近日,浙江大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬第二醫(yī)院眼科中心與美國(guó)國(guó)立衛(wèi)生研究院(NIH)國(guó)家眼科研究所(NEI)合作,在白內(nèi)障藥物治療研究領(lǐng)域取得重大突破。該研究成果已發(fā)表于國(guó)際頂級(jí)醫(yī)學(xué)期刊《臨床調(diào)查雜志》(Journal of Clinical Investigation，中科院一區(qū)，近三年平均影響因子16.21), 該研究論文題為“Reversible Cold-induced Lens Opacity in a Hibernator Reveals a Molecular Target for Treating Cataracts ”。浙二眼科中心博士研究生楊昊與浙二眼科中心平熹源醫(yī)師為論文第一作者與共同第一作者，浙二眼科中心申屠形超教授為通訊作者，NIH李巍教授為共同通訊作者。
白內(nèi)障是全球主要致盲原因之一, 目前，白內(nèi)障的主要治療方法仍然是手術(shù)，通常采用超聲乳化技術(shù)移除混濁的晶狀體并植入人工晶狀體。這種手術(shù)雖然在國(guó)內(nèi)外已經(jīng)相當(dāng)成熟，但仍然存在一些潛在風(fēng)險(xiǎn)，如術(shù)后感染、后發(fā)性白內(nèi)障等并發(fā)癥以及調(diào)節(jié)能力喪失。因此，開(kāi)發(fā)非手術(shù)治療方法一直是眼科學(xué)界的重要課題。然而，想要通過(guò)藥物治療來(lái)逆轉(zhuǎn)白內(nèi)障，難度堪比將煮熟的雞蛋恢復(fù)成生雞蛋那樣具有挑戰(zhàn)性。
本次研究中,科研團(tuán)隊(duì)靈感來(lái)源于大自然的奇妙現(xiàn)象——13條紋地松鼠的冬眠適應(yīng)性。研究人員發(fā)現(xiàn)，這種小動(dòng)物在冬眠期間，其晶狀體會(huì)在極低溫度下變得混濁，但令人驚訝的是，當(dāng)它們從冬眠中蘇醒時(shí)，晶狀體又能自然恢復(fù)到完全透明。這一獨(dú)特現(xiàn)象引發(fā)了科研團(tuán)隊(duì)的濃厚興趣，促使他們展開(kāi)深入研究。
圖1. 地松鼠晶狀體在低溫-復(fù)溫后晶狀體完全恢復(fù)透明，而大鼠晶狀體殘留混濁
研究人員發(fā)現(xiàn),在冬眠動(dòng)物(如地松鼠)的眼睛晶狀體中,存在一種特殊的適應(yīng)機(jī)制來(lái)應(yīng)對(duì)低溫。當(dāng)?shù)厮墒髲亩咧刑K醒時(shí),其眼睛晶狀體中的泛素-蛋白酶體系統(tǒng)(UPS)被激活。這個(gè)系統(tǒng)能夠有效地清除在低溫環(huán)境下形成的蛋白質(zhì)聚集物,特別是α-晶狀體蛋白(CRYAA)的聚集物。相比之下,非冬眠動(dòng)物(如大鼠)和人類(lèi)的眼睛晶狀體在經(jīng)歷低溫后,無(wú)法有效清除這些蛋白質(zhì)聚集物,這可能導(dǎo)致白內(nèi)障的形成。
圖2. 泛素-蛋白酶體系統(tǒng)"(Ubiquitin-Proteasome System) 促進(jìn)聚集的晶狀體蛋白的降解
研究進(jìn)一步發(fā)現(xiàn),一種名為RNF114的蛋白質(zhì)在這個(gè)過(guò)程中起著關(guān)鍵作用。RNF114是一種E3泛素連接酶,它能夠促進(jìn)CRYAA的泛素化,從而標(biāo)記這些蛋白質(zhì)以便被蛋白酶體降解。在地松鼠的晶狀體細(xì)胞中,RNF114的表達(dá)在低溫后升高,有助于清除蛋白質(zhì)聚集物。研究人員還發(fā)現(xiàn),在人類(lèi)晶狀體細(xì)胞中過(guò)表達(dá)RNF114也能夠促進(jìn)CRYAA的降解,這為開(kāi)發(fā)新的白內(nèi)障治療方法提供了潛在的思路。
圖3. RNF114蛋白促進(jìn)晶狀體上皮細(xì)胞種聚集蛋白質(zhì)的清除
通過(guò)在大鼠和斑馬魚(yú)模型中的實(shí)驗(yàn)，研究團(tuán)隊(duì)也證實(shí)了RNF114能夠基于泛素-蛋白酶體系統(tǒng)，有效識(shí)別和清除導(dǎo)致白內(nèi)障的異常蛋白質(zhì)聚集，從而逆轉(zhuǎn)白內(nèi)障的形成過(guò)程。
圖4. 重組蛋白TAT-RNF114逆轉(zhuǎn)大鼠和斑馬魚(yú)白內(nèi)障表型
值得一提的是，研究團(tuán)隊(duì)在面對(duì)實(shí)驗(yàn)材料短缺的挑戰(zhàn)時(shí)展現(xiàn)出了創(chuàng)新思維。由于獲取冬眠狀態(tài)的13條紋地松鼠樣本極為困難，團(tuán)隊(duì)巧妙地運(yùn)用了干細(xì)胞定向分化技術(shù)，首次成功培養(yǎng)出了地松鼠的晶狀體上皮細(xì)胞，不僅為持續(xù)深入研究提供了穩(wěn)定的實(shí)驗(yàn)材料來(lái)源，還為地松鼠冷適應(yīng)性的研究開(kāi)辟了新的途徑。
圖5.地松鼠誘導(dǎo)多能干細(xì)胞高效分化為地松鼠誘導(dǎo)晶狀體上皮細(xì)胞
浙大二院眼科中心主任姚克教授表示:"這項(xiàng)研究成果是我院與國(guó)際頂尖研究機(jī)構(gòu)合作的又一重要成果。它不僅展示了我們?cè)诨A(chǔ)研究領(lǐng)域的實(shí)力,更為白內(nèi)障患者帶來(lái)了新的希望。我們將繼續(xù)推進(jìn)這一研究,爭(zhēng)取早日將其轉(zhuǎn)化為臨床應(yīng)用,造福更多患者。"
本研究得到了國(guó)家自然科學(xué)基金和浙江省科技廳的大力支持。浙大二院眼科中心將繼續(xù)深化與國(guó)際一流研究機(jī)構(gòu)的合作,推動(dòng)眼科學(xué)基礎(chǔ)研究和臨床轉(zhuǎn)化,為攻克白內(nèi)障等眼科疾病做出更大貢獻(xiàn)。
浙江大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬第二醫(yī)院眼科中心 浙江大學(xué)眼科醫(yī)院
