线粒体基因调控异常与免疫细胞失衡在视网膜色素变性中的关联机制研究

《Molecular Neurobiology》：Linking Mitochondrial Gene Dysregulation to Immune Cell Shifts in Retinitis Pigmentosa

　　本研究针对视网膜色素变性(RP)中线粒体功能障碍与免疫炎症反应间的相互作用机制这一科学难题，通过整合转录组学和免疫细胞浸润分析，首次系统揭示了RP模型中10个线粒体枢纽基因（如Uqcrh、Cox5b）与中性粒细胞/γδ T细胞升高、调节性T细胞/静息NK细胞降低等免疫细胞动态变化的显著相关性。研究发现四个关键线粒体基因（Uqcrh、Cox4i1、Uqcrb、Cox5b）的表达水平与视网膜外核层（ONL）厚度和ERG a-b波振幅呈强负相关，为理解RP发病机制提供了新的免疫代谢视角，并为开发靶向线粒体-免疫互作的疗法奠定了理论基础。

　　

视网膜色素变性（Retinitis Pigmentosa, RP）作为遗传性致盲眼病，全球患病率约1/4000，其核心病理特征表现为进行性光感受器细胞和视网膜色素上皮（RPE）细胞凋亡。尽管基因疗法已成功应用于RPE65突变型RP患者，但面对60多个致病基因的异质性及晚期视网膜不可逆损伤，现有治疗仍面临巨大挑战。近年研究发现，线粒体能量代谢异常与免疫微环境紊乱在RP进展中扮演关键角色——受损线粒体产生的活性氧（ROS）可激活NF-κB等炎症通路，而胰岛素抵抗相关的代谢紊乱又会破坏调节性T细胞（Tregs）功能。然而，这两大病理过程如何相互交织形成恶性循环，始终是领域内亟待破解的黑箱。

为揭开这一谜团，研究团队在《Molecular Neurobiology》发表的最新研究中，采用皇家外科学院（RCS）大鼠模型模拟人类RP病程。该模型因Mertk基因缺失引发RPE细胞吞噬功能障碍，能重现典型的光感受器退化过程。研究人员通过多组学整合分析策略，首次绘制出线粒体基因表达与免疫细胞浸润的动态关联图谱。

关键技术方法包括：对RCS与RDY对照大鼠视网膜组织进行RNA测序（12GB/样本，深度4000万读长），利用MitoCarta3.0数据库筛选线粒体相关差异表达基因（MitoDEGs）；通过STRING数据库构建蛋白互作（PPI）网络并采用CytoHubba插件识别枢纽基因；运用ImmuCC算法解析25种免疫细胞浸润比例；结合光学相干断层扫描（OCT）、视网膜电图（ERG）和组织形态计量验证基因表达与功能表型的关联。

转录组 alterations between RP and normal rat retinas

主成分分析显示RP与对照组视网膜转录组呈现明显分离（PC1=40.6%方差）。共鉴定3073个差异表达基因（DEGs），其中1519个下调、1554个上调。基因集富集分析（GSEA）显著富集于先天/适应性免疫应答、淋巴细胞介导的免疫等通路，同时视觉感知相关通路明显失调。KEGG分析提示氧化磷酸化（Oxidative phosphorylation）和抗原提呈通路异常活跃，线粒体复合体I亚基Ndufa4和复合体IV亚基Cox6a1等关键基因表达紊乱。

Identification of mitochondrial hub genes and regulatory networks in RP

通过MitoCarta3.0数据库交集筛选获得280个MitoDEGs（84下调/196上调）。PPI网络分析发现包含34个节点、1100条边的核心模块，最终锁定10个枢纽基因（Ndufb5、Uqcrh等）。RT-qPCR验证显示Uqcrh、Cox4i1、Uqcrb和Cox5b在RP组表达显著降低（q<0.05）。调控网络预测揭示14个转录因子（如Yy1、Sox2）和148个miRNA可能参与调控，其中rno-miR-149-3p可同时靶向Ndufb7、Uqcrb和Cox5b。

Immune cell infiltration in RP

免疫浸润分析发现RP组肥大细胞、M0巨噬细胞、Treg细胞等7种免疫细胞比例显著变化（q<0.05）。相关性网络显示浆细胞与初始B细胞呈最强正相关（r=0.997），而M0巨噬细胞与活化CD8⁺ T细胞呈最强负相关（r=-0.987），提示免疫抑制微环境特征。

Relationship between hub MitoDEGs and immune cells

Cox5a与促炎型M0巨噬细胞呈正相关，而与初始CD4⁺ T细胞负相关；Cox5b与静息NK细胞、未成熟树突状细胞负相关；Ndufb7与抗炎型M2巨噬细胞正相关。这些关联揭示了线粒体电子传递链功能状态与免疫细胞极化间的精密偶联。

Retinal morphological and functional features in RP rats and relationship with hub MitoDEGs

组织学显示RP组外核层（ONL）厚度减少38%-52%，光感受器细胞数量显著降低。ERG检测发现暗适应与明适应a-b波振幅下降超70%。尤其值得注意的是，Cox5b表达与ERG波幅呈现极强负相关（暗适应r=-0.990，p<0.001），表明该基因可能成为评估疾病进展的敏感生物标志物。

本研究通过多维度数据整合，首次构建了RP中线粒体-免疫互作的分子网络图谱。四个关键枢纽基因（Uqcrh、Cox4i1、Uqcrb、Cox5b）不仅与视网膜结构和功能损伤程度高度相关，更通过调节巨噬细胞极化、T细胞亚群平衡等免疫途径参与疾病进程。分子对接预测发现萜品司他丁（TERPESTACIN）与UQCRB结合能达-8.785 kcal/mol，为靶向干预提供了候选化合物。尽管研究存在模型单一、微glia细胞未纳入分析等局限，但其揭示的免疫代谢调控机制为开发联合靶向线粒体功能与免疫微环境的RP治疗策略开辟了新路径。