ARVO白内障丨踏上白内障发生机制与创新治疗的探索之旅

  • 2024-05-08 17:10:00
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编者按:白内障的发病机制较为复杂,与营养、代谢、环境和遗传等多种因素有关,是机体内外各种因素对晶状体长期综合作用的结果。流行病学研究表明,紫外线照射、糖尿病、高血压、心血管疾病、机体外伤、过量饮酒及吸烟等均与白内障的形成有关。一般认为,自由基损伤是引起各种致白内障因素作用的共同途径,晶状体上皮细胞过度凋亡及晶状体蛋白损伤也是白内障发生机制中的重要因素。在ARVO2024会议上,全球眼科学者齐聚一堂,带大家踏上一场关于白内障发生机制与治疗的探索之旅。


揭示谷胱甘肽在衰老中的作用:Grx1/Grx2双基因敲除小鼠的加速衰老和晶状体功能受损

Hongli等人的研究旨在探索谷氧还蛋白1(glutaredoxin 1 Grx1)和谷氧还蛋白2(glutaredoxin 2 Grx2)在细胞衰老和年龄相关性疾病中的新作用。使用Grx1/Grx2双敲除(double knockout DKO)小鼠模型,来确定晶状体和各种其他组织中导致衰老过程的潜在分子机制以及由此产生的衰老表型。

研究方法是来自野生型(wild-type WT)和DKO小鼠的原代晶状体上皮细胞(lens epithelial cells LECs)接受了体外评估,包括细胞周期动力学、凋亡途径和衰老生物标志物的分析。系统评估包括体重测量、主要器官的形态学检查以及WT和DKO小鼠年龄相关性白内障进展。

研究结果表明DKO衍生的LECs表现出加速衰老的迹象,如形态改变、增殖减少、细胞周期分布失调和衰老相关的β-半乳糖苷酶活性增加(n=6;P<0.01)。在血清剥夺应激下,Bcl-2表达升高和胱天蛋白酶-3裂解缺失表明这些细胞对凋亡具有抵抗力(n=4;P<0.01)。划痕愈合试验显示,与野生型相比,DKO LECs的迁移和增殖能力降低(n=6;P<0.001)。苏木精和伊红染色的组织学分析证实了DKO晶状体的形态学破坏。从系统上讲,DKO小鼠表现出更快的衰老,包括年龄相关性白内障发展更快、体重更低、体力下降、毛发过早变白、心脏肥大、大脑增大和生育能力下降(n=6;P<0.001)。

该研究结果揭示了Grx1和Grx2在维持晶状体上皮细胞稳态和防止细胞加速衰老中的关键作用。这些酶的缺失与各种系统衰老表型相关,同时还表明戊还蛋白在生理衰老过程中发挥着广泛的作用。这些结果强调了Grx1和Grx2是旨在缓解眼部衰老相关和全身疾病的治疗策略中的潜在靶点。

讲题:Unveiling Glutaredoxin's Role in Aging: Accelerated Senescence and Impaired Lens Function in Grx1/Grx2 Double Knockout Mice

第一作者:Hongli Wu

共同作者:Jinmin Zhang, Yu Yu, Ying Qin


SH2B1通过P38MAPK信号通路介导的细胞凋亡促进糖尿病性白内障的形成

Jiang等人通过蛋白质组学分析,鉴定参与糖尿病性白内障 (diabetic cataract DC)病理机制的关键蛋白,调节信号通路,发现预防DC的潜在靶点。

研究方法是收集DC和年龄相关白内障(age-related cataract ARC)患者的前囊膜(Anterior capsule AC)进行4D数据独立获取蛋白质组学分析,以鉴定差异表达蛋白(differentially expressed proteins DEP)。使用基因本体分析(Gene ontology GO)和京都基因和基因组百科全书(Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes KEGG)进行分析,并使用平行反应监测来验证蛋白质。SH2B1的转录组和蛋白质水平在人类AC、饮食诱导的肥胖小鼠模型(obesity mouse model DIO)晶状体和高糖(high glucose HG)培养的HLEC中得到验证。CCK8法和创伤愈合法检测细胞增殖和迁移,流式细胞术检测线粒体膜电位,TUNAL染色观察细胞凋亡。用elisa试剂盒检测Bcl2和Caspase3的蛋白表达水平。检测P38MAPK信号通路蛋白的表达水平。慢病毒细胞中蛋白质的过度表达和敲低,以证实其在信号通路中的作用。

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研究结果表明SH2B1可能是DC中的关键蛋白,其转录和蛋白表达水平在各种样品中均下调。在HG条件下,细胞增殖和迁移、线粒体膜电位降低,Bcl2降低,而Caspase3增加。SH2B1的过表达促进了细胞的增殖和迁移,逆转了线粒体膜电位的降低,以及Bcl2和Caspase3的增加。HG的P38MAPK信号通路受到抑制。SH2B1的调节可以激活或抑制P38MAPK信号通路。在暴露于HG的DC前囊和LECs中,CREB在ser133的磷酸化被显著抑制,这激活了线粒体凋亡途径。

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该研究证明高糖可导致晶状体上皮细胞线粒体凋亡增加,SH2B1 p38MAPK/CREB激活信号通道在这一过程中发挥重要作用。

讲题:SH2B1 promotes diabetic cataract formation via P38MAPK signaling pathway-mediated apoptosis

第一作者:Xiaohui Jiang

共同作者:Qiyuan Li


脂质过氧化抑制剂Gpx4的破坏导致小鼠先天性白内障的形成

曾经的研究证明晶状体和脂质的寿命延长导致晶状体内的周转率降低。这些蛋白质和脂质的长期存在使它们更容易受到氧化损伤。在人类和小鼠晶状体中都观察到了与年龄相关的脂质过氧化增加。然而,脂质过氧化在白内障发生中的确切作用尚不清楚。因此,Zongbo等人的研究目的是探索脂质过氧化抑制剂GPX4的缺失是否在白内障的形成中起作用。

研究方法是使用CRISPR-Cas9技术在人晶状体上皮细胞(FHL124)中基因敲除Gpx4。使用裂隙灯和暗视野显微镜对白内障进行评估。通过连续HE切片对晶状体上皮细胞进行定量。使用免疫荧光染色和脂质组学评估质膜脂质过氧化。通过用liproxtatin-1治疗Gpx4敲除(knockout KO)小鼠进行拯救实验。通过CCK8测定测定细胞活力,同时使用C11 Bodipy 581/591评估脂质过氧化。

研究结果显示:

离体培养:FHL124细胞中GPX4的缺失导致细胞膜脂质氧化、铁积累和细胞死亡的显著增加。脂质过氧化抑制剂liproxtatin-1(Lip-1)能够有效地将细胞从脂质过氧化诱导的细胞死亡中拯救出来。

活体外:RSL3是一种强效的GPX4抑制剂,在离体培养的晶状体中诱导脂质氧化和晶状体混浊,可以通过(Lip-1)预防。

活体中:使用MLR10-Cre/Gpx4f/f实现晶状体特异性Gpx4缺失,从而在P0时观察到小鼠白内障。这些白内障在出生后晶状体发育过程中逐渐恶化,最终导致成年Gpx4-KO小鼠的小眼球症。细胞死亡在Gpx4 KO晶状体中是明显的,进一步的研究显示与缺铁性贫血相关的标志物显著增加,而不是凋亡。有趣的是,在E12.5之前通过腹膜内注射给予脱铁抑制剂liproxtatin-1有效地减轻了Gpx4 KO小鼠的白内障形成。

该研究结果强调了GPX4对脂质氧化的保护作用,以及缺乏GPX4会促进小鼠晶状体白内障的形成。因此可以认为控制脂质过氧化是避免白内障发生的一种潜在方式。

讲题:Deficiency in lipid peroxidation suppressor Gpx4 results in neonatal cataract formation in mice

第一作者:Zongbo WEI

共同作者:Caili Hao, Kazi Radeen , Xingjun Fan


总结:世界各地眼科医师和研究者们一直致力于白内障致病机制的探究。鉴定已知致病基因、探究未知基因的功能或已知基因的新功能是白内障致病机理探索的重要内容, 也是开发新兴治疗的理论基础。这些深入细致研究发现,将为推动白内障治疗的不断进步和创新发展做出巨大贡献。


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条评论

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

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