谷氧还蛋白（Grx2）维持晶状体上皮细胞存活及抑制白内障形成机制的研究

Cataract is the leading cause of blindness in the world. The pathogenesis of cataract is not fully understood, and there is limited treatment. Oxidation plays a very important role in aging and cataract formation. It has shown a correlation between UVB radiation and cataract development. Our group found UVB radiation–induced oxidative damage could accelerate aging of lens and cataract formation,and UVB could disturb oxidation damage repair system in the lens epithelial cells. The cytosolic TTase (Grx1) was discovered in Marjorie F. Lou’s laboratory. The mitochondrial Grx2, as an isoenzyme of TTase, is a key redox regulator in the mitochondria. Grx2 is discovered particularly in the lens epithelia cells, and has functional role in maintaining lens transparency. The aim of this proposal is to study the mechanisms of mitochondrial Grx2 enzyme in lens epithelial cells by using UVB-induced cataract in Grx2 knockout (KO) and Grx2 knockin (KI) mouse model, and to provide understanding how Grx2 can regulate redox homeostasis and maintain lens transparency, and to identify Grx2 target proteins in the lens as a potential therapeutic strategy in cataract retardation or prevention. Successful completion of these aims will offer new research concept and clinical strategies for other oxidation-induced ocular diseases.

白内障是世界首位致盲性眼病，发病机制复杂，治疗手段有限。氧化损伤在老化和白内障形成过程中起到十分重要的作用。UVB辐射被认为是白内障重要危险因素，我们近期研究证实UVB辐射诱导的氧化损伤加速晶状体老化和白内障形成，并首次发现 UVB损伤晶状体上皮细胞中氧化修复系统。美国Marjorie F. Lou教授发现晶状体中存在脱硫醇酶TTase，作为TTase的线粒体同工酶Grx2，调节线粒体中关键的氧化还原状态。由于Grx2存在于晶状体上皮细胞的线粒体，而其活跃代谢对维持晶状体透明性起到至关重要的作用。本项目利用UVB辐射Grx2基因敲除和基因敲入动物模型，研究Grx2对晶状体上皮细胞线粒体结构功能影响的作用机制，寻找Grx2脱硫醇稳定氧化还原状态的关键环节，从而提供可能阻断晶状体氧化损伤的新方法和靶点，并对白内障和其他氧化损伤相关性眼病的研究和临床防治提供新策略。

白内障是世界首位致盲性、与年龄老化相关的眼病。大量基础和临床研究发现，氧化损伤在老化和白内障形成过程中起到十分重要的作用。谷氧还蛋白2（Grx2）是TTase抗氧化修复系统中的一种亚型，存在于线粒体和胞核中。Grx2在保护人晶状体上皮细胞线粒体功能和抑制白内障形成中发挥重要的作用。其如何在晶状体上皮细胞线粒体中发挥氧化还原调节作用是本课题的研究重点。.研究内容：收集囊膜标本，检测人老化和白内障晶状体混浊程度对晶状体Grx2活性和表达的影响；通过Grx2 KO及Grx2 KI基因编辑小鼠，体内研究Grx2对维持晶状体透明性的重要作用；体外培养人晶状体上皮细胞（LEC），研究LEC线粒体Grx2氧化损伤修复的保护机制。.研究结果：1.Grx2的表达水平随着白内障晶状体混浊程度增加；在相同晶状体混浊程度囊膜中，糖尿病与非糖尿病患者Grx2的表达没有显著性差异；2.UVB辐射损伤人晶状体上皮细胞后，Grx2表达呈先上升后下降趋势；Grx2可以抵抗UVB辐照导致的HLEC凋亡；Grx2可以保护HLEC的氧化损伤修复作用。Grx2可以抑制氧化刺激下HLEC的迁移能力。Grx2通过保护线粒体膜电位稳态，线粒体形态，ATP产生，耗氧率保护UVB辐照后HLEC的线粒体功能；3.Grx2发挥线粒体保护作用与Drp1相关。4. Grx2 KO小鼠在UVB照射后更易发生白内障。.科学意义：1.首次在人白内障患者晶状体囊膜组织中检测了Grx2与白内障发病的关系；2.证实了Grx2通过调节细胞内氧化还原状态、保护线粒体功能来抵抗UVB的辐照损伤。3.深入研究了Grx2对线粒体保护的作用。4.Grx2调节UVB辐照损伤后DRP1稳态是发挥线粒体保护作用的可能机制。