低水平砷暴露促进糖尿病视网膜血管病变的机制研究

Diabetic retinopathy (DR) is a leading cause of adult blindness in China. But so far, the exact mechanism of DR is not clear. The level of blood arsenic in diabetic patients is often higher than that of normal subjects. In our previous studies, we found that arsenic could promote angiogenesis at a low dose, and miR-425-5p played an important role in arsenic’s toxicity. Exosome is a new kind of circulating biomarker, which can reflect “key (molecular) events” in vivo. Therefore, we hypothesized that environmental arsenic-exposure can activate VEGF/p38 signaling pathway, inhibit Notch signaling pathway, and induce angiogenesis mediated by exosomal miRNA, which in turn promote the occurrence and development of diabetic retinopathy. This project intends to launch in vitro, in vivo, and population studies of arsenic exposure, to establish a low dose arsenic-exposure model of diabetic db/db transgenic mice and study the effects of DR mediated by extracellular miRNA on the occurrence and development of arsenic and its possible mechanism. Furthermore, we prepare to screen and to validate biomarkers of susceptibility and biomarkers for early health effects. The aim of this study is to provide theoretical and practical foundation for arsenic-exposure risk assessment and early prevention of DR.

以血管新生为特征的糖尿病视网膜血管病变（DR）是我国首位成人致盲原因，但是部分DR进展与糖尿病病情严重程度关系不大，其确切机制尚不明确。糖尿病人群中血砷水平较正常人群高。我们的前期研究发现，砷对血管新生存在低剂量促进作用，miR-425-5p在其中发挥了重要作用。外泌体是新型的循环生物标志物，其内包裹的miRNA等可以反映体内的“关键（分子）事件”。因此我们假设：低水平环境砷暴露通过外泌体miRNA介导VEGF/p38信号通路的激活和Notch信号通路的抑制，增加血管新生，促进糖尿病视网膜病变的发生和发展。本项目拟通过砷暴露的体外、体内及人群研究，建立糖尿病db/db转基因小鼠低剂量砷染毒模型，研究外泌体miRNA介导低剂量砷暴露对DR发生发展的影响及可能的机制，筛查和验证敏感的遗传易感性生物标志物以及早期健康效应生物标志物，为低水平砷暴露风险评估和DR的早期预防提供理论和实践依据。

流行病学研究表明，环境砷暴露地区糖尿病发病率较背景地区高；糖尿病人群中血砷水平较正常人群高。本课题组前期研究发现，低剂量砷暴露可促进血管新生。因此，本项目拟探讨环境低剂量砷暴露是否可以通过促进血管新生而促进糖尿病视网膜病变的发生发展。本研究运用体外细胞模型、体内动物模型和人群流行病学方法研究了低水平砷暴露对糖尿病视网膜病变的影响及其机制。研究发现，低水平砷暴露抑制正常小鼠和糖尿病小鼠的红系增殖却刺激白系增殖；低水平砷暴露对于正常小鼠的糖代谢具有明显的低剂量兴奋效应，但是却加重糖尿病小鼠的糖代谢紊乱，具有时间和剂量依赖性。低砷暴露糖尿病小鼠比未暴露糖尿病小鼠具有更高的血管新生潜力，但是低砷暴露糖尿病小鼠均未观察到明显的渗漏病灶。与低水平砷暴露相似，低水平铅暴露也可以抑制正常对照小鼠和糖尿病小鼠的红系增殖却刺激白系增殖，但是低水平铅暴露即可诱导正常小鼠糖耐量受损；短期铅暴露的正常对照小鼠未观察到明显的视网膜渗漏病灶，但是长期中高剂量铅暴露的正常对照小鼠视网膜出现明显的渗漏病灶，并且紧密连接相关分子转录受到抑制；低水平铅暴露可以诱导正常对照小鼠视网膜血管新生；低水平铅暴露加重糖尿病小鼠视网膜血管渗透性增高，并诱导加重糖尿病视网膜血管新生。糖尿病人群研究发现，环境低砷暴露条件下，尿砷是2型糖尿病患者外周血单个核细胞相对端粒长度的危险因素；糖化血红蛋白是尿砷与相对端粒长度之间的一个中介因素。2型糖尿病患者外周血单个核细胞相对端粒长度可能是砷暴露的生物学效应指标之一。相对端粒长度和线粒体拷贝数可作为预测糖尿病视网膜病变发生和发展的早期生物标志物。