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目的:研究LGR4/GPR48(Leucine-richrepeat-containingGprotein-coupledreceptor4)在小鼠眼睑发育过程中的表达部位以及LGR4基因敲除小鼠的眼睑发育异常特点。
方法:采用由基因捕获技术制备的12901a×C57BL/6背景的LGR4基因敲除杂合子小鼠(LGR4+/-)进行扩群繁殖并应用三重PCR技术鉴定小鼠基因型(图1);应用LacZ染色法观察不同发育阶段(胚胎第12.5天、14.5天、16.5天以及出生第1天和成年)小鼠眼部LGR4的表达细节;应用H&E染色法观察LGR4基因敲除纯合子小鼠(LGR44-/-)眼睑发育异常的特点,应用PAS染色法观察在正常小鼠眼睑重开阶段(即出生后2周左右),同窝仔LGR4a-/-小鼠上下眼睑结膜杯状细胞数量的改变。
结果:
(1)对LGR4+/-小鼠进行LacZ染色发现,LGR4在小鼠眼睑部位的表达具有时空特性。在胚胎第12.5天时即可观察到LGR4在小鼠眼内广泛表达(染成蓝色,图3),并高度表达于眼睑表皮基底层及间质细胞。在胚眼发育过程中,眼睑和眼球之间向内部皱褶形成眼睑沟,我们观察发现LGR4在此沟的上皮组织中表达尤为丰富。在胚胎第14.5天,LGR4在眼睑尖端的表皮基底层及间质细胞中的表达占优势。而在胚胎第16.5天时,LGR4主要表达于临近融合眼睑结合部位的表皮基底层及间质细胞中。随着眼球各种组织的发育成熟,LGR4在眼部的表达亦开始具有组织及细胞特异性:在成年小鼠(8周龄)可观察到LGR4仅表达于角膜上皮,虹膜上皮,睫状体,晶状体上皮及视网膜的神经节细胞层、内核层和色素上皮层。
(2)LGR4-/-小鼠出生时眼睑呈开放状态(eye-openatbirth,EOB),而此时正常小鼠眼睑呈融合状态。进一步研究发现,在胚胎第14.5天,正常小鼠眼睑沟形成,上下眼睑前缘开始从眼睑原基部位伸展开来形成上皮细胞嵴,并开始向角膜中央相向增殖及迁移,而此时LGR4-/-小鼠胚胎的眼睑沟看起来比正常同窝仔浅,而且没有形成突出的眼睑前缘(图4.B.B)。在胚胎第16.5天时,正常同窝对照小鼠上下眼睑已发生融合,并可见周皮细胞簇堆积于融合的眼睑外表面,而在LGR4-/-小鼠中虽可观察到眼睑前缘细胞向角膜中央部位的移行生长趋势,却最终并未形成融合的眼睑(图4.C,C)。胚胎第16.5天和新生的LGR4-/-小鼠中分别有100%和65%的眼睑闭合不全发生率。
(3)组织学切片显示,大多数新生及成年的LGR4-/-小鼠发生了角膜新生血管、角膜混浊、角膜溃疡及瘢痕等角膜病理改变(图5)。在正常小鼠眼睑重开阶段(出生后2周左右),LGR4-/-小鼠上下眼睑的结膜杯状细胞数量分别较正常同窝对照小鼠有明显减少(P<0.05)。
结论:
(1)LGR4在小鼠眼部发育早期即有广泛表达,并在增殖活跃的眼睑上皮细胞等部位表达尤为丰富,提示其对眼部发育尤其眼睑发育的重要作用。
(2)LGR-/-小鼠眼睑发育缺陷,在胚胎晚期发育阶段(大约胚胎第16.5天)其上下眼睑不能正常融合,从而发生出生时眼睑开放表型即EOB,提示LGR4在眼睑融合过程中可能发挥重要调控作用。
(3)具有EOB表型的LGR4-/-、鼠大多表现出角膜及结膜等眼表组织的非特异性病理改变,提示LGR4对于维持正常眼表环境稳定具有重要意义。