汪浩教授:PARP1在DR中的生物学功能及机制研究​

  • 2023-10-31 17:35:00
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编者按:根据IDF调研,2021年全球20-79岁成人中糖尿病发病率高达10.5%,预计2045年将达到12.2%。糖尿病视网膜病变(DR)是糖尿病最常见的眼部并发症,是工作年龄成人(20-65岁)视力下降的主要原因。一直以来,眼科学界都在积极探索可能导致DR发病和进展的可能因素,以发掘更为有效的治疗靶点和策略。中华医学会第二十七次全国眼科学术大会(CCOS2023)上,同济大学附属第十人民医院汪浩教授报告了团队开展的一项基础研究,证实了导致DR进展的一种可能机制,为治疗带来新的启示。


主要结果预览

1.PARP1在DR中有促进纤维化、炎症及视网膜内皮细胞凋亡的作用。

2.高糖状态下,m6A识别蛋白YTHDF2通过识别m6A修饰的PARP1 进而影响其稳定性。

3.PARP1通过激活FAK/AKT通路调控DR的进展。


础研究为DR发病机制的探索推开一扇扇新的窗口

缺血诱导的新生血管和视网膜纤维血管膜相关的细胞外基质增生是增生性糖尿病视网膜病变(PDR)的主要特点,并引起视网膜纤维化及牵拉性视网膜脱离。持续的轻度炎症反应和新生血管在PDR进展中起到关键作用。


有众多研究表明,聚腺苷二磷酸核糖聚合酶1(PARP1)参与多种病理生理过程,如微血管病变、心血管疾病(心力衰竭)、呼吸系统疾病(肺纤维化、哮喘等)、消化系统(肝纤维化)、泌尿系统(糖尿病肾病等)等,糖尿病肾病的研究中PARP抑制剂可以减少IV型胶原而减少糖尿病性肾病纤维化。


N6-腺苷酸甲基化修饰(m6A),是腺苷酸第六位N处发生甲基化,是真核细胞mRNA的最广泛的转录修饰。M6A修饰由阅读蛋白识别,参与RNA分割、转运、稳定与表达,起到重要调控作用。既往已有研究证实,PARP1通过调控GAPDH激活多元醇通路、糖基化终末产物、蛋白激酶C及氨基己糖这四条经典途径,促进DR进展;PARP1激活NF-κB,调控ET-1、TNF-α、IL-6等炎症因子表达,影响DR的进展;FAK/AKT信号传导通路可促进细胞凋亡,被认为参与了早期DME和DR的进展;然而高糖状态下PARP1是否激活FAK/AKT信号传导通路而促进DR进展,需要进一步探究。


PARP1在DR中生物学功能及机制的创新研究

为探讨PARP1对DR纤维化、炎症反应等相关因子表达的影响,及PARP1通过FAK/AKT通路对DR的调控机制。同济大学附属第十人民医院汪浩教授、刘国栋,携同宁海县第一医院孙静辉医师开展了此项研究。研究团队收集同济大学附属上海市第十人民医院眼科2020年12月到2021年10月PDR患者和特发性黄斑前膜或黄斑裂孔患者各10例。人视网膜微血管内皮细胞(hRMECs)购自中国科学院细胞资源中心,上海市第十人民医院培养和保存,半年进行一次STR鉴定。雄性Wistar大鼠(n=30,6-8周龄)购自中国北京查士利华有限公司,分NC、DR和DR+PARP1抑制剂治疗组,建模成功后提取大鼠视网膜和玻璃体标本。

采用的研究方法

目的基因敲减慢病毒转染、Western Blot 蛋白印迹实验、实时荧光定量PCR(qRT-PCR)检测、细胞凋亡检测、RNA甲基化免疫共沉淀、斑点杂交实验(dot blot)。


检测指标与意义

ET-1:内皮素-1(endothelin-1):可致血管强烈收缩,引起视网膜缺血,增加局部无灌注区,促进DR进展;
NF-κB:核转录因子,由P50和P65两个亚基组成。参与细胞生长、分化、黏附、凋亡及炎症反应;

MMP2、MMP9:基质金属蛋白酶。MMP2、MMP9诱导细胞凋亡,并降解细胞外基质,促进新生血管生长;

FN1:纤连蛋白-1;α-SMA:平滑肌肌动蛋白-α;Col-1:胶原蛋白-1;以上三个指标与纤维化相关。


研究结果

■PARP-1敲减慢病毒转染hRMECs的状态;

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■PARP-1敲减慢病毒感染hRMECsPARP-1蛋白表达水平;

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■通过dot blot检测发现,高糖(25 mM)环境下,hRMECs mRNA整体m6A修饰水平上调;


■利用在线m6Avar数据库预测发现PARP1的m6A修饰位点;

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■高糖状态下,PARP1可以激活FAK/AKT通路;

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与既往研究相似,本研究证实PARP1激活了经典的NF-κB炎症信号通路,提示PARP1参与糖尿病应激后炎症反应。但与既往研究不同的是,本研究体外细胞与在体动物实验主要聚焦于PARP1参与高糖环境下纤维化相关因子表达,提示PARP1可能调控DR的细胞外基质增生。在糖尿病或高糖状态下,可能存在其他的PARP1代谢机制。在一项肿瘤研究中,发现PARP1 mRNA m6A修饰可改变PARP1 mRNA半衰期,上调PARP1表达。


PARP1——DR诊治的潜在新靶点

本研究首次证实,高糖促进PARP1 mRNA m6A修饰,低m6A修饰不利于PARP1表达,提示高糖环境下PARP1的表达受m6A修饰的调控。高糖状态下YTHDF2表达下调,过表达YTHDF2不利于延长PARP1 mRNA半衰期。提示高糖状态下,PARP1的稳定性受m6A调控,而YTHDF2通过识别PARP1 m6A修饰加速PARP1 mRNA降解。


本研究利用FITC-右旋糖酐球后注射以显影眼底血管,PARP1抑制剂3-AB可抑制糖尿病大鼠视网膜血管渗漏,提示PARP1参与DR的血视网膜屏障破坏。FAK/AKT通路激活可促进细胞凋亡,被认为参与了早期DME和DR的进展。本研究中发现高糖状态下,FAK/AKT磷酸化水平上调,而抑制PARP1之后, FAK/AKT磷酸化水平下调,提示PARP1通过调控FAK/AKT通路促进DR进展。


总之,本研究结果提示高糖环境下可以在表观遗传学的层面调控PARP1的表达,拓宽了DR进展的理论基础。本研究发现DR进程中的PARP1上下游的生物学网络调控机制,为DR的诊治找到了一个可能的靶点,相信能为后续的研究提供一些有用的数据。


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汪浩 教授

同济大学附属第十人民医院眼科主任医师,博士研究生导师,医学博士,上海医学会眼科分会玻璃体视网膜学组委员,国家自然科学基金评审专家,毕业于复旦大学,曾作为访问学者赴美国哈佛大学医学院附属眼耳医院进修学习,专业特长为眼底病的诊治,擅长视网膜脱离、DR、黄斑疾病等眼底病、复杂性眼外伤及各种类型白内障的手术治疗,主要研究方向为DR、老年性黄斑变性、视网膜静脉阻塞等眼底病的防治,主持国家自然科学基金1项,在SCI收录杂志及国内核心期刊发表论文10余篇。


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条评论

  • Linda Gareth
    2015年3月6日, 下午2:51

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