编者按：老年性白内障（ARC）是全球首位致盲性眼病，手术是唯一有效的干预手段。但是，我国白内障手术的普及率及术后视力良好患者的比例，仍低于WHO的要求。白内障的防治任务任重道远[1]。相比于手术，ARC的基础研究较薄弱。据预测，如果能将ARC的平均发病年龄推迟10年，ARC患者的人数将下降40%，每年可节省大约6亿美元[2]。因此，阐明ARC的发生机制意义重大。近年来，中国人民解放军总医院第三医学中心李朝辉教授团队在探索ARC发生机制的研究中，取得了系列的原创性成果。李朝辉教授团队首次发现并证明，Keap-1/Nrf2/HO-1/CO信号通路可以通过维持晶状体上皮细胞的氧化应激与内质网应激稳态，抑制细胞凋亡及白内障的形成。阐明该通路为ARC防治提供了全新的理论基础与药物干预靶点。
研究的初始：一切源于偶然
李教授回忆，如弗莱明发现青霉素一样，团队的系列研究其实来源于一次偶然的发现。当时友邻单位正在开展HO-1基因对于肿瘤转移调控方面的研究，构建了TgHO-1 G143H 负性显性基因突变小鼠。结果，李教授团队成员意外发现，在小鼠4月龄的时候出现了核性白内障，并随年龄加重（见图1）。既然HO-1酶活性受到抑制可以引起早发性白内障，那么HO-1是否有助于维持晶状体稳态？作用机制又是什么？
图1. TgHO-1小鼠4月时出现轻微核性白内障，晶状体混浊程度随年龄增加逐步加重
既往文献表明，晶状体上皮细胞内氧化应激与内质网应激失衡是诱导晶状体混浊的重要原因。因此，李教授团队重点观察HO-1是否通过维持两者的稳态保护晶状体透明性。体内实验发现，HO-1酶活性降低可以激活内质网应激（见图2）[3]。体外实验发现，HO-1可以通过降低晶状体上皮细胞内氧化应激水平，抑制细胞凋亡（见图3）[4]。上述结果证实，HO-1可以通过抑制氧化应激与内质网应激，维持晶状体透明。
图2. TgHO-1小鼠不同时间点晶状体组织内内质网应激指标蛋白的相对表达量
图3. HO-1激动剂/抑制剂刺激晶状体上皮细胞后，HO-1（绿色）与αB-晶状体蛋白（红色）的免疫共定位图像
研究的深入：兴趣与困惑是最好的老师
虽然发现了HO-1可以降低细胞内氧化应激与内质网应激的现象，但具体机制是什么？是HO-1上游分子介导的吗？还是HO-1的下游分子有特殊作用？为了解开心中的疑惑，李教授团队决定分两步走。
李教授团队首先关注HO-1的上游分子。Keap-1/Nrf2是HO-1的上游调控分子。研究证实，Nrf2可以与细胞核中的ATF4相互结合，在转录水平同时调控抗氧化应激元件（ARE）及内质网应激蛋白的合成，抑制细胞氧化应激与内质网应激（见图4）[5]。
图4. Nrf2与ATF4相互作用调控氧化应激与内质网应激的模式图
其次，李教授团队对HO-1的下游通路充满了好奇。HO-1是降解血红素的限速酶，可以代谢血红素产生一氧化碳（CO）。CO一直被认为是毒性气体，近年才被认为是一种细胞内第二信使，可以调控多种细胞种功能。出于好奇，李教授团队用水溶性一氧化碳缓释分子（CORM-3）预处理晶状体上皮细胞。结果证实，生理剂量的CO可以靶向线粒体，促进线粒体再生，恢复线粒体膜电位（见图5）[6]，从而降低细胞内活性氧簇（ROS）含量，抑制细胞凋亡（见图6）[7]。
图5. CO靶向线粒体的示意图
图6. CO保护晶状体上皮细胞免受氧化应激损伤示意图
上述结果从不同角度阐明了HO-1调控氧化应激与内质网应激的分子机制，使李教授团队的整体研究更加完整。
研究的结果：初见成果，存在更多发展空间
截至目前，李教授团队的这部分基础研究工作已经获得了国家自然科学基金面上项目3项、国家自然科学基金青年基金2项、北京市自然科学基金1项。发表相关SCI论文5篇，其中4篇先后发表于Experimental Eye Research杂志。
该部分研究结果可以说起到了抛砖引玉的作用。通过对Keap-1/Nrf2/HO-1/CO信号通路的深入研究，为下一步的动物实验，甚至药物的设计研发等奠定了重要的基础。同时，李教授团队的这部分实验结果也引起了国外部分晶状体疾病实验室的密切关注，并与国际上的相关结果（铁蛋白稳态与白内障发生的相互作用）相呼应[8-10]，更加完善了晶状体内血红素代谢途径影响ARC发生发展的理论，阐明了可能的作用机制，为下一步更深入揭示ARC的发病机制奠定基础。
故事到此远没有结束。李教授团队认为，在未来还有很多方向值得关注：
（1）Keap-1/Nrf2/HO-1与其他抗氧化通路之间的相互调控及机制研究；
（2）Keap-1/Nrf2/HO-1与线粒体质量控制，如线粒体再生、裂解、融合、自噬之间的相互作用；
（3）Keap-1/Nrf2/HO-1通路与蛋白质翻译后修饰及衰老之间的相关性；
（4）Keap-1/Nrf2/HO-1通过影响非折叠蛋白反应（UPR），调控晶状体发育，可能为晶状体再生提供全新的机制。
小 结
通过学习李朝辉教授团队的科研之路，不难发现，做好基础研究并没有捷径。需要时刻保持灵敏，能够善于发现别人未发现的现象；需要一直努力，不停阅读文献，才会有新的灵感；需要有充足的知识储备，因为只有多学科交叉，才能高屋建瓴；更需要认真工作于临床一线，因为好的研究一定是解决临床的需求！
参考文献
[1]Zhao J, Xu X, Ellwein LB, et al. Cataract surgical coverage and visual acuity outcomes in rural china in 2014 and comparisons with the 2006 china nine-province survey [J]. Am J Ophthalmol, 2018,193(62-70.
[2]Kupfer C. Bowman lecture. The conquest of cataract: A global challenge [J]. Trans Ophthalmol Soc U K, 1985,104 ( Pt 1)(1-10.
[3]Huang Y, Ye Z, Yin Y, et al. Cataract formation in transgenic ho-1 g143h mutant mice: Involvement of oxidative stress and endoplasmic reticulum stress [J]. Biochem Biophys Res Commun, 2021,537(43-49.
[4]Ma T, Chen T, Li P, et al. Heme oxygenase-1 (ho-1) protects human lens epithelial cells (sra01/04) against hydrogen peroxide (h2o2)-induced oxidative stress and apoptosis [J]. Exp Eye Res, 2016,146(318-329.
[5]Ma TJ, Lan DH, He SZ, et al. Nrf2 protects human lens epithelial cells against h2o2-induced oxidative and er stress: The atf4 may be involved [J]. Exp Eye Res, 2018,169(28-37.
[6]Huang Y, Ye Z, Ma T, et al. Carbon monoxide (co) modulates hydrogen peroxide (h2o2)-mediated cellular dysfunction by targeting mitochondria in rabbit lens epithelial cells [J]. Exp Eye Res, 2018,169(68-78.
[7]Huang Y, Ma T, Ye Z, et al. Carbon monoxide (co) inhibits hydrogen peroxide (h2o2)-induced oxidative stress and the activation of nf-kappab signaling in lens epithelial cells [J]. Exp Eye Res, 2018,166(29-39.
[8]Goralska M, Fleisher LN, McGahan MC. Hypoxia induced changes in expression of proteins involved in iron uptake and storage in cultured lens epithelial cells [J]. Exp Eye Res, 2014,125(135-141.
[9]Harned J, Ferrell J, Lall MM, et al. Altered ferritin subunit composition: Change in iron metabolism in lens epithelial cells and downstream effects on glutathione levels and vegf secretion [J]. Invest Ophthalmol Vis Sci, 2010,51(9):4437-4446.
[10]Goralska M, Nagar S, Colitz CM, et al. Changes in ferritin h- and l-chains in canine lenses with age-related nuclear cataract [J]. Invest Ophthalmol Vis Sci, 2009,50(1):305-310.
专家简介
李朝辉
主任医师，现任解放军总医院眼科医学部主任；解放军医学院眼科教研室主任、博士生导师；南开大学医学院博士生导师。是国内知名的白内障专家，主要研究方向是晶状体病学相关基础与临床、眼外伤与显微手术。目前承担科技部国家重点研发计划项目、国家自然科学基金等多项国家级、省部级课题。中华医学会专家会员；中华医学会眼科学分会委员；中国老年医学会白内障学术工作委员会主任委员；中国医师协会眼显微手术专委会主任委员；中国医师协会眼科医师分会常委；北京医学会眼科学分会副主任委员；北京眼科学会副会长等职务。三次荣立三等功；曾获“中华眼科学会奖”及“全国优秀眼科医师”奖；2012-2018年连续7年获中国百强名医白内障专业Top10。
但是，我国白内障手术的普及率及术后视力良好患者的比例，仍低于WHO的要求。白内障的防治任务任重道远[1]。相比于手术，ARC的基础研究较薄弱。据预测，如果能将ARC的平均发病年龄推迟10年，ARC患者的人数将下降40%，每年可节省大约6亿美元[2]。因此，阐明ARC的发生机制意义重大。近年来，中国人民解放军总医院第三医学中心李朝辉教授团队在探索ARC发生机制的研究中，取得了系列的原创性成果。李朝辉教授团队首次发现并证明，Keap-1/Nrf2/HO-1/CO信号通路可以通过维持晶状体上皮细胞的氧化应激与内质网应激稳态，抑制细胞凋亡及白内障的形成。阐明该通路为ARC防治提供了全新的理论基础与药物干预靶点。
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Linda Gareth
2015年3月6日, 下午2:51Donec ipsum diam, pretium maecenas mollis dapibus risus. Nullam tindun pulvinar at interdum eget, suscipit eget felis. Pellentesque est faucibus tincidunt risus id interdum primis orci cubilla gravida.