酸素誘発性網膜症マウスモデルにおける網膜形態と機能の長期評価

Long-term evaluation of retinal morphology and function in a mouse model of oxygen-induced retinopathy.

• Olachi J Mezu-Ndubuisi
• Erica L Macke
• Raja Kalavacherla
• Amy Amanda Nwaba
• Andrew Suscha
• Ismail S Zaitoun
• Akihiro Ikeda
• Nader Sheibani

抄録

目的:

未熟児網膜症（ROP）は、重篤な治療のために使用される高濃度の酸素に反応して未熟児の網膜血管の異常な状態であり、失明の原因となる可能性がある。血管異常を緩和する治療法が評価されているが、治療を受けた患者やROPが退行した患者では機能障害が残ることが多い。本研究では、酸素誘導性虚血性網膜症（OIR）のマウスモデルを用いて、網膜の形態および機能に対する高酸素の長期的転帰を調べた。

Purpose: Retinopathy of prematurity (ROP) is a condition of aberrant retinal vascularization in premature infants in response to high levels of oxygen used for critical care that can potentially cause blindness. Although therapies to mitigate vascular abnormalities are being evaluated, functional deficits often remain in patients with treated or regressed ROP. This study investigated long-term outcomes of hyperoxia on retinal morphology and function using a mouse model of oxygen-induced ischemic retinopathy (OIR).

方法:

22匹のマウスを77％の酸素に曝露してOIRを誘導し、23匹の年齢をマッチさせた対照マウスを室内空気（RA）中で飼育した。In vivoフルオレセイン血管造影（FA）、スペクトル領域光干渉断層撮影（SD-OCT）、焦点型網膜電図（fERG）をP19、P24、P32、P47で実施し、その後、網膜形態学的評価、グリア症、ミクログリア活性化、アポトーシスの組織学的評価を行った。

Methods: Twenty-two mice were exposed to 77% oxygen to induce OIR, while 23 age-matched control mice were raised in room air (RA). In vivo fluorescein angiography (FA), spectral-domain optical coherence tomography (SD-OCT), and focal electroretinography (fERG) were performed at P19, P24, P32, and P47, followed by histological assessments of retinal morphology, gliosis, microglia activation, and apoptosis.

結果:

OIRマウスのFAは末梢血行再建にもかかわらず毛細血管の萎縮を示した。網膜内側の菲薄化はSD-OCTで検出され、外側と内側の網膜機能障害はfERGで示された。OIRマウスの組織学的検査では、網膜は薄く、無秩序な構造を示した。免疫組織化学的には、P19からP47までの年齢の上昇とともにグリア症、ミクログリア活性化、アポトーシスの増加が認められた。また、OIRマウスでは、杆体光受容細胞と杆体双極細胞の間のシナプスが異所性に局在していた。

Results: FA in OIR mice showed capillary attrition despite peripheral revascularization. Inner retina thinning was detected with SD-OCT; outer and inner retinal dysfunction were demonstrated with fERG. Histology of the OIR mice exhibited a thin, disorganized structure. Immunohistochemistry showed increased gliosis, microglial activation, and apoptosis with increasing age from P19 to P47. The synapses between rod photoreceptor cells and rod bipolar cells were ectopically localized in the OIR mice.

結論:

我々は、OIR網膜における持続的な異所性シナプスの組織学的証拠、細胞アポトーシスの長期化、グリアーシスを実証し、それは、毛細血管の萎縮、網膜内側の菲薄化、および末梢血管の完全な再灌流にもかかわらず機能不全の長期的なin vivo証拠と一致した。これらの持続的な表現型の根底にあるメカニズムをさらに研究することで、未熟児網膜症の病態の理解が深まり、未熟児の視覚機能を維持するための新たな治療標的につながる可能性がある。

Conclusions: We demonstrated histological evidence of persistent ectopic synapses, prolonged cellular apoptosis, and gliosis in the OIR retina that corresponded with long-term in vivo evidence of capillary attrition, inner retinal thinning, and dysfunction despite full peripheral revascularization. Further studies on the mechanisms underlying these persistent phenotypes could enhance our understanding of ROP pathogenesis and lead to new therapeutic targets to preserve visual function in premature infants.

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