组蛋白乙酰化修饰调控SOD1基因表达在年龄相关性白内障发病中的作用机制及干预研究

Age-related cataract (ARC) is the leading cause of blindness all over the world, which causes is very complex. Oxidative damage is one of the main causes of the currently accepted viewpoints. Studies have shown that histone acetylation of superoxide dismutase 1 (SOD 1) gene and oxidative stress are closely related, and researchers also found that the balance disorders of histone acetyltransferase (HAT) and histone deacetylase (HDACs) could cause expression of inflammatory cytokines and promoting cell fibrosis. In previous studies we found that in human lens epithelial cells, the expression of SOD1 decreased with the decrease of histone acetylation level and the increase of histone deacetylase activity, which reducing its protective effect on lens epithelial cells. This project aims to investigate different type, degree of cataract patients' anterior capsule, compared with anterior lens capsule of teenagers and lens cells derived from patient-specific induced pluripotent stem cells (iPSCs) established as controls, using chromatin immunoprecipitation to analysis the degree of acetylation on SOD1 gene by and changes between groups, detecting SOD1 gene expression level. Furthermore, we will explore the effect of β-hydroxybutyrate as inhibitors of HDACs. Our project wish to clarify the mechanism of histone acetylation on SOD1 gene and its effect on the pathogenesis of ARC, and put forward the new intervention strategies for ARC.

年龄相关性白内障（ARC）是全球首位致盲性眼病，病因较复杂，氧化损伤是目前公认的主要病因之一。已有研究表明组蛋白乙酰化修饰调控超氧化物歧化酶1（SOD1）基因表达与氧化应激密切相关，同时发现组蛋白乙酰转移酶（HAT）/组蛋白去乙酰化酶（HDACs）平衡紊乱可致炎症因子增加、促进细胞纤维化。我们在前期研究中发现随着组蛋白乙酰化程度降低、HDACs活性提高，人晶体上皮细胞中SOD1表达下降，对晶体上皮细胞的保护作用降低。本项目拟进一步取不同类型、不同混浊程度的白内障前囊膜，以青少年晶状体前囊膜以及诱导性多能干细胞（iPSCs）技术建立的晶体细胞为对照，采用染色质免疫共沉淀法等技术定量分析SOD1基因组蛋白乙酰化程度及变化规律，检测SOD1基因表达水平；同时检测HDACs抑制剂β羟基丁酸的干预效果。通过上述研究阐明SOD1基因组蛋白乙酰化在ARC发病过程中的作用机制，并为ARC提出新的干预策略。

年龄相关性白内障（age-related cataract，ARC）是全球范围首要的致盲性眼病。目前，白内障手术仍然是唯一有效的治疗手段，但手术费用开支大，如若不手术，将对患者及其家庭，乃至社会影响重大。因此，探讨研究白内障的发病机制，从中寻求有效阻止白内障发病、发展的关键点，并通过开发药物干扰该关键点，控制或者延缓白内障的发展意义重大。氧化损伤是目前公认的ARC主要致病因素之一，超氧化物歧化酶（SOD）发挥着重要的保护性作用。有多项研究发现，组蛋白乙酰化修饰可以调控基因的表达，与氧化应激密切相关。我们将ARC根据LOCS III分级法分为核性白内障、皮质性白内障和后囊下性白内障三种类型，以我院眼库捐献的正常眼球透明晶状体作为正常对照组；初步研究发现SOD1蛋白水平和mRNA水平与正常晶状体囊膜相比均明显降低，并且随着白内障越严重，SOD1表达水平下降越明显；CHIP-PCR 结果显示，三种类型白内障，H3和H4在SOD1启动子区域的 -600 ~ -300 bp位点均脱乙酰化；上述SOD1启动子区域组蛋白乙酰化水平降低均同时伴有SOD1的表达下降，组蛋白乙酰化水平调控SOD1表达在年龄相关性白内障的发病机制发挥一定的作用。我们进一步采用组蛋白乙酰基转移酶（HAT）抑制剂槚如酸（anacardic acid, AA）对体外培养晶状体进行了干预研究，结果发现AA可以降低晶状体囊膜组织SOD1基因启动子区组蛋白乙酰化水平，从而进一步下调SOD1的表达，促进晶状体混浊、白内障的形成。同时，我们探讨了AA对体外培养晶状体上皮细胞（HLECs）SOD1表达的影响，研究结果发现AA可以降低HLELs细胞内SOD1表达，同时降低HLECs细胞活性，抗氧化能力下降。这些研究结果表明，在年龄相关性白内障，SOD1基因启动子区域组蛋白乙酰化水平降低，导致SOD1的表达下降，晶状体抗氧化能力下降，是白内障形成的重要机制。本研究揭示了组蛋白乙酰化修饰调控SOD1的表达在年龄相关性白内障发病机制中的重要作用，为以后开发新的抑制或者延缓白内障发展的药物提供了新的潜在作用靶点及重要的研究依据。