视网膜色素上皮脂褐素新成份Lipof8的发现及其在干性年龄相关性黄斑变性发生发展中的作用机制研究

Nondegradable lipofuscin that accumulate in retinal pigment epithelial (RPE) cells with age is a complex fluorescent mixture, and implicated in the pathogenesis of dry age-related macular degeneration (AMD). A2E, a major fluorophore of RPE lipofuscin, is first identified, and has received the most extensive attention. Rdh8-/-Abca4-/- mice is a mouse model with defects in the visual (retinoid) cycle that displays some symbolic characteristics of dry AMD. We recently found out a previously unrecognized lipofuscin pigment called Lipof8 from posterior eyecups of Rdh8-/-Abca4-/- mice, and the RPE of pigs and humans. Quantitative analysis of Lipof8 by high-performed liquid chromatography manifested that the amount of Lipof8 was slightly higher than that of A2E in posterior eyecups of Rdh8-/-Abca4-/- mice, indicating that Lipof8 was of highly physiological significance. Preliminary cytotoxicity tests revealed that either the buildup of Lipof8 in primary porcine RPE (pRPE) cells or 510 nm blue-green light irradiation of primary pRPE cells laden with Lipof8 significantly decreased cell viability. Accordingly, this study will focus on molecular structure, characteristics, in vivo biosynthetic pathway, and biomimetic synthesis method of a new lipofuscin pigment (Lipof8) as well as the role of it in the degeneration of RPE, and has important scientific significance.

伴随年龄积聚在视网膜色素上皮（RPE）中的非降解性脂褐素是复杂的荧光混合物，并与干性年龄相关性黄斑变性（AMD）的发病机制密切相关。A2E作为最早被发现的RPE脂褐素的主要成份获得了最广泛的关注。Rdh8-/-Abca4-/-双敲小鼠展现了干性AMD的一些象征性表型。我们近期在Rdh8-/-Abca4-/-小鼠后眼罩及人、猪RPE中发现了一个未知的脂褐素成份（Lipof8）。高效液相色谱法定量分析显示：Lipof8在Rdh8-/-Abca4-/-小鼠后眼罩中的含量略高于A2E，具有很高的生理学意义。细胞毒性预实验研究揭露了Lipof8积聚在猪原代RPE细胞或蓝绿光（510 nm）照射负载Lipof8的猪原代RPE细胞均会引起细胞活力显著下降。因此本项目拟开展脂褐素新成份Lipof8的分子结构、特性、体内生物合成通路、仿生合成手段及其在RPE退化发生发展中的作用机制研究，具有重要的科学意义。

年龄相关性黄斑变性（AMD）是一种最常见的与老龄化相伴生的致盲性眼病。它是全球成年人和我国中老年人群重度视力丧失甚至不可逆性“盲”的首要原因。AMD根据临床表现分为干性和湿性两型，其中干性AMD约占AMD患者总数的85-90%。常染色体隐性Stargardt病（STGD1）是青少儿最常见的一种遗传性黄斑营养不良性眼病，全球患病率约为1/6578。STGD1患者常以双眼中心视力进行性下降且不能矫正为首发症状，步入成年期时视力严重或完全丧失。病因不清是干性AMD和STGD1至今尚无有效治疗措施的根本原因。视觉循环紊乱诱发视网膜上全反式视黄醛（atRAL）聚集与干性 AMD和STGD1的发生发展密切相关，但是其分子机制仍然不清。主要研究内容：（1）NLRP3炎症小体促使atRAL介导干性AMD和STGD1的作用及其机制；（2）JNK信号促使atRAL介导干性AMD和STGD1的作用及其机制；（3）铁死亡促使atRAL介导干性AMD和STGD1的作用及其机制；（4）成孔蛋白GSDME促使atRAL介导干性AMD和STGD1的作用及其机制。重要结果、关键数据及其科学意义：（1）发现atRAL通过激活NLRP3炎症小体诱发视网膜色素上皮（RPE）细胞死亡（Invest Ophthalmol Vis Sci. 2019）；（2）发现JNK信号能够促使atRAL通过线粒体/半胱氨酸天冬氨酸蛋白酶（caspases）依赖性途径和损伤DNA引发感光细胞和RPE细胞凋亡，抑制JNK信号可有效地缓解atRAL积聚引起的小鼠神经视网膜和RPE退化（J. Biol. Chem. 2020, Exp. Eye Res. 2022）；（3）发现铁死亡（一种铁依赖的非凋亡形式的细胞死亡方式）驱使atRAL引发感光细胞发生了明显的丧失，抑制铁死亡可有效地减轻atRAL积聚引起的小鼠神经视网膜退化（J. Biol. Chem. 2021）；（4）发现成孔蛋白GSDME通过诱发焦亡和恶化线粒体/caspase-3依赖性凋亡促使atRAL引发感光细胞的丧失，敲除Gsdme基因可显著地减轻了atRAL积聚引发的小鼠神经视网膜退化（J. Biol. Chem. 2022）。这些研究成果为视网膜变性疾病尤其是干性AMD和STGD1治疗药物的临床开发提供了多个潜在靶点，进而有望开发出治疗视网膜变性的新型疗法。