巨噬细胞极化在糖尿病视网膜纤维增生中的作用及其调节机制

Diabetic retinopathy (DR) is the most common cause of retinal blindness and vision loss in adults, with retinal fibroplasia (RF) being the key causative factor. M1 and M2 macrophage polarization plays an important role respectively in inflammation, fibroplasia and organization reconstruction, but the role of macrophage polarization in retinal fibroplasias has remained uncertain. In our preliminary study, we have identified the mammalian target of rapamycin complexes 1 (mTORC-1) as the mechanistic target of macrophage activation or suppression in mice. Importantly, it was found that mTORC1 could regulate macrophage polarization. Furthermore, macrophages were found to increase in numbers in the retinal tissue of diabetic rats. Concomitant to this was the changes of mTORC1 activity and polarization of macrophages suggesting that the latteris involved in retinal fibroplasia. This research project aims to investigate the roles and upstream regulatory mechanism of M1 and M2 macrophages in retinal fibroplasia using the cellular and animal models with macrophage specific ablation of TSC1 or Rheb (mTORC1 activation or suppression of macrophages) to induce the occurrence of DR and RF. The roles and cellular mechanism of macrophage polarization in DR and RF at the molecular, cellular and animal levels will be thoroughly explored. It is envisaged that the study will help identify new therapeutic targets and with a new perspective about pathogenesis of DR and RF. This would therefore provide a reliable theoretical basis for prevention and treatment of RF.

糖尿病性视网膜病变(DR)是成人视网膜性失明的常见原因，其中视网膜纤维增生(retinal fibroplasia, RF)是致盲的重要因素。巨噬细胞的M1、M2极化分别在炎症反应与纤维增生和组织重构中起重要作用，但其在RF中的作用未见报道。课题组前期构建了巨噬细胞雷帕霉素靶蛋白复合物1(mTORC1)活化或被抑制的小鼠，发现mTORC1可调节巨噬细胞极化，且DR模型鼠中视网膜巨噬细胞数量增加及其mTORC1活性与极化的阶段性改变，提示巨噬细胞极化参与RF发生。本课题拟通过巨噬细胞特异敲除TSC1或Rheb (分别使巨噬细胞mTORC1活化或被抑制)的小鼠与细胞模型，诱导其发生DR及RF，探讨M1、M2型巨噬细胞在RF过程中的作用及其上、下游调控机制，从分子、细胞与整体水平阐明巨噬细胞极化在DR时RF中的作用及其分子机制，为DR与RF的发病机制提供新观点，为防治RF提供新的潜在靶点。

背景：糖尿病性视网膜病变(DR)是成人视网膜性失明的常见原因，其中视网膜纤维增生(retinal fibroplasia, RF)是致盲的重要因素。巨噬细胞的M1、M2极化分别在炎症反应与纤维增生和组织重构中起重要作用，但其在视网膜纤维增生中的作用尚未见报道。方向：巨噬细胞极化在糖尿病视网膜纤维增生中的作用及其调节机制。主要内容：1. 检测DR纤维增生时视网膜巨噬细胞mTORC1活性与M1、M2型极化情况；2.利用巨噬细胞mTORC1活化小鼠诱导DM模型，以确定巨噬细胞极化在DR纤维增生发生与进展中的作用；3.利用体外细胞共培养模型，探讨巨噬细胞极化调节DR尤其是视网膜纤维增生进展的细胞与分子机制。重要研究结果和数据有：1. 使用野生型C57小鼠诱导DM ，发现DM 9W时，小鼠视网膜组织中巨噬细胞M1型极化标记物iNOS表达增加，雷帕霉素干预后iNOS表达减少；M2型巨噬细胞标记物CD206在DM 9M表达减少，而雷帕霉素干预后CD206表达增加，且M2型巨噬细胞浸润较DM组增多，说明糖尿病小鼠视网膜的巨噬细胞极化与mTORC1活性有关。2.使用巨噬细胞特异性TSC1敲除小鼠构建DM模型，定期收集视网膜样本进行研究，发现 TSC1 KO DM组与WT DM组相比，p-S6均上调，但这两组间p-S6的表达水平无差异，证明糖尿病时，TSC1是影响视网膜巨噬细胞mTOR通路的活性的关键因子。3.构建巨噬细胞与视网膜色素上皮细胞共培养体系，发现高糖环境下的巨噬细胞可促进视网膜色素上皮细胞高表达纤维化主要相关因子I型胶原（Collagen type I）、纤维连接蛋白（Fibronectin）及TGF-β1蛋白等，且该过程与巨噬细胞mTORC1活性密切相关。4.使用敲除TSC1的巨噬细胞系进行体外研究，发现高糖可通过调控TSC1影响巨噬细胞mTOR通路的活性。科学意义或应用前景：课题组在本项目的支持下，通过使用巨噬细胞特异敲除TSC1转基因小鼠，结合体外系列实验，从整体、分子与细胞水平基本阐明了巨噬细胞极化在DR时RF中的作用及其分子机制，证明糖尿病情况下，TSC1是影响巨噬细胞极化进而影响视网膜纤维化的关键因子，这为DR与RF的发病机制提供了新观点，并为防治RF提供了新的潜在靶点。