硫氧还蛋白Trx对糖尿病视网膜感光细胞退行性变的作用机理

Diabetic retinopathy (DR) is the most common diabetic eye complications. DR retinal photoreceptor cells and ganglion cells were difficult to repair degeneration, so prevention is very important. However, there is no effective therapies to treat the disease. Our previous work have shown that thioredoxin (Trx) can protect photoreceptor cell in the retina from degeneration，by suppressing the generation of ROS and regulating the expression of thioredoxin- interacting protein （Txnip）(see research-based). The occurrence of DR have relationship with hyperglycemia induced the formation of advanced glycation endproducts(AGEs), then AGE will increase the production of ROS and Txnip. So we hypothesis that Trx may play an critical role in preventing photoreceptor degeneration in diabetic retinopathy. This experiments are designed to use transgenic technology, to set up both photorecetor cell and retinal pigment epithelial （RPE） cell culture system with highly expressed Trx protein, investigate the regulation of Trx in Redox equilibrium, the adjustment mechanism of AGEs, ROS, Txnip, and explore the relevance of AGEs and Neurodegenerative Diseases. By discovering how AGEs induce the degeneration of photoreceptor, we could find out the mechanism of Trx on preserve photoreceptor function from disease of diabetic retinopathy. This project can demonstrate a key protein in preventing photoreceptor cell from degeneration. All these work could provide a scientific basis for the development of new drugs in DR clinical prevention and treatment.

糖尿病视网膜病变（DR）是最常见的糖尿病眼部并发症，DR视网膜感光细胞和节细胞呈难以修复的退行性变，故预防尤显重要，但由于机制不清，目前尚无有效的防治方法。我们的前期研究表明，硫氧还蛋白Trx对视网膜感光细胞退行性变的保护作用，与下调ROS和硫氧还蛋白结合蛋白Txnip的表达相关（见研究基础）。而DR的发生与高血糖诱导糖化终产物AGEs形成，致组织ROS及Txnip过量产生有关。由此设想，Trx可能在预防DR感光细胞退行性变起关键作用。因此本课题拟采用转基因技术，建立Trx高表达视网膜感光细胞和色素上皮RPE细胞系，研究Trx对感光细胞及RPE细胞氧化还原平衡的调节作用、及Trx与AGEs、ROS、Txnip之间的相互调节机制，探讨AGEs与感光细胞退行性变的关系，阐明Trx对AGEs诱导DR的保护作用机理、寻找DR视网膜退行性变发生的关键环节，以求为DR临床防治新药的研发提供科学依据。

高糖诱发感光细胞退变是糖尿病视网膜病变(DR)致盲的重要因素。我们的研究表明，随糖尿病病程延长，体内糖基化终产物(AGEs)积累，氧化还原平衡失调，最终引起视网膜感光细胞退变。硫氧还蛋白（Trx）是一种广泛存在于各种组织细胞中的小分子（12kDa）蛋白质，与硫氧还蛋白还原酶（TrxR）、NADPH共同构成了Trx系统，在调节细胞氧化还原平衡、抗凋亡等过程中发挥重要作用。研究中，我们选用神经细胞系Neuro2A细胞和感光细胞系661W细胞，建立Trx高表达细胞系；并采用高脂-STZ法制备糖尿病小鼠模型和Trx转基因小鼠，探讨Trx对糖尿病视网膜感光细胞退行性病变的保护作用及相关机制。通过流式细胞术检测细胞活性及生长、H&E染色观察视网膜形态、测量视网膜感光细胞层（外核层）厚度、及ERG检测视网膜功能，在体外和体内评价Trx对糖尿病视网膜感光细胞退行性病变的保护作用。体外研究结果发现，高表达Trx后可以有效抑制AGEs对细胞所产生的细胞损伤（细胞凋亡），而下调Trx表达可明显促进此过程的发生。此外，下调Trx内源性抑制剂-硫氧还蛋白结合蛋白（Txnip）的表达，可以有效抑制AGEs所引起的神经细胞损伤。体内研究结果显示，随着DR的发生与发展，视网膜感光细胞功能逐步降低、视网膜各层厚度逐渐变薄，并与Trx表达降低呈正相关；然而上调Trx表达后，可有效延迟糖尿病视网膜感光细胞的退行性病变。体外体内研究结果均证实，高糖条件下可以引起视网膜神经细胞损伤，Trx对高糖诱导神经细胞损伤具有保护作用，其机制与抑制ROS产生，下调ASK1、JNK、PTEN、TXNIP、p38表达，以及上调AKT表达相关。对视网膜色素上皮细胞RPE研究也获得了相同结论。另外，在体外水平我们研究还发现高表达Trx后，可以有效调节感光细胞线粒体功能以及细胞自噬，此现象为后续研究提供了一定的指导方向。本研究结果初步明确了Trx是DR视网膜退变发生的关键环节之一，有望为DR临床预防治疗新药的研发提供科学依据。