整合转录组和代谢组分析揭示两种培养条件下RPE细胞截然不同的能量代谢特征和功能特性

为什么眼睛的支持细胞和实验室“配方”很重要

在我们眼睛的感光细胞背后，有一层薄而关键的组织，称为视网膜色素上皮（RPE）。当这些支持细胞功能失常时，会导致诸如与年龄相关的黄斑变性等疾病中的视力减退。科学家现在可以在实验室中从干细胞培养出RPE细胞用于研究和潜在的移植，但他们使用不同的营养“配方”来维持这些细胞。本文提出了一个看似简单但影响深远的问题：这些配方在多大程度上改变了细胞的本质及其行为？

两种培养同一类眼细胞的方法

研究人员以人诱导多能干细胞为起点，这类细胞几乎可以被引导分化为任何细胞类型，并将其诱导为类似RPE的细胞。随后，他们将这些RPE细胞分别维持在两种常用的培养基中：一种基于一种名为B27的添加剂，另一种使用一种称为KSR的成分。乍一看，两组细胞在外观和行为上都像RPE：形成单层、产生色素，并能够吞噬退化的光感受器细胞碎片——这是RPE在眼内的一项关键功能。但更仔细的观察显示出明显差异。B27培养的细胞色素更深并形成更紧密的屏障，而KSR培养的细胞则在视觉循环相关蛋白的信号上更强，视觉循环是将光转化为视觉的化学步骤。

类似细胞中的不同能量选择

为了超越表面表型，研究团队结合了两种强有力的方法：测量全基因组范围内哪些基因处于活跃状态（转录组学）以及细胞代谢相关的小分子存在哪些（代谢组学）。这些“多组学”层面共同勾画出细胞如何产生和利用能量的图景。处于B27培养基中的RPE细胞倾向于在细胞质内快速分解葡萄糖，即被称为糖酵解的代谢通路，并更倾向于合成脂肪以储存。相比之下，KSR培养的RPE细胞更偏向在线粒体中更完全地燃烧脂肪酸，并将其导向氧化能量产生。换言之，两种培养条件将相同起点的细胞推向了不同的能量使用偏好。

能量使用如何塑造结构与屏障

细胞选择燃料的方式与其作为组织的组织结构紧密相关。以糖酵解为主的B27培养细胞，激活了更多调控细胞外基质的基因——细胞外基质是支撑并粘连细胞的蛋白和纤维网络。这些细胞在细胞层之间显示出更高的电阻值，这是评价其形成类似于眼内屏障能力的一种指标。当科学家用化学方法减缓B27细胞的糖酵解时，这些基质基因的表达下降，屏障变得更薄弱，提示快速的葡萄糖驱动状态有助于构建和维持细胞间的稳固封闭。

另一种培养基下更依赖氧气的模式

KSR培养的细胞则呈现不同的画面。它们的内部化学特征显示游离脂肪酸及将这些脂肪输送到线粒体所需关键成分的含量更高。与那些在该过程中停滞时容易积累的脂肪酸相关中间产物相比，这些中间体更少，暗示脂肪燃烧更为高效。细胞中供给最终能量产生机制的分子含量也更高，并且上调了更多与氧化磷酸化相关的基因——氧化磷酸化是使用氧气产生大部分细胞ATP（能量通货）的过程。有趣的是，两组细胞在代谢中枢——三羧酸（TCA）循环上的活性大致相似，表明不同之处主要在于输入燃料的种类及其向下游能量转换的偏向。

对疾病模型与未来治疗的意义

对非专业读者而言，关键结论是：实验室条件不仅仅是让RPE细胞存活——它们还在决定这些RPE细胞会成为什么样的细胞。一种培养基将细胞推向以葡萄糖驱动、注重屏障功能并具有更强结构特征的状态，而另一种则鼓励细胞进入以脂肪燃烧、线粒体为中心的状态，这可能更贴近RPE作为光感受器能量伙伴的角色。没有一种培养条件能完全再现人体眼内的环境，但每种条件都捕捉到了正常RPE行为的不同侧面。作者主张，在使用干细胞来源的RPE研究致盲性疾病或为移植准备细胞时，认识并有意选择这些代谢“个性”将至关重要，因为恰当的屏障强度与能量支持平衡可能有助于保护视力。

引用: Zhang, F., Wang, C., Tang, Q. et al. Integrated transcriptomic and metabolomic analyses reveal distinct energy metabolic signatures and functional properties of RPE cells under two culture conditions. Sci Rep 16, 11992 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-39689-9

关键词: 视网膜色素上皮, 干细胞来源的RPE, 细胞代谢, 与年龄相关的黄斑变性, 细胞培养条件