Modificările retiniene pot servi ca indicator precoce pentru boala Alzheimer

Boala Alzheimer este o afecțiune neurodegenerativă asociată cu deteriorări cognitive progresive, iar varianta genetică Apolipoproteina E ε4 (APOE4) este considerată unul dintre cei mai importanți factori de risc pentru forma tardivă a bolii. În ultimii ani, au fost create modele murine knock-in pentru a înlocui gena murină \emph{Apoe} cu secvența umană APOE4 (respectiv APOE3 ca control), în vederea studierii proceselor similare celor din Alzheimer cu debut tardiv. În acest studiu, publicat în Alzheimer's & Dementia, s-au investigat efectele APOE4 asupra retinei la șoareci cu vârste de 12-13 luni (52-57 săptămâni), urmărind modificările structurale, vasculare și funcționale ale retinei, precum și corelările cu inflamația și expresia genică.

Metodologie

• Șoareci knock-in APOE4 și APOE3: grupe homozigote pentru APOE3 (control) și APOE4, cu vârsta 52-57 săptămâni. Toate experimentele au fost efectuate conform ghidurilor ARVO și NIH pentru cercetare pe animale.
• Evaluări retiniene:
  • Tomografia cu coerență optică (OCT) și fund de ochi: măsurarea grosimii totale a retinei, grosimea stratului intern și extern, examinarea vaselor mari și a eventualelor leziuni retiniene.
  • Angiografie fluoresceină (FA): examinare a permeabilității vasculare și a tortuozității.
  • Electroretinografie (ERG): măsurarea amplitudinilor a-wave (fotoreceptori) și b-wave (celule bipolare) sub condiții scotopice și fotopice. Potențiale oscilatorii au fost de asemenea analizate.
  • Răspunsul optomotor (OMR): determinarea acuității vizuale (în cpd) și a sensibilității la contrast.
• Analize histologice și moleculare:
  • Imunofluorescență: markeri GFAP (astrocite), PKCα (celule bipolare) și numărarea stratului fotoreceptorilor (ONL).
  • qRT-PCR: exprimare IL-1β, IL-6 (inflamație), gene candidate rezultate din secvențiere ARN (CRYAA, LTBP2 etc.).
  • Transcriptomică (mRNA-seq): analiza căilor moleculare, superpunerea cu date similare din creier (APOE4 vs APOE3) pentru a identifica gene comune.

Rezultate principale

1. Scăderea grosimii retinei la șoarecii APOE4

• OCT a arătat o reducere semnificativă a grosimii retinei totale (p < 0.05) și a stratului intern (p < 0.0001) la APOE4 față de APOE3. Stratului extern a fost ușor mărit, dar nesemnificativ statistic.
• Nu s-au observat leziuni evidente pe fundus la majoritatea șoarecilor, cu excepția ~14% șoareci APOE4 ce prezentau anomalii severe și ERG abolite.

2. Modificări vasculare retiniene: tortuozitate crescută

• Fluoresceină angiografie (FA) nu a relevat scurgeri vasculare, dar s-a înregistrat o tortuozitate crescută a vaselor la APOE4 (p < 0.05), sugerând posibile disfuncții vasculare precoce.
• Nu au fost diferențe semnificative în lățimea venoasă maximă ori în aria vasculară/avasculară.

3. Deficite funcționale retiniene: ERG scăzut

• Scotopic ERG:
  • a-wave (rods) scăzută la intensitatea luminoasă mai mare (2.5 cd.s/m2);
  • b-wave (celule bipolare) scăzută la 0.25 cd.s/m2;
  • timpul implicit b-wave mărit la toate intensitățile, sugerând întârziere de transmisie.
• Fotopic ERG:
  • Amplitudinile a-wave și b-wave neschimbate, însă timpul implicit crescut la intensități luminoase ≥5.0 cd.s/m2;
  • Oscillatory potentials neschimbate la amplitudine, dar timpul implicit mai lung la anumite intensități.
• Histologie: rod bipolar dendrites (PKCα+) scurtate, fotoreceptorii (nuclei ONL) reduși numeric la APOE4.

4. Scăderea acuității vizuale și a sensibilității la contrast

• OMR: vizual acuity (în cpd) și contrast sensitivity sunt ambele scăzute semnificativ la APOE4 vs APOE3 (p < 0.05).

5. Inflamație retiniană și gliosis în APOE4

• GFAP crescut (reactivitate astrocitară), fără alterări evidente ale Müller glia;
• Pro-inflamator: IL-6 și IL-1β crescute la nivelul transcriptului (p < 0.05).

6. Analiza transcriptomică: sinaptogeneză și receptori glutamat downregulate

• mRNA-seq identifică 7343 gene exprimate semnificativ în retinele APOE4 vs APOE3. Dintre acestea, 329 upregulated și 215 downregulated cu fold > 2.
• Gene up: CRYAA, CRYBB2, CRYBA1, CRYGS, SLURP1 - implicate în procese de protecție/stres celular.
• Gene down: LTBP2, FBLN1, MFAP4, OPTC, BEST2 - legate de structura/ECM și transport ionic.
• Analiza căii ingeniozității (IPA) arată reducerea sinaptogenezei, alterări în calea receptorilor glutamat și alte căi neuronale. Aceasta corespunde cu scăderea ERG.

7. Comparație creier - retină: 97 gene comune

• Datele creierului (la vârsta 8-9 săptămâni) au fost comparate cu cele retiniene (52-57 săptămâni). S-au găsit 97 gene comune modulate, dintre care 49 au trend similar și 48 au trend diferit între creier și retină.
• Căile comune includ CREB signaling, FAK signaling, phagosome formation etc., dar nu neapărat aspecte sinaptice, probabil din cauza diferenței de vârstă și stadiu de boală.

Concluzii și implicații

• La șoarecii APOE4 (52-57 săptămâni) apar deja deficite structurale (subțiere retină), funcționale (ERG scăzut), vasculare (tortuoase), inflamatorii (GFAP, IL-6, IL-1β) și scăderea acuității vizuale/contrastului - toate sugerând că retina suferă modificări precoce înainte de manifestările cognitive majore.
• Disfuncția retiniană ar putea constitui un biomarker timpuriu pentru dezvoltarea Alzheimer, complementând testele de memorie. În plus, OCT și ERG pot fi instrumente neinvazive utile la pacienți.
• Rezultatele oferă o perspectivă asupra mecanismelor prin care APOE4 contribuie la degenerescență retiniană și subliniază importanța testelor oftalmologice ca indicatori ai progresiei Alzheimer de tip tardiv.