过氧化物酶体增殖物激活受体-α对角膜上皮干细胞及其微环境的调控

Corneal epithelial stem cell and niche microenvironment is considered to be critical to maintain the corneal avascularization and epithelial renewal. However, the detail mechanisms of its functional regulation are limited. Peroxisome proliferator-activated receptor-α (PPAR-α) is one of the major signaling pathway that modulating lipid metabolism, with strong effect on inflammatory and immune modulation. However, the role PPAR-α pathway on ocular surface remains completely unclear. Our previous data had revealed high expression of PPAR-α in the limbal basal epithelium in various species, that were extremely similar in the pattern to the classic limbal stem cell marker such as p63. In addition, spontaneous corneal vascularization and epithelial defect were apparently shown in PPAR-α-knockout mice. These suggested that PPAR-α may probably be critical in the regulation of corneal epithelium stem cell and/or niche microenvironment. The major contents of the project include: investigate the relationship among PPAR-α, p63 and ABCG2 in spatial localization and quantitative proportion, elucidate the functional regulation of PPAR-α signals on the major functions of corneal epithelium stem cell and its microenvironment, and whether PPAR-α achieves the effects through inhibiting NF-κB and AP-1 signals, as well as whether the PPAR-α-knockout mice is stable and repeatable to be an animal model candidate of limbal stem cell deficiency (LSCD). This project attempts to elucidate brand-new molecular signaling mechanisms of limbal stem cell/niche regulation, and conceives the perspectives in treatment of LSCD patients with PPAR-α agonists/antagonist. The successful implementation of this project would promote scientific research in this area and bring great economic and social value.

角膜上皮干细胞及其微环境是角膜上皮自我更新和角膜透明的关键，但目前对其调控机制的了解仍十分有限。过氧化物酶体增殖物激活受体-α（PPAR-α）是脂质代谢通路之一，具有很强的抗炎及免疫调控作用，但其在眼表组织的作用尚不清楚。申请人前期研究已证实PPAR-α在多个物种的角膜缘上皮基底层有高表达，与现有公认干细胞标志物的特点十分相似；此外，PPAR-α基因敲除的成年小鼠角膜存在自发新生血管和上皮缺损。因此，PPAR-α很可能具有调控角膜上皮干细胞或其微环境的作用。本研究拟通过细胞和动物实验阐明PPAR-α与经典干细胞标志物的空间定位和比例关系，探讨PPAR-α对角膜上皮干细胞增殖分化调控，及其是否通过抑制炎症保护角膜缘微环境，并尝试建立角膜上皮干细胞功能障碍动物模型。本项目有利于进一步丰富干细胞调控的理论基础，并揭示PPAR-α配体的眼部应用前景。因此，本项目的实施具有重要的科学意义和社会价值。

角膜上皮干细胞及其微环境是角膜上皮自我更新和角膜透明的关键，但目前对其调控机制的了解仍十分有限。过氧化物酶体增殖物激活受体-α（PPAR-α）是脂质代谢通路之一，具有很强的抗炎及免疫调控作用，但其在眼表组织的作用尚不清楚。申请人前期研究提示PPAR-α很可能具有调控角膜上皮干细胞或其微环境的作用。本研究计划包括阐明PPAR-α与经典干细胞标志物的空间定位和比例关系，探讨PPAR-α对上皮干细胞增殖分化调控的作用，并尝试建立角膜上皮干细胞功能障碍动物模型。本项目研究过程中发现PPAR-α确在一部分物种或动物品系中类似干细胞标志物表达，但并非普适性。因此，研究方向调整为探讨PPAR-α在眼表多种病理状态中的作用及机制，包括干眼及鳞状上皮化生、角膜烧伤等。项目发现PPAR-α的配体fenofibrate具有抑制活体动物鳞状上皮化生的作用，其机制可能是抑制了巨噬细胞的活性，相应下调了多种炎症因子的表达。此外还发现，睡眠剥夺干眼模型的机理之一是抑制了PPAR-α在上皮中的表达，以及相应的TRPV6表达和Ezrin磷酸化的下降。睡眠剥夺通过影响PPARα的表达，继而影响上皮细胞脂质沉积以及相应的TRPV6和Ezrin磷酸化，影响上皮细胞微绒毛的形态，降低了泪膜的锚定能力，导致泪膜不稳定，形成干眼。另外还发现PPAR-α的配体fenofibrate对角膜化学烧伤具有治疗作用，其机制可能是抑制了炎症反应和新生血管形成。这些发现的科学意义在于从全新的角度阐述了干眼及鳞状上皮化生乃至角膜损伤的新机制，提示了潜在的治疗靶点，Fenofibrate有望成为眼表强效抗炎药物的新选择。