eLife︱吴文灿/张逸夔/胡杨/李巍/杨健合作原创大动物模型并开发可临床转化的视神经局部治疗新策略
撰文︱李梦云，张逸夔，吴文灿，胡杨，李巍，杨健
责编︱王思珍
五千多年前Edwin Smith首次描述了低温疗法（therapeutic hypothermic，下文简称TH）[1, 2]，但其在中枢神经系统损伤后的临床应用仍存在争议，受到以下两个因素影响：（1）由于许多中枢神经损伤部位位置较深，无法进行局部TH；而采用全身TH，但全身体温下降会增加心肺疾病、凝血功能障碍和电解质紊乱等风险[3]；（2）低温会破坏神经微管，可能抵消TH的益处，为此需要低温保护[4]。
视神经汇集视网膜节细胞的轴突，是研究中枢神经系统轴突损伤的理想组织。但其位于眼眶和颅底的深处，阻碍了局部治疗的开展。经鼻内镜微创手术广泛应用于现代神经外科手术中，如视神经局部肿瘤微创摘除和视神经微创减压等[5-8]。同时远端视神经的大蝶窦为局部治疗提供了足够的空间。那么，如何将经鼻内镜应用于大型动物，同时实现远端视神经的局部TH？
2022年3月30日，温州医科大学附属眼视光医院的吴文灿教授联合合作者在eLife上在线发表了题为“Cold protection allows local cryotherapy in a clinical-relevant model of traumatic optic neuropathy”的文章。该团队利用多年丰富的临床经鼻内窥镜手术经验，原创高度符合外伤性视神经病变（TON）临床特点的大动物模型（山羊、猕猴），并在此基础上原创高度符合临床应用场景的“低温+低温保护（蛋白酶抑制剂PI）联合治疗”，显著保护视神经结构和功能。该文章获邀作为eLife digest文章（类似封面）。吴文灿教授为第一通讯作者，斯坦福大学胡杨教授、美国NEI/NIH李巍研究员、北京理工大学杨健教授为共同通讯作者，张逸夔医生为第一作者并共同通讯作者。
首先，通过筛选猕猴、迷你猪、比格犬、山羊这四种大动物模型，作者明确山羊为相对适合经鼻内窥镜手术的大动物物种（图1）。
图1 四种大动物代表性的头颅CT图像
（图源：Yikui Zhang, et al., eLife, 2022）
作者利用经鼻内窥镜手术微创暴露山羊视神经管（临床TON的损伤灶），构建人工蝶窦以提供充裕的局部诊疗空间（直径约10mm）（图2），并验证上述微创操作对视神经、视网膜的长期安全性。
图2 山羊经鼻内窥镜手术图片
（图源：Yikui Zhang, et al., eLife, 2022）
接着，利用经鼻内窥镜手术，构建高度符合TON临床表现和病程进展时空特点的山羊模型。通过视网膜、视神经不同位置的转录组分析，发现早期损伤局限在视神经管，并富集在炎症、缺血和代谢异常途径，提示早期、局部干预的重要性（图3）。
图3 DEG热图
（图源：Yikui Zhang, et al., eLife, 2022）
作者研发局部低温装置（图4），进行损伤灶“局部低温复合体”治疗（低温+低温保护药物，因为低温对非冬眠动物的神经组织有损伤），发现神经组织形态、功能的显著保护，并探索该“低温复合体”治疗对炎症微环境的作用。
图4 局部低温装置
（图源：Yikui Zhang, et al., eLife, 2022）
最后，利用计算机仿真技术开发虚拟手术路径（图5），并成功探索出猕猴、迷你猪、比格犬、山羊的合适虚拟手术路径和优化的手术器械尺寸，且成功建立猕猴TON模型。
图5 虚拟手术路径
（图源：Yikui Zhang, et al., eLife, 2022）
综上，该研究原创了经鼻内窥镜下外伤性视神经病变（TON）大动物模型；并原创损伤灶“局部低温复合体”治疗，揭示其对神经组织结构和功能显著保护作用。审稿人评价：“The study represents a significant step forward in the use of therapeutic hypothermia in the treatment of ocular conditions and is of interest to neurobiologists studying therapeutic interventions for acute trauma to the optic nerves or to other regions of the central nervous system”。
本研究提出的局部治疗策略有望为临床TON和其他中枢神经系统损伤疾病提供经济、有效的治疗策略；为了实现临床意义的眼-脑功能重建，还需要后续更深入的研究。该研究具有鲜明的“从临床出发，进行基础研究建模，并开发可临床转化的治疗新策略”特点。根据TON临床特点和团队丰富的临床经鼻内窥镜微创手术经验，原创了TON大动物模型。在该模型上，可进行高度类似临床应用场景的视神经局部保护和视神经再生新技术的开发和临床转化，开启了视神经微创、精准局部治疗的新领域。
原文链接：https://elifesciences.org/articles/75070
通讯作者 从左到右：吴文灿、李巍、胡杨、杨健、张逸夔
（照片提供自：温州医科大学吴文灿实验室）
吴文灿现任温州医科大学附属眼视光医院院长，国际眼-鼻微创外科创始人，国家“十三五”、“十四五”重点研发计划首席科学家，入选第九届国家卫生健康突出贡献中青年专家；胡杨，斯坦福大学眼科副教授（Tenured）；李巍，NEI/NIH资深研究员；杨健，北京理工大学特聘教授，国家杰出青年科学基金获得者；张逸夔，温州医科大学附属眼视光医院副研究员，曾获美国NEI/NIH年度唯一最佳学术报告奖（博士后组）。相关动物研究在温州医科大学附属眼视光医院/眼视光学和视觉科学国家重点实验室完成。
【1】Cereb Cortex︱突触后缺陷及多动性神经精神障碍相关异常行为新机制：Sapap4基因缺失
【2】PNAS︱肯特州立大学教授揭示了有关控制生殖能力的脑细胞的重要调节
【3】Front Neurosci︱抑郁症患者在双侧尾状核和后扣带回存在性别差异
【4】PNAS︱钙激活钾离子通道BK在失神癫痫和运动障碍中的神经机制
【5】STAR Protocols︱脑内定点给药研究奖赏搜索行为机制的方案
【6】Nat Rev Neurosci 综述︱李毓龙团队应邀撰写神经递质检测新技术的研究综述
【7】Nat Commun︱管吉松课题组发现海马体对记忆存储的重要索引机制
【8】Nat Commun︱小动物自由状态大脑皮层活动监测技术新进展：智能光纤双光子显微镜
【1】学术研讨会系列︱利用脑深部成像技术来可视化下丘脑中控制生育功能的模式化活动
优质科研培训课程推荐【1】膜片钳与光遗传及钙成像技术研讨会 5月14-15日 腾讯会议
【2】科研技能︱第四届近红外脑功能数据分析班（线上：2022.4.18~4.30）
【3】科研技能︱磁共振脑网络分析入门班（线上：2022.4.6~4.16）
参考文献（上下滑动阅读）
1.Wang H, Olivero W, Wang D, Lanzino G. Cold as a therapeutic agent. Acta Neurochir (Wien)2006 2006/05/01;148(5):565-70.
2.Martirosyan NL, Patel AA, Carotenuto A, Kalani MY, Bohl MA, Preul MC et al. The role of therapeutic hypothermia in the management of acute spinal cord injury. Clin Neurol Neurosurg2017 Mar;154:79-88.
3.Schubert A. Side effects of mild hypothermia. Journal of neurosurgical anesthesiology1995 Apr;7(2):139-47.
4.Ou J, Ball JM, Luan Y, Zhao T, Miyagishima KJ, Xu Y et al. iPSCs from a Hibernator Provide a Platform for Studying Cold Adaptation and Its Potential Medical Applications. Cell2018 May 3;173(4):851-63.e16.
5.Chamoun R, Couldwell WT. Practical and technical aspects of trans-sphenoidal surgery. J Neurosurg Sci2011 Sep;55(3):265-75.
6.Casler JD, Doolittle AM, Mair EA. Endoscopic surgery of the anterior skull base. Laryngoscope2005 Jan;115(1):16-24.
7.Goudakos JK, Markou KD, Georgalas C. Endoscopic versus microscopic trans-sphenoidal pituitary surgery: a systematic review and meta-analysis. Clin Otolaryngol2011 Jun;36(3):212-20.
8.Yan W, Chen Y, Qian Z, Selva D, Pelaez D, Tu Y et al. Incidence of optic canal fracture in the traumatic optic neuropathy and its effect on the visual outcome. The British journal of ophthalmology2017;101(3):261-67.
制版︱王思珍
本文完