电场诱导晶状体上皮细胞间质转化参与后发性白内障形成

Posterior capsule opacification (PCO) is the main reason that inhibit the vision rehabilitation after cataract surgery. The progress of PCO is related to the epithelial-mesenchymal transition (EMT) of lens epithelial cells (LEC), but the mechanism of it is still not well known.It is shown that an electric field (EF) is induced by cataract surgery. Our previous experiment data show that EF can induce the fibroblast-like shape change of LEC,and decrease the expression of E-cadherin and increase the expression of Vimentin,which including the activation of integrin and FAK. These results indicate that EF induces EMT of LEC by the integrin-related signaling pathway. In this reasch, with morphological and molecular techniques, we plan to observe the effect of EF-induced EMT of LEC and the effect of EF on the opacification of lens capsule, and to explore the role of integrin-related signaling pathway in this progress. By this reasch, we sought to clarify the role of EF-induced EMT of LEC in the formation of PCO, and to better our understanding of the pathogenesis of PCO. Combining with drugs which can manipulate the EF strengh, we strive to inhibit the EF-induced EMT, and search for a new way for the treatment of PCO in clinic.

后发性白内障(PCO)是影响白内障手术效果的主要原因，其发生与晶状体上皮细胞（LEC）发生上皮间质转化（EMT）密切相关，目前对其发生机制的认识尚不充分。研究显示白内障术后晶状体周围产生电场，我们前期研究结果表明：电场作用下LEC发生成纤维细胞样变，细胞中E-cadherin表达下调，Vimentin表达上调，伴integrin表达升高和FAK的活化。以上结果强烈提示电场可能通过整合素相关信号通路诱导LEC发生EMT，进而参与PCO的形成。本项目拟在前期工作基础上，利用形态学、siRNA及相关分子生物学技术，从细胞和组织层面观察电场诱导LEC发生EMT和影响晶状体囊膜混浊的作用过程，以明确电场诱导的EMT在PCO形成中的重要地位；观察上述作用中整合素相关信号通路的调控能力并探明关键环节，进一步阐明电场诱导EMT及PCO的作用机制；结合以上结果观察药物联合干预的影响，为PCO防治开辟新途径。

后发性白内障（PCO）是白内障术后最常见的远期并发症。该过程被认为是手术启动了晶状体的异常损伤修复反应，进而诱发晶状体上皮细胞 （LEC）出现上皮间质转化（EMT）和晶状体纤维再生。因此，EMT在PCO的发生中起重要作用，但其诱发和作用机制并不明确。机体内部存在的内源性电场参与调节细胞移行、增生等众多生物学行为，并在损伤修复过程中发挥着关键作用。我们推测电场可能参与诱导LEC发生EMT，其作用机制有待深入研究。本课题在前期研究和预实验的基础上，采用激光共聚焦、流式细胞仪检测、RT-PCR、western blot等技术手段，在光镜和活体动物模型中，完成了对以下问题的研究：1. 成功建立了体外电场对LEC作用模型，结果显示此电场模型稳定，具有良好的可重复性。2. 全面观察了电场对LEC多方面生物学行为的影响，包括细胞活力与凋亡、细胞移行、细胞增生和细胞周期。证实0－400mV/mm的电场能够诱导LEC的定向移行，400mV/mm以上强度的电场可诱导LEC的凋亡并抑制细胞的增生。3.成功证实电场可诱导LEC发生EMT。通过光镜、免疫荧光染色、激光共聚焦显微镜检测观察LEC形态和上皮细胞标志物蛋白、间充质细胞标志物蛋白在细胞内的分布和荧光强度，采用RT-PCR和Western blot分别从基因和蛋白水平检测上述蛋白的表达，结果证实，0－400mV/mm的电场可诱导LEC发生成纤维细胞样形态改变，同时细胞中上皮细胞表型标志物（cytokeratin、E-cadherin）表达下调，间充质细胞表型标志物（Vimentin、Fibronectin）表达上调，从而说明LEC在电场中发生了EMT样改变。 4. 成功探明电场诱导LEC发生EMT的关键作用机制。研究结果显示，β1 integrin-FAK信号通路和β1 integrin-TGFβ信号环路在电场诱导LEC发生EMT中发挥重要的调节作用，并通过分别对β1 integrin、FAK、TGFβ表达的干扰，证实β1 integrin是EMT发生中的关键上游调控因子，而TGFβ对β1 integrin具有反向调控作用。5. 建立了小鼠晶状体摘除模型，并通过对在体晶状体囊膜的观察，证实采用药物干扰内源性电场可能抑制晶状体囊膜混浊的发生发展。本课题为进一步阐明PCO的发生机制、实现PCO的早期、有效防治开辟了新的途径。