DUSP6介导gremlin对晶状体后囊膜混浊发生的作用及调控机制的研究

The pathogenesis of posterior capsular opacification (PCO), which is the most common complication of cataract surgery, remains unclear. Our previous study has proved that gremlin participates in PCO development by ERK signaling pathways and suppressing BMPs/Smad1/5 signaling pathway. As dual-specificity phosphatases (DUSPs) can dual regulate Ras/ERK and BMPs/Smad1/5 signaling pathways, we estimate that DUSPs may play a vital role in gremlin inducing PCO. We screen the DUSPs subtype and choose DUSP6 as research object. The present project constructs in vitro cells and in vivo PCO models in rats. We use genome-wide transcriptome and proteome analysis to investigate the mechanism of gremlin's effects on the expression of DUSP6. The effects of DUSP6 in gremlin-induced epithelial mesenchymal transition and extracellular matrix synthesis in HLECs and the mechanism of regulating Ras/ERK and BMPs/Smad1/5 signaling are investigated by co-immunoprecipitation, gene knockout, gene overexpression and so on molecular biology methods. Base on in vitro cells experiments, verify the effect and mechanism of DUSP6 on PCO occurrence after extracapsular cataract extraction in vivo. The project may provide new experimental basis for elucidating the molecular mechanism of PCO development and find new effective target sites and strategies for PCO prevention and treatment.

白内障术后发生晶状体后囊膜混浊（PCO）的机制尚不清楚。我们发现gremlin通过ERK激活和BMPs/Smad1/5抑制而诱导PCO的发生。双特异性磷酸酶（DUSP）被证实可双重调控Ras/ERK和BMPs/Smad1/5信号通路，推测DUSP可能作为重要的调节分子介导gremlin诱导PCO的发生。通过对亚型进行筛选，本项目拟以DUSP6为研究对象，建立细胞及大鼠PCO模型，采用蛋白质组与转录组关联分析及验证，研究gremlin对DUSP6的作用机制；通过免疫共沉淀、基因敲除及过表达等方法研究DUSP6在gremlin诱导人晶状体上皮细胞发生上皮间质转分化和细胞外基质合成中的作用及对Ras/ERK和BMPs/Smad1/5信号通路的调控机制；基于体外实验在体证实DUSP6在大鼠白内障术后PCO形成中的作用及调控机制。项目的完成将进一步阐明PCO发生的分子机制，为防治PCO提供新的靶点。

晶状体后囊膜混浊（PCO）是白内障术后最常见的并发症。白内障术后残留的晶状体上皮细胞（HLECs）发生上皮间质转分化（EMT）、细胞增殖、细胞移行以及细胞外基质（ECM）合成是PCO发生的主要分子机制。转化生长因子β2（TGF-β2）在白内障术后房水中过量表达，可以诱导的晶状体上皮细胞发生上述变化并在PCO中起关键作用。我们前期研究证实gremlin通过激活TGF-β-Smad2/3和MAKP/ERK信号通路参与PCO的发生，双特异性磷酸酶6（DUSP6）是MAKP/ERK信号通路的关键负性调节因子，可能在TGF-β2诱导PCO发生过程中发挥重要作用。本项目通过慢病毒为载体的基因过表达技术研究了DUSP6在TGF-β2诱导HLECs发生EMT和ECM合成过程中的作用及其调控机制。结果表明TGF-β2抑制了DUSP6的表达，过表达DUSP6能有效抑制TGF-β2诱导的细胞EMT标志物α-平滑肌肌动蛋白(α-SMA)，ECM主要成分I型胶原纤维（COL-1）和纤维连接蛋白（Fn）的表达。同时，在眼科另一疾病增生性玻璃体视网膜病变（PVR）中，亦有视网膜术后发生的纤维化反应影响术后视力，我们结合之前的研究，探讨了炎症因子IL-2、IL-6在PVR中促进视网膜色素上皮细胞纤维化反应及可能的作用机制。此外，我们发现TGF-β2在诱导EMT及ECM合成的过程中，亦可诱导细胞凋亡的发生。利用TGF-β2/Smad3通路抑制剂（LY2109761），胱天蛋白酶抑制剂（ZVAD），Ba激活剂（BTSA1）研究EMT，ECM与细胞凋亡在PCO中的相互作用。RNA-seq用于研究BTSA1诱导的EMT的下游效应子。我们发现BTSA1可以抑制FILIP1L表达，下调的FILIP1L能引起EMT和ECM合成并促进HLEC迁移。综上，本项目揭示了TGF-β2引起的DUSP6表达下调在TGF-β2引起的HLECs纤维化中起着重要作用。同时阐明了TGF-β2在PCO期间能诱导明显的EMT，ECM合成和细胞凋亡，并且它们通过抑制FILIP1L的表达而协同加重PCO。现已发表SCI论文4篇，中文核心期刊3篇，共培养博士研究生2名，参加国内外学术会议6人次。本项目阐明了DUSP6参与PCO的作用机制及TGF-β2诱导的EMT、ECM和细胞凋亡的之间的分子调控机制，为防治PCO提供新的有效靶点和策略。