脂褐质色素A2在视网膜色素上皮变性发生发展中的作用机制研究

Lipofuscin pigments that accumulate in retinal pigment epithelial (RPE) cells with age are implicated in the pathogenesis of age-related macular degeneration (AMD). Vitamin A aldehyde-derived compounds serve as the biomarkers of retinal metabolism disorders, and constitute major components of lipofuscin pigments. Once these pigments are formed, neither gene therapy nor drug control can reverse the phenomenon. In comparison with A2E, the most studied lipofuscin pigment, A2 pigment exhibits a unique molecular structure, weaker fluorescence and greater photosensitivity. Our most recent preliminary experiments found out that the level of A2 was remarkably up-regulated and even significantly greater than A2E in posterior eyecups of ABCA4-/-RDH8-/- mice, an experimental animal model of AMD, indicating that A2 was of higher physiological significance. However, the relationship of A2 pigment to the pathological mechanisms of AMD remains unclear. Preliminary cytotoxicity tests also revealed that either the accumulation of A2 pigment in RPE cells or blue-light irradiation of RPE cells laden with A2 pigment significantly decreased cell viability. Therefore, based on our early work, this study will focus on the effect and mechanism of lipofuscin pigment A2 in onset and progression of retinal pigment epithelium degeneration as well as target elimination of A2 pigment by degradation and transfer, and has important scientific significance.

伴随年龄积聚在视网膜色素上皮（RPE）细胞中的脂褐质色素与年龄相关性黄斑变性（AMD）的发病机制密切相关。维生素A醛衍生物是视黄醛代谢紊乱的生物标志物，构成了脂褐质色素的主要组成部份，而且一旦形成，基因疗法和药物控制都无法逆转。脂褐质色素A2与研究最为广泛的A2E相比较，具有独特的分子结构、较弱的荧光性及更强的光敏感性。我们最近的预实验研究发现：A2色素在AMD动物模型ABCA4-/-RDH8-/-小鼠后眼罩中的含量显著上调，甚至明显超过了A2E的含量，具有很高的生理学意义。但是，A2色素与AMD致病机理的关联性尚不明确。细胞毒性预实验也揭示了A2色素积聚在RPE细胞或蓝光（430 nm）照射负载A2色素的RPE细胞都会引起细胞活力显著下降。因此本项目主要在我们前期工作的基础上，拟开展脂褐质色素A2在视网膜色素上皮变性发生发展中的作用机制及其靶向降解和转移清除的研究，具有重要的科学意义。

年龄相关性黄斑变性（AMD）是一种最常见的与老龄化相伴生的致盲性眼病。它是全球成年人和我国中老年人群重度视力丧失甚至“不可逆性”盲的首要原因。AMD根据临床表现分为干性和湿性两型，其中干性AMD约占AMD患者总数的90%。常染色体隐性Stargardt病（STGD1）是青少年最常见的一种遗传性黄斑营养不良性眼病，全球患病率约为1/10000。STGD1患者常以双眼中心视力进行性下降且不能矫正为首发症状，步入成年期时视力严重或完全丧失。病因不清是干性AMD和STGD1至今为止尚无有效的治疗措施的根本原因。视网膜上全反式视黄醛和脂褐素的积聚与干性 AMD和STGD1的发生发展密切相关。主要研究内容：（1）回顾视黄素代谢异常诱发的视网膜疾病的药物与基因治疗的研究进展；（2）视黄素代谢过程中全反式视黄醛转化为全反式视黄醛二聚体的意义；（3）全反式视黄醛二聚体积聚到超过临界水平介导视网膜色素上皮细胞退化的作用机制；（4）全反式视黄醛诱导视网膜色素上皮细胞死亡与NLRP3炎症小体激活的关系以及全反式视黄醛是否介导视网膜色素上皮细胞发生焦亡。重要结果、关键数据及其科学意义：（1）详尽地回顾及讨论了视黄素代谢异常诱发的视网膜疾病的药物与基因治疗的研究进展，并且展望了其应用前景（IOVS 2016）; （2）提出且证实了视觉循环运行过程中全反式视黄醛转化为全反式视黄醛二聚体是机体实现自我保护的一种代谢/解毒机制的新理论（Toxicology 2016, JBC 2018）；（3）发现若全反式视黄醛二聚体异常积聚到超过临界水平能够抑制视网膜色素上皮细胞增殖，破坏细胞DNA及诱导细胞凋亡，进一步揭示了干性AMD和STGD1发病中的分子机理（IOVS 2017）；（4）发现全反式视黄醛能够激活视网膜色素上皮细胞NLRP3炎症小体和引起caspase-3/GSDME介导的细胞焦亡，更加重要的是，抑制NLRP3和cathepsin B/D的活性均可降低全反式视黄醛对视网膜色素上皮细胞的毒性。进一步揭示了干性AMD和STGD1发病中的分子机理，有助于为其靶向治疗提供新的策略（IOVS 2019）。