溶酶体膜通透性易化致神经节细胞凋亡在视神经损伤中的作用及机制研究

Traumatic optic neuropathy (TON) is one representative disease of optic nerve injuries, with retinal ganglion cell (RGC) apoptosis which leads to permanent blind. Due to poor understanding of mechanisms, there is few effective treatments. Our published research in Cell indicates that lysosomal membrane permeabilization (LMP) plays critical roles in neuron apoptosis. However, LMP hasn’t drawn much attention in terms of optic nerve injury and RGC apoptosis. In our preliminary experiments, we’ve unveiled that permeability of lysosomes in RGC elevated after mouse optic nerve crush (ONC) injury, following with increasing proteases (represented by cathepsin family) translocating to cytosol and more cleaved caspase 3 positive cells. However, adoption of protease inhibitor cocktail (PIC) attenuated RGC death and improved cell survival rate. Based on our previous work and literatures, we hypothesize that optic nerve invasions cause activation of Bax monomers, resulting in LMP. Protease leaking from lysosomes lead to multi-pathways of the primary apoptosis. Simultaneously, neurotoxic astrocytes induced by NLRP3 mediated inflammatory cytokines launch the secondary apoptosis. We plan to study the mechanisms of LMP initiation, astrocytes activation and action of causing apoptosis of RGC by ONC model and establishing Bax oligomerization defect primary RGC. Our results are expected to improve the understanding and provide a new treatment target of optic nerve injury in order to achieve clinical translation and rescue patients’ vision.

外伤性视神经病变（TON）是视神经损伤的代表疾病，视网膜神经节细胞（RGC）凋亡可致患者永久失明，机制尚不完全明确，缺乏有效治疗手段。我们发表在Cell的论著表明溶酶体膜通透性易化（LMP）在介导神经元凋亡中具有重要作用。而在视神经损伤中未见报道。预实验发现，小鼠视神经夹持（ONC）后，RGC溶酶体通透性增高，以cathepsin为主的蛋白酶含量升高并向胞质转移，caspase 3激活增多。运用蛋白酶抑制剂后，显著提高了RGC存活率。结合文献，我们提出科学假设：视神经受侵扰后，RGC中活化的单体Bax使溶酶体膜通透性增高，蛋白酶外溢，引起原发性凋亡的同时，通过NLRP3介导炎症因子释放，使星形胶质细胞分化成神经毒性型，造成继发性凋亡。本项目拟通过ONC模型及构建Bax聚合障碍型原代RGC，研究LMP产生、胶质细胞激活及致RGC凋亡的机制，有望完善疾病的机制，提出新的治疗靶点，挽救患者视力。

（1）外伤性视神经病变（TON）是视神经损伤的代表疾病，视网膜神经节细胞（RGC）凋亡可致患者永久失明，目前RGC受损的生物学机制尚不完全明确，同时临床上也缺乏有效治疗手段。本研究采用小鼠视神经夹持（ONC）手术，构建视神经损伤模型，鉴定疾病过程中的分子生物学改变，并且通过玻璃体腔注射外源性的蛋白酶抑制剂复合物（PIC），起到减少RGC细胞凋亡，改善视功能的目标。结果表明：小鼠视神经即便受到短暂的夹持，RGC细胞也会随着时间推移发生显著的凋亡损伤，视网膜caspase-3表达增加，RGC数目与密度大幅度下降；凋亡过程中，RGC细胞的溶酶体膜通透性易化（LMP），以cathepsin蛋白家族为代表的生物标记物表达显著增加；而在ONC损伤后，通过玻璃体腔注射PIC，可以有效抑制LMP，减少RGC凋亡，一定程度维持细胞神经电生理功能。LMP如何通过上游分子靶点影响RGC凋亡的机制还在进一步研究中。我们的研究提示：LMP是视神经受损时的重要细胞病理改变，外源性PIC能够起到抑制LMP，保护RGC细胞的作用。（2）基于全球疾病负担研究（GBD 2017）数据，我们研究发现：糖尿病相关的视力损伤造成的疾病负担，正随着全球老龄化而逐渐加重，同时具有明显的性别不均衡，女性疾病负担较男性更中国，必须引起公共卫生领域的重视，并且做出相应的医疗资源分配政策的调整。（3）基于GBD 2017的数据，我们还发现：维生素A引起的儿童视力损伤正在成为全球卫生领域的重大问题之一，在社会经济程度较落后的地区尤为严重。