PPARα的DNA甲基化在糖尿病视网膜病变中的作用及机制研究

Diabetic retinopathy (DR) is one of the major reasons for visual impairment or blindness in China. Its pathogenesis and treatment have always been a big challenge in clinical and basic researches of ophthalmology. The phenomenon of “metabolic memory” highlighted the importance of epigenetics in the pathogenesis of diabetes. The global DNA methylation in patients with DR was found elevated, but no specific gene was investigated so far. As an important transcription factor, peroxisome proliferator-activated receptor alpha(PPARα) plays a key role in regulating oxidative stress, inflammation and blood vessel function. Our group firstly demonstrated fenofibrate, a PPARα agonist, protected retinal pericytes from apoptosis. The expression of PPARα was down-regulated in patients with type 2 diabetes. Thus, we hypothesized that the down-regulation of PPARα was due to changes in DNA methylation induced by high glucose. The present study will investigate changes in DNA methylation of PPARα in retinal pericytes and its role in “metabolic memory” in vitro and in vivo. We aim to clarify the relationship between DNA methylation of PPARα and diabetic retinopathy and provide theoretical support for future gene therapy.

糖尿病视网膜病变(DR)是我国主要致盲性眼病之一，其发病机制和治疗是眼科临床和基础研究的难点。“代谢记忆”的存在凸显了表观遗传学与糖尿病发生发展的密切联系，已有研究发现DR患者整体DNA甲基化水平偏高，而针对DR中单个基因的DNA甲基化修饰尚未见报道。过氧化物酶体增殖物激活受体α(PPARα)作为重要的转录因子，在调控氧化应激、炎症和血管功能方面发挥关键作用。本课题组前期研究率先发现PPARα激动剂非诺贝特对DR早期的视网膜周细胞凋亡具有明显保护作用，而PPARα的表达在糖尿病患者的视网膜中明显下调。因此，我们提出假设高血糖引起的PPARα启动子DNA甲基化修饰导致了DR中PPARα表达的下调，从而参与了DR的发生发展。本项目拟通过细胞实验和动物实验明确高糖刺激下PPARα的DNA甲基化水平的变化，探究其在DR“代谢记忆”中的作用和相关机制，为DR的基因治疗奠定理论和实践基础。

“代谢记忆”现象的存在是糖尿病视网膜病变(DR)治疗中的一大障碍，凸显了表观遗传学与糖尿病发生发展的密切联系，已有研究发现DR患者整体DNA甲基化水平偏高，而针对DR中单个基因的DNA甲基化修饰尚未见报道。过氧化物酶体增殖物激活受体α(PPARα)作为重要的转录因子，在调控氧化应激、炎症和血管功能方面发挥关键作用。本课题组前期研究发现PPARα激动剂非诺贝特对DR早期的视网膜周细胞凋亡具有明显保护作用，而PPARα的表达在糖尿病患者的视网膜中明显下调。本项目通过细胞实验和动物实验明确了PPARα的DNA甲基化在DR“代谢记忆”中的作用和相关机制。结果提示与对照组相比，高糖刺激组和高糖逆转组人视网膜毛细血管周细胞（HRCP） 的DNA总体甲基化水平和PPARα 启动子DNA 甲基化水平均升高、PPARα的表达减低、 HRCP 的凋亡增多且ROS 生成增多，逆转高糖环境并不能直接逆转DNA甲基化及相关蛋白的表达，提示PPARα的DNA甲基化参与了DR的“代谢记忆”。而DNA甲基化抑制剂DAC的 干预对HRCP 具有保护作用，且DAC 的作用在siRNA-PPARα 沉默后的HRCP中表现不明显。提示逆转DNA甲基化可部分逆转“代谢记忆”的作用，而DAC的干预主要是通过影响PPARα的DNA甲基化来实现。动物实验结果与细胞实验相似，糖尿病小鼠和糖尿病胰岛素治疗小鼠的视网膜毛细血管周细胞PPARα 启动子DNA甲基化水平均及视网膜病变程度均较对照组高。DAC 干预可减轻视网膜病变程度，而PPARα 基因敲除小鼠对DAC 的作用不敏感。以上结果证实了PPARα的DNA甲基化在DR病理生理过程中的重要作用，为DR的基因治疗奠定了理论和实践基础。