D-型丝氨酸/丝氨酸消旋酶在糖尿病视网膜病变中的作用机制研究

Diabetic retinopathy( DR) is one of the major ocular disorders leading to blindness in the world. The major pathologies include retinal neuronal apoptosis and microvascular damage. The data in my group demonstrated that serine racemase(SR) expression is elevated in retina and D-serine content increased in aqueous humor of DR rat model. These sets of data suggest that D-ser/SR may play roles in DR. Evidence demonstrate that overproduced D-serine could exacerbate neuronal death via binding to NMDA receptor and some data suggest that excessive D-ser could overactivate PKC pathway via NMDA receptor-binding. PKC pathway overactivation is one of the mechanisms leading to microvascular pathology in DR. In this project, we will use ins2 Akita mouse- - a type of insulin2 mutant strain leading to insulin-dependent diabetic mellitus, and srr mutant mice, to generate dual-mutant strain named as ins2 Akita-SR; in the dual-mutant mice, we will examine retinal neuronal apoptosis and microvascular pathology. In summary, these projects will aim to clarify the potential roles of D-serine/SR in DR. The accomplishments will provide invaluable data in DR prevention and treatment,and also a potential target for drug discovery in DR.

糖尿病视网膜疾病（DR）是主要致盲因素之一，DR中重要的病理变化包括视网膜局部微血管的改变和神经元的凋亡。本课题组前期研究发现，在DR大鼠视网膜中，视网膜高表达D-ser的合成酶- - -丝氨酸消旋酶 (SR)，其房水中含有高浓度的D-ser，提示D-ser可能在DR的病变中发挥作用。研究发现过量的D-ser在神经退化性疾病中与谷氨酸一起激活胞膜上的NMDA受体，促进过量的钙离子内流，既导致神经元的死亡，又激活PKC途径，而PKC途径的过度激活是导致DR中微血管病变的重要机制之一。本课题进一步利用SR突变小鼠和Ins2Akita突变小鼠（一种DR模型），建立Ins2Akita-SR双突变模型，在该品系小鼠中检验视网膜神经元的凋亡及视网膜中微血管的病变，从而阐明D-ser/SR在DR视网膜中神经元的凋亡和微血管病变中的作用，为DR的预防和治疗提供新的理论依据和潜在的药物靶点。

摘要：.糖尿病视网膜病变（Diabetic Retinopathy, DR）有两个重要病理表现：视网膜微血管病变和视神经节细胞（Retinal Ganglion Cells, RGCs）的退行性病变。目前关于DR的病因研究主要集中在微血管病变机制的研究：如多元醇通路激活、PKC-beta通路激活、终端糖基化产物产物过量产生、氨基己糖途径激活等。但是RGCs的退行性改变的机制研究, 极度匮乏。虽然DR中RGCs缺失早在1960S被发现并描述，但是直到近十几年来的研究才表明DR中RGCs的退行性改变早于微血管病变。研究表明DR中RGCs退行性改变和神经兴奋性相关。而神经兴奋性和NMDA受体的过度活化紧密关联。D-Serine是NMDA受体的一个协同性配体，缺失D-Serine, NMDA受体介导的神经传递和神经兴奋性毒性显著性降低。本课题研究丝氨酸消旋酶（SR）是否参与了DR中RGCs的退行性改变。 在我们的早期研究中，我们在国际上首次并独立发现糖尿病大鼠中，其视网膜RGCs高表达SR，其房水中含有高浓度的D-serine。在该国家自然科学基金的支持下(81371027)，我们发现：与年龄对照组相比，糖尿病病人房水中含有高浓度D-serine 和谷氨酸。进一步利用功能性SR缺失的小鼠发现，SR的缺失可以大大减少玻腔注射NMDA引起的RGCs的凋亡。而神经兴奋性和DR中RGCs的凋亡紧密相关。我们进一步利用SR缺失的小鼠和I型糖尿病小鼠（Ins2Akita）杂交，生成SR缺失和拥有Ins2突变的小鼠 （Ins2Akita-Srr）。我们发现：（Ins2Akita-Srr）中，RGC的缺失显著性小于对照组Ins2Akita。同时我们也拟研究SR在糖网血管病变中的作用。但是目前并没有完善的糖网血管病变模型。利用该基金的支持，我们研究SR缺失对脉络膜血管新生作用的影响。我们发现：SR缺失可以通过抑制RPE细胞分泌VEGF、抑制诱导性一氧化氮合成酶的合成、抑制巨噬细胞的迁移，从而抑制脉络膜血管的新生。我们的研究表明：SR缺失可以减少糖网中RGC的退行性改变，这部分研究成果已经被国际同行论证证实；SR缺失可以减少脉络膜血管新生化。为下一步药物开发奠定了重要基础。