuaalista stimulaatiota ja rheb1-yliekspressiohoitoa, vastamuodostuneet yhteydet saattoivat osittain palauttaa optomotorisen vasteen optokineettisellä refleksianalyysillä (OKR), kun taas pupillien vastetta, syvyysnäköä ja visuaalista pelkoreaktiota ei onnistuttu pelastamaan (Lim et al., 2016). Tutkimus osoitti, että tällainen osittainen toiminnallinen palautuminen saattaa johtua synapsien muodostumisen puutteista, regeneroituvien aksonien riittämättömästä määrästä ja/tai kohteen sisäisestä polunetsinnästä. Yhdessä, tähän mennessä, on vain hyvin vähän tutkimuksia (de Lima et al., 2012; Lim et al., 2016) raportoitu pitkän matkan näköhermon regenerointi osittaisella näkökyvyn palautumisella, joista yhtä tutkimusta ei voitu toistaa toisessa tutkimuksessa (Luo et al., 2013). Siten lisätutkimukset ovat tarpeen vahvistaa, Jos jälkeen intraorbital näköhermon vamman regeneroiva RGC aksonit voidaan oikein ohjata saavuttamaan alkuperäisen innervating tavoitteet aivoissa.

huolimatta merkittävästä edistyksestä RGC-aksonien edistämisessä näköhermovaurion jälkeen näköhermovaurion jälkeen on vaikea tutkia aksonipolun määritystä Kiasmassa ja sitä seuraavassa kohde-reinnervaatiossa, koska aivoihin saapuvien regeneroituvien aksonien määrä on rajallinen. Tällaisen ongelman ratkaisemiseksi, kuten edellä mainittiin yhdessä tutkimuksessa (Li et al., 2015) pre-chiasm näköhermovaurio tehtiin niin, että useampi aksoni pääsi optiseen chiasmiin ja ylitti sen. Tässä tutkimuksessa sarjajaksot osoittivat, että pidemmän ajan kuluttua SCN: n ydinalueella voitiin havaita enemmän regeneroivia aksoneja. Keskittymällä vakavaa kroonista neutropeniaa koskevaan tutkimukseen käytettiin vasta-aineita sekä esisynaptista vesicular glutamate transporter 2: ta (VgluT2) että postsynaptista tiheysmarkkeri Homer1: tä vastaan uuden synapsimuodostuksen merkiksi. Tunnistettiin monia kolmoismerkittyjä (CTB, VgluT2, Homer1) pisteitä, jotka osoittivat eksitatorisia synaptisia paikkoja CTB-positiivisilla regeneroituvilla aksoneilla. GFP: tä koodaavalla pseudokauhuviruksella tehdyt lisäkokeet osoittivat, että regeneroivat RGC-aksonit muodostivat yhteyksiä olemassa oleviin aivopiireihin. Lopuksi, käyttämällä vahingoittuneen silmän valopulssistimulaatiota havaittiin c-Fos-geenin ilmentymistä SCN: ssä hoidon jälkeen, mikä osoitti, että toiminnalliset synapsit uudistuivat SCN: ssä. Lisäksi SCN-neuronien kokosolulaastaritallenteet, joissa oli näköhermostimulaatio, osoittivat Epsc: t, jotka vahvistivat uudistetut eksitatoriset synaptiset yhteydet. Samojen perustelujen pohjalta toinen tuore tutkimus (Bei et al., 2016) hyväksyi optisen tract transection-mallin (proksimaalinen SC: hen), joka vähensi huomattavasti regeneroituvien aksonien ja SC: n välistä etäisyyttä. Tässä tutkimuksessa joko Pten/Socs3: n samanaikainen deleetio CNTF/BCL2: n kanssa tai OPn/IGF1/CNTF: n samanaikainen yliekspressio indusoi retinokollikulaarisen aksonin uudistumista ja toiminnallista synapsien muodostumista optisen kanavan transektion jälkeen. Regeneroituvilla aksoneilla oli kuitenkin heikko sähkönjohtavuus eikä siten onnistunut palauttamaan merkittävää näkökykyä. Yksi mahdollinen syy epäonnistumiseen liittyy todennäköisesti myelinaation puutteeseen. Jännitesalpaajia (4-AP tai 4-AP-3-Me) on käytetty parantamaan multippeliskleroosipotilaiden myeliinittömien aksonien johtumista. Odotetusti 4-AP: n akuutti käyttö paransi merkittävästi sähköjohtumista, mikä lopulta johti näkökyvyn merkittävään palautumiseen. Yhdessä nämä kaksi tutkimusta, joissa aksonivaurio oli lähellä niiden innervating-kohteita, antoivat avaintodisteen siitä, että kun riittävä regeneroituva aksoni voi saavuttaa aivokohteensa, synapsien muodostuminen ja näkökyvyn palautuminen on mahdollista.

yhteenvetona voidaan todeta, että ajan tasalla olevat tiedot tukevat sitä, että 1) kombinatorisilla lähestymistavoilla on mahdollista indusoida pitkän matkan aksonien regeneraatio aivoihin, ja 2) asianmukaisella aksonien ohjauksella ja remyelinaatiolla näkökyky voidaan palauttaa (kuva 2). Silmästä aivoihin-reitti sisältää useita kohderakenteita, jotka liittyvät erilaisiin visuaalisiin toimintoihin, kuten koko eläimen fysiologiseen tilaan, visuaalisesti ohjautuvaan refleksiiviseen käyttäytymiseen ja koodaamaan monimutkaisia visuaalisia ominaisuuksia (Dhande et al., 2015). Siksi optimaalinen ratkaisu näköhermovaurion jälkeiseen toiminnalliseen palautumiseen edellyttää aksonien pitkän matkan regenerointia vammautumiskohdasta aivoihin, asianmukaista aksoniohjausta tiettyjen keskusytimien saavuttamiseksi, toiminnallisten synapsien reformointia sopivien kohteiden kanssa sekä remyelinaatiota sähköisten impulssien muuntamiseksi.

tulevaisuudennäkymät

huolimatta RGC: n uudistumisen merkittävästä edistymisestä viimeisen vuosikymmenen aikana, visuaalisen reitin toiminnallisella korjaamisella on vielä pitkä matka kuljettavanaan. Edellä kuvattujen tutkimusten perusteella tärkeä kysymys on, mihin meidän pitäisi pian mennä. Ensinnäkin, vaikka olemme tunnistaneet monia geenejä, joita voidaan manipuloida parantamaan näköhermon uudistumista, ymmärryksemme solu-ja molekyylimekanismeista, joilla aksonin uudistumista säädellään, on edelleen hajanainen. Esimerkiksi hermosolun kypsymisen aikana mitkä ovat tärkeimmät vaiheet ja olennaiset säätelijät, jotka vähitellen katkaisevat aksonikasvun kyvyn? Mitkä ovat tärkeimmät erot keskushermoston neuronien välillä, jotka menettivät lähes pysyvästi kykynsä tukea aksonien uudistumista, verrattuna niihin, jotka PNS: ssä voivat aktivoida niiden sisäisen kapasiteetin uudelleen? Onko kaikilla saman kudoksen neuroneilla sama kyky tukea aksonien uusiutumista? Miten muut verkkokalvon solut, kuten Müller-solut, amakriinisolut, edistävät RGCs: n aksoninmuodostuskyvyn menetystä kypsymisen aikana ja epäonnistunutta uudistumista vammojen jälkeen? Äskettäin kehitetty multiomics lähestymistapa, kuten RNA -, ATAC, ja Hi-c sekvensointi, joko irtotavarana tai yksisoluinen tasolla, tukee kehittyneitä bioinformatiikka analyysit, ovat erittäin hyödyllisiä työkaluja käsitellä näitä kysymyksiä (Tran et al., 2019). Toisaalta nopeasti päivitetyt CRISPR / CAS9-DCAS9-järjestelmät (Liu et al., 2018; Tian et al., 2019) ovat tulossa kypsiä ja luotettavia tekniikoita, joita voidaan käyttää suuritehoiseen funktionaaliseen seulaan uusista geeneistä, jotka säätelevät RGC: n selviytymistä ja uudistumista. Näiden uusien tekniikoiden soveltaminen ei ainoastaan auta meitä paremmin selvittämään aksonien regeneraation taustalla olevia molekyylimekanismeja, vaan myös opastaa meitä löytämään uusia geenejä ja reittejä, jotka säätelevät RGC: n eloonjäämistä ja uudistumista.

toiseksi, pitkän matkan aksonien uudistumisen jälkeen, seuraava haaste on ohjata regeneroituvia aksoneja saavuttamaan erityiset tavoitteensa aivoissa, muodostamaan toiminnallisia synapseja, remyelinoimaan oikeat aksonit ja palauttamaan erityinen näkökyky. Valitettavasti tämän alan ajantasaista tutkimusta on vielä hyvin vähän. Vaikka muutamissa tutkimuksissa on havaittu näköhermon aksonien pitkän matkan palautumista takaisin kaikkiin aivoytimiin ja jonkin verran näkökyvyn palautumista, tarvitaan lisää tutkimuksia näiden havaintojen vahvistamiseksi. Useat aiemmat tutkimukset (Luo et al., 2013; Yungher et al., 2015; Wang et al., 2020) ovat osoittaneet selvästi, että korkean resoluution 3D-kuvantaminen yksiakselitasolla on optimaalinen lähestymistapa aivojen uudistuvien aksonien liikeratojen seuraamiseen.

kolmanneksi tällä hetkellä käytetyin näkövamman eläinmalli on näköhermon murskaus, joka on kirurgisesti helppo ja toistettavissa. Kuitenkin useita kliinisesti merkittäviä sairauksia johtaa näköhermon vahinkoa, kuten glaukooma, optinen neuriitti, optinen neuropatia, ja näköhermon surkastuminen. Koska eri sairaudet voivat aiheuttaa erilaisia soluvasteita, eri eläinmalleja, jotka jäljittelevät kutakin sairautta, tulisi käyttää ennen mahdollista translaatiota.

Tekijäosuudet

s-GY, C-ML ja F-QZ suunnittelivat, kirjoittivat, tarkistivat ja viimeistelivät käsikirjoituksen. C-PL toimitti käsikirjoituksen. X-QP suunnitteli luvut. Z-QT esitti rakentavia kommentteja. Kaikki kirjoittajat lukivat ja hyväksyivät käsikirjoituksen lopullisen version.

Rahoitus

tähän työhön F-QZ sai tukea NIH: n (National Eye Institute; National Institute of Neurological Disorders and Stroke; R01NS085176, R01EY027347, R01EY030883), Craig H. Neilsenin säätiö (259450) ja Birght Focus Foundation (G2017037). C-ML: ää tuettiin Kiinan tiedeakatemian strategisen Prioriteettitutkimusohjelman (XDA16010302), Kiinan kansallisen keskeisen tutkimus-ja kehitysohjelman (2016yfa0101402) ja Kiinan kansallisen tiedesäätiön (91753140) avustuksilla. S-GY sai tukea Kiinan kansallisen tiedesäätiön apurahalla (81370051).

eturistiriita

kirjoittajat toteavat, että tutkimus tehtiin ilman kaupallisia tai taloudellisia suhteita, joita voitaisiin pitää mahdollisena eturistiriitana.