NADPH氧化酶通路和mitoKATP介导莱菔硫烷对糖尿病大鼠视网膜神经节细胞的保护作用

Diabetic retinopathy (DR) is classically thought of as a microvascular disease of the retinal capillaries. Studies have shown that diabetes also impairs retinal neuronal function before the onset of visible vascular lesions. Recent studies suggest that oxidative stress plays a major role on retinal neuronal dysfunction in diabetes. Sulforaphane (SF), which can be obtained in cruciferous vegetables such as broccoli, exerts protective effects in response to oxidative stress in various tissues. We studied retinal neurocircuitry of db/db mice and observed impaired visual function during the early stage of DR. Application of various antioxidants protected retinal ganglion cells (RGCs). Accordingly, this research project will have a comprehensive study of the role of SF in protection of RGCs in induced diabetic rats at the molecular, cellular and integrative level. The role of NADPH oxidase signaling pathway and retinal mitoKATP in the neuroprotective effects of SF on RGCs of diabetic rats will be investigated therewith. Furthermore, the antioxidation of SF in protection of retinal structure and function will be further explored. The research results will not only help to clarify the neuroprotective effects of SF on the visual function in diabetic rats, but provide new strategy for prevention and treatment of DR.

糖尿病视网膜病变（DR）中视网膜神经细胞的功能损伤发生在临床可见的血管损伤之前，而且是导致糖尿病视觉丧失的直接因素。氧化应激是引起糖尿病视网膜神经节细胞（RGCs）功能损伤的主要因素之一。莱菔硫烷（SF）广泛存在于十字花科蔬菜中，特别是西兰花，研究表明SF在多种组织的氧化应激反应中发挥保护效应。我们过去的研究发现db/db小鼠视网膜神经通路在疾病初期就出现功能异常，而抗氧化剂可使RGCs受到不同程度的保护。本项目将深化前期研究，从分子、细胞和系统水平综合研究SF对糖尿病大鼠RGCs的保护效应，探讨NADPH氧化酶通路和线粒体ATP敏感钾通道（mitoKATP）在SF保护糖尿病视网膜RGCs中的作用，并进一步在细胞水平探讨SF对糖尿病大鼠RGCs视觉功能的保护作用。研究结果不仅有助于阐明SF对DR视觉功能的神经保护作用机制，而且为临床上早期防治DR提供了新的思路。

糖尿病视网膜病变（DR）是糖尿病最为严重的眼部并发症，DR中视网膜神经细胞的功能损伤发生在临床可见的视网膜微血管病理改变之前，在糖尿病早期如何保护视网膜神经节细胞（RGCs）是眼科研究中重要的课题。氧化应激是引起糖尿病RGCs功能损伤的主要因素之一。莱菔硫烷（SF）广泛存在于十字花科蔬菜中，特别是西兰花，研究表明SF在多种组织的氧化应激反应中发挥保护效应。本研究通过一次性腹腔注射链脲佐菌素（STZ）的方法制备糖尿病大鼠模型，从分子、细胞和系统水平综合研究SF对糖尿病大鼠RGCs的保护效应，探讨NADPH氧化酶通路和线粒体ATP敏感钾通道（mitoKATP）在SF保护糖尿病RGCs中的作用，并进一步在细胞水平探讨SF对糖尿病大鼠自身感光视网膜神经节细胞（ipRGCs）形态学结构的保护作用。结果发现，SF能减少糖尿病大鼠视网膜ROS的生成、抑制视网膜神经细胞的凋亡、增加RGCs的存活数量；同时，SF能下调糖尿病大鼠视网膜Nox2和Nox4的mRNA和蛋白表达水平、显著增加Nrf2的核聚集、上调Mn-SOD和HO-1的mRNA和蛋白表达水平；使用NADPH氧化酶抑制剂（APO或DPI）后，糖尿病大鼠视网膜凋亡细胞数量明显减少、RGCs数量明显增加；而且SF能下调糖尿病大鼠视网膜MCP-1的蛋白表达；然而，SF对糖尿病大鼠的这些效应均可被mitoKATP抑制剂（5-HD）所阻断。进一步研究发现，SF显著降低糖尿病大鼠视网膜钙离子含量，亦能显著抑制高糖诱导的RGCs钙离子内流的增加，而使用5-HD也可减弱SF的这些效应。同时，各组大鼠视网膜ipRGCs初级树突的数量虽无统计学差异，但是SF可显著抑制糖尿病大鼠视网膜ipRGCs树突野面积的减小。以上结果证实SF对糖尿病大鼠RGCs有一定的保护效应，其作用机制可能与其抑制NADPH氧化酶通路和激活mitoKATP有关；同时确定了SF对糖尿病大鼠ipRGCs的形态学结构的保护作用。研究结果不仅有助于阐明SF对DR视觉功能的神经保护作用机制，而且为临床上早期防治DR提供了新的思路和重要的实验数据及理论指导。