间隙连接介导的钙信号在iPSCs重塑小梁网中的作用与分子机制研究

Dysfunctional or degenerated trabecular meshwork (TM) is associated with the elevated intraocular pressure (IOP), which is considered as the main reason of primary open-angle glaucoma (POAG). The elevated IOP can cause the degeneration of retinal ganglion cells and optic nerve. However, no effective treatment can prevent TM degeneration in POAG and none of medicine can be used to regenerate the damaged TM. We previously demonstrated that the transplantation of induced pluripotent stem cells (iPSCs)-derived TM cells can rescue the glaucomatous phenotypes in multiple glaucoma models through regenerating the damaged TM. The regeneration is achieved by the division of endogenous TM cells stimulated by iPSCs-derived TM cells. Our current study indicated that gap junction-induced calcium signal is crucial for the proliferation of TM cells in vitro. Based on our observations, the experiments will be designed to demonstrate the following theories through patch-clamp recording, molecular biology techniques and glaucoma models. ① Gap junction-induced calcium signal is crucial in iPSCs-based TM regeneration. ② The function of connexins are abnormal in POAG patients. ③ Rho kinase inhibitor can rebuild the damaged TM in POAG through stimulating the opening of gap junction hemichannels and the division of endogenous TM cells. In summary, this project will help us better understand the pathological mechanisms of primary open-angle glaucoma and explore a novel therapeutic drug to regenerate the damaged TM.

小梁网细胞凋亡或功能异常是导致青光眼高眼压的重要原因，持续的高眼压可导致视网膜神经节细胞和视神经凋亡。但针对小梁网细胞的凋亡，目前尚无有效的治疗措施。我们前期研究发现：来源于诱导性多能干细胞（iPSCs）的小梁网细胞可有效重塑小梁网组织，恢复并维持小梁网的房水外排功能，间隙连接介导的钙离子信号在内源小梁网细胞增殖过程中发挥了重要作用，提示间隙连接可能会成为重塑小梁网并恢复其功能的新型治疗靶点。基于前期发现，我们提出以下假设并通过膜片钳技术及分子生物学等手段在青光眼动物模型中进行验证：①间隙连接及其介导的钙信号在iPSCs重塑小梁网的过程中发挥重要作用；②原发性开角型青光眼患者中的间隙连接蛋白功能异常；③通过间隙连接半通道的开放和促细胞增殖作用，Rho激酶抑制剂可有效重塑原发性开角型青光眼患者中的小梁网组织。本项目为深入理解原发性开角型青光眼的致病机制并为治疗提供新的思路、理论和实验依据。

青光眼是世界首位不可逆致盲性眼病。高眼压被认为是青光眼最重要的致病因素。小梁网细胞凋亡或功能异常是导致青光眼高眼压的重要原因。但针对小梁网细胞的凋亡，目前尚无有效的治疗措施。.诱导性多能干细胞来源小梁网细胞（iPSC-TM）可有效重塑小梁网组织，恢复青光眼小梁网的房水外排功能。然而，其组织重塑机制尚不明确，严重阻碍了此类细胞治疗的临床应用转化进程。本项目重点完成以下内容：.① 间隙连接介导在iPSCs重塑小梁网过程的作用.证明间隙连接在iPSCs重塑小梁网中的必要性，确定间隙连接蛋白Connexin43在TM组织再生中的作用。研究成果以通讯作者发表于IOVS、TVST，授权国家发明专利1项(ZL 2019 1 0136640.8)。.②青光眼中间隙连接的功能评估.系统全面的分析病理状态下小梁网中间隙连接家族成员的表达及功能。研究成果以通讯作者发表于Molecular Vision (2篇)、iScience、Frontiers in Pharmacology (2篇)， 部分研究成果发表于Life Science和有机化学，申请国家发明专利3项 (均实质审查阶段)。.③ 间隙连接半通道调节剂在重塑青光眼小梁网组织的效果分析.初步证明间隙连接半通道调节剂Y-27632可有效促进原代小梁网细胞的增殖，并明显增强间隙连接半通道介导的电流。研究成果以通讯作者发表于国际眼科杂志、International Journal of Nanomedicine、Cell Proliferation，授权国家发明专利1项 (ZL 2018 1 0932051.6)。.④ iPSC技术的临床应用转化.以上述成果为基础，获批国家重点研发计划、山东省泰山学者青年专家计划、山东省优青项目、青岛市关键技术攻关项目共4项；成果于青岛海尔生物科技有限公司开展临床应用转化，获批横向项目200万元；已建立iPSC-TM细胞大规模制备SOP 2项，2023年拟与企业合作牵头制定团体标准；完成临床前原发性开角型青光眼恒河猴治疗效果评估和药效学分析；2023年拟完成人iPSC-TM第三方安全性评价及中检院复核认证，推动iPSC技术治疗青光眼的的临床应用转化。