环状RNA-IBTK调控未折叠蛋白反应参与年龄相关性白内障发生机制的研究

Dysfunction of unfolded protein response (UPR) mediated Keap1/ Nrf2 dependent stress protection is recognized as the major pathological feature of age- related cataract (ARC). Circular RNAs (circRNA) are a class of stable and conserved non-coding RNA molecules, and plays important role in many physiological and pathological processes. Our previous study has revealed that the expression of circ-IBTK by circRNA sequencing and qRT-PCR is significantly decreased in ARC patients compared to age matched controls. Our preliminary results indicate that in the process of UPR, circ-IBTK may regulate DNA methylation of the promoter of Keap1 gene through circ-IBTK/miR-29b/DNA methyltransferases axis and mediate dysfunction of Nrf2 dependent stress protection. This study will determine circ-IBTK expression pattern in oxidative stress model of human lens epithelial cells and selenite cataract model of Sprague-Dawley suckling rats at different time points, clarify the role of circ-IBTK in UPR and cell dysfunction through in vitro or in vivo intervention of circ-IBTK expression, and reveal the molecular mechanism of circ-IBTK -mediated dysfunction of Nrf2 dependent stress protection. This study will provide novel insights into the prevention and treatment of ARC.

未折叠蛋白反应（UPR）介导的Keap1/Nrf2依赖性应激保护失衡是年龄相关性白内障（ARC）的重要病理特征。环状RNA（circRNA）是一类稳定和保守表达的非编码RNA分子，对众多病理生理过程有关键的调控作用。预实验中，circRNA测序筛选发现在ARC发病中circ-IBTK的表达显著下调，可通过circ-IBTK/miR-29b/DNA甲基转移酶环路，调控Keap1基因的DNA甲基化，介导Nrf2依赖性应激保护失衡，参与UPR过程。本研究拟建立晶状体上皮细胞的氧化应激模型和亚硒酸钠诱导的大鼠白内障模型，分析多个压力/时间点circ-IBTK表达规律；基于circ-IBTK表达干预，从细胞、组织和动物水平明确circ-IBTK对UPR的调控作用；基于生物信息学和分子生物学技术，阐明circ-IBTK调控UPR的分子机制；并行临床验证和干预研究。研究成果有望为防治ARC提供新的思路。

年龄相关性白内障（Age related cataract, ARC）是世界范围内的首位致盲性眼病，目前尚无安全有效的药物治疗方法，手术是其唯一有效的治疗途径。ARC的发病机制尚未明确，因此深入研究其发病机理，具有重要意义。本项目组深入研究了circ-IBTK调控的Nrf2介导的网络调控在ARC发生发展中的作用。与对照组相比，ARC晶状体前囊膜中circ-IBTK的表达下调，Nrf2下调，Keap1上调。首先研究了circ-IBTK表达干预对晶状体上皮细胞功能的调控，并揭示circ-IBTK/miR-29b/DNA甲基转移酶作用环路的分子机制。circ-IBTK沉默后，晶状体上皮细胞（Human lens epithelial cells, HLECs）凋亡增加、增殖减少，circ-IBTK与miR-29b结合作为microRNA海绵发挥作用，DNMT3a和DNMT3b是miR-29b的下游靶基因。第二、构建过氧化氢（H2O2）干预的氧化应激模型、HTRA1/TGF-β介导的原代细胞增殖模型和亚硒酸钠诱导的大鼠白内障模型，研究Keap1/Nrf2/HO-1级联通路的分子机制。在氧化应激的过程中，Nrf2下调，细胞核内Nrf2下调，Keap1上调，HO-1下调，继而导致凋亡相关通路中BAX和Caspase-3上调，Bcl-2下调。第三，在原课题假说基础上创新性地研究了Nrf2与NLRP3炎症小体网络调控的作用机制，ARC晶状体前囊膜中NLRP3及接头蛋白ASC的表达水平显著高于对照组。在氧化损伤下，HLECs中NLRP3和ASC表达上调，应用Nrf2活化剂(RTA-408)干预后，可下调HLECs中H2O2氧化刺激下NLRP3和ASC的过表达，可能在氧化损伤引起的HLECs炎症中起保护作用。最后，AKBA体外和体内的药物干预研究。AKBA可提高H2O2刺激下HLECs活力，降低细胞内ROS水平，减轻细胞凋亡。AKBA显著降低caspase-3和Bax的表达，增加Bcl-2的含量，通过激活Keap1/Nrf2/HO1级联反应，促进Nrf2的核转位，减轻氧化损伤和大鼠白内障形成。该项目为深入研究白内障这个世界首位致盲性疾病的抗氧化应激和抗炎网络调控机制提供了新的思路和实验依据，对研发治疗ARC的有效药物提供了理论基础和依据。