内源性神经通路LIFR/STAT3对视网膜视锥细胞光损伤的保护作用及机制研究

Retinal degenerative disease is a blinding disease that can severely affect human health. Activation of endogenous neural pathways can effectively delay retinal neuron apoptosis through a series of protective cascade reactions. However, few studies have been conducted to examine the effect of protection of cone photoreceptors on retinal degenerative disease. Our previous studies showed nerve factor LIF played a role in protecting cone photoreceptors though STAT3 signaling pathway and low intensity injury could activate the STAT3 signaling pathway of cone photoreceptors. Based on the research progress on LIFR and its ligands and retinal degenerative disease, we hypothesize that light preconditioning could have a direct protective effect on the cone photoreceptors through the activation of endogenous neural pathway LIFR/STAT3. By means of cell and molecular biology, pathology and immunochemistry, the project aims to explore the effect of the endogenous neural pathways LIFR/STAT3 induced by preconditioning on cone photoreceptors and the involved mechanisms in vitro and in vivo, respectively. On the basis of this, DNA microarray analysis and RNA interference are used to study the effect of related genes silencing on the above effects, and to clarify the key downstream signal molecules of LIFR / STAT3 system. This study not only helps to understand the direct protective effect and mechanism of endogenous neural pathways LIFR / STAT3 on cones photoreceptors, but also will provide an important scientific basis for the preventive treatment of retinal degenerative disease.

视网膜退行性病变是影响人类健康的重要致盲疾病，激活内源性神经通路可以通过一系列的保护性级联反应有效地延迟视网膜神经元的凋亡，但目前国际上对视锥细胞保护的相关研究甚少。我们前期研究发现LIF可能通过STAT3信号通道对视锥细胞氧化损伤发挥保护作用，同时低强度损伤可激活视锥细胞STAT3信号通道。基于LIFR及其相关配体与视网膜退行性病变研究的新进展，提出“光预适应可能通过激活内源性神经通路LIFR/STAT3而发挥视锥细胞保护作用”的假设。本项目拟采用细胞分子生物学、病理学和免疫化学手段，分别通过动物实验和细胞实验探索预适应激活的内源性神经通路LIFR/STAT3在体内外对视锥细胞的影响及其机理。在此基础上采用DNA微阵列分析法及RNA干扰技术研究沉默其相关兴趣基因对上述效应的影响，明确LIFR/STAT3系统下游关键信号分子。为预防视网膜退行性病变及相关治疗手段的研发提供科学依据。

视网膜退行性病变是影响人类健康的重要致盲疾病，但至今临床上仍无维持或者改善的有效方法。由于神经因子可以通过一系列的保护性级联反应有效地延迟视网膜神经元的凋亡，在阻止和延缓神经退行性病变中发挥着巨大的治疗潜力，已成为视网膜退行性病变研究的热点，但目前国际上对视锥细胞保护的相关研究甚少。本项目利用野生型BALB/c小鼠建立视网膜光损伤动物模型，研究发现光损伤刺激前，玻璃体腔注射LIF预处理可部分保护视锥细胞功能免受光损伤损害；进一步研究发现，LIF通过LIF/STAT3信号通路下游的凋亡和增殖相关基因（抗氧化因子SOD1、CAT和GPx1；抗凋亡因子 BCL2A1D、ATF3和细胞增殖因子GADD45A、PARP12表达增加。同时，抑制DNA修复因子DDIT4和抑制细胞增殖因子GZMM表达下降）发挥视网膜光损伤保护作用。本项目利用视锥细胞细胞株（661W细胞）建立体外视锥细胞氧化损伤模型，研究发现LIF预处理可增加抑制凋亡因子Bcl-2的蛋白表达，降低凋亡因子Bax、cleaved-caspase-3的蛋白表达，降低Bax/Bcl-2比值，LIF对H2O2诱导的661W细胞凋亡发挥保护作用；进一步研究发现LIF可以通过靶向STAT3信号通路对H2O2诱导的细胞凋亡和氧化应激产生保护作用。本项目还采用了视网膜退行性病变动物模型（rd12小鼠）对视网膜视锥细胞退行性病变进行深入研究。研究发现rd12小鼠RPE65基因型缺陷可引起内源性STAT3表达增多，磷酸化增强；外源性LIF可减少rd12小鼠视锥细胞细胞凋亡，发挥视锥细胞形态保护作用；进一步研究还发现利用STAT3抑制剂阻断LIF/STAT3信号通路，可抑制自噬流，使自噬中间产物积聚。本项目明确了LIF/STAT3神经通路对视锥细胞退行性病变的直接保护作用，并揭示了其下游发挥关键作用的神经通路和基因，有可能为预防视网膜退行性病变及相关治疗手段的研发提供科学依据，因而具有十分重要的科学意义和潜在的应用前景。