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在环境因素(如长时间的近距离用眼)及遗传因素等众多因素的共同作用下,近视眼(Myopia)的发病率呈持续上升趋势,最新流行病学调查显示,我国南方地区15岁青少年近视患病率已达到78.4%。近视眼患病影响视觉质量的同时,也会造成视网膜的病理性损害,如脉络膜视网膜变性,视网膜脱离等,从而导致不可逆性视力损害甚至致盲。近视眼作为全球性的医学及社会问题,一直是眼科研究的热点。然而由于近视眼的发病机制尚不清楚,对近视眼的预防和治疗仍无较大突破。
研究资料表明,早期发育时,视觉刺激诱导眼内局部生物化学信号通路,调控眼球生长及眼巩膜重塑,从而影响正视化过程,最终影响眼球的屈光状态。最新研究表明视黄酸与视觉控制眼球生长有关,它作为一种信号因子通过在视网膜、脉络膜的合成和分泌,对眼球生长过程中巩膜的重塑起重要的作用。
巩膜重塑是近视眼发生和发展中的重要生物学改变,它与巩膜细胞的分化、增殖和细胞外基质(Extracellular Matrix,ECM)的动态平衡密切相关。Fibulin-1是重要的ECM支架蛋白,它参与形成ECM的超分子结构,影响组织重塑过程,参与神经嵴来源组织(包括巩膜)的形态发育过程。Fibulin-1在巩膜中的作用尚不清楚,在巩膜重塑中,它与视黄酸信号因子是否存在关系?因此,从细胞和分子水平进一步探讨视黄酸对巩膜细胞外基质的影响及对fibulin-1的影响,为近视眼发病机制的研究提供新的分子生物学基础,将对近视眼的防治具有重要意义。
第一部分、外源性视黄酸对豚鼠巩膜重塑的研究
目的:观察外源性视黄酸对三色豚鼠眼轴生长和屈光变化的影响;观察视黄酸对豚鼠巩膜胶原,细胞外基质蛋白aggrecan及fibulin-1的影响,明确外源性视黄酸在实验性眼轴增长中对巩膜的作用。
方法:选用100克左右3-4天三色豚鼠20只,随机分为正常对照组(P.O.)和实验组(R.A.)。实验组予24 mg/kg连续五天每天喂饲花生油配制的视黄酸0.5ml,正常对照组喂饲0.5ml花生油,两组豚鼠实验期间自由进食、饮水,第5天分别测量其眼轴长度、屈光度,观察其变化。用HE染色测量实验组巩膜和正常组巩膜的厚度变化并通过透射电镜观察巩膜成纤维细胞的变化及胶原纤维的改变,通过免疫荧光法检测aggrecan及fibulin-1在豚鼠实验组和正常对照组巩膜中的表达。
结果:实验前豚鼠的屈光状态和眼轴长度,两组之间无统计学差异(P>0.05)。实验第5天,对照组豚鼠的眼轴长度为7.628±0.009 mm,实验组豚鼠眼轴长度为7.743±0.005 mm,两组比较具有显著性差异(P<0.01)。对照组的豚鼠眼的屈光度数为+6.50±1.60D,实验组的豚鼠眼的屈光度数+1.73±0.80D。与对照组相比,实验组的豚鼠眼分别增加了-4.80D的相对近视,屈光度差异有统计学意义(P<0.01)。分别将对照组和实验组后极部巩膜HE染色,结果显示实验组巩膜比对照组巩膜变薄。透射电镜结果显示,实验组巩膜胶原数量减少,直径变小。免疫组化的结果显示,和对照组相比,实验组巩膜中aggrecan的表达明显降低,而fibulin-1表达增高。
结论:视黄酸在豚鼠眼球发育过程中发挥着重要的作用,外源性视黄酸的给予能稳定有效的诱导眼轴增长,形成相对性的近视漂移并直接引起巩膜重塑。其中巩膜细胞外基质蛋白aggrecan和fibulin-1的改变可能参与了RA诱导的巩膜重塑并进一步导致巩膜变薄。
第二部分、视黄酸对人巩膜成纤维细胞Fibulin-1表达的影响
目的:本研究旨在观察全反式视黄酸(all-trans retinoic acid,RA)对培养的人巩膜成纤维细胞(humans fibroblasts,HSFs)的形态、增殖影响以及检测RA对HSFs中fibulin-1表达的影响,明确RA与fibulin-1的关系并进一步探讨fibulin-1在巩膜重塑中的作用。
方法:体外分离并培养HSFs,采用激光扫描共聚焦显微镜观察HSFs中fibulin-1的表达情况。HSF传代至第三代,以1×105/孔的密度接种于96孔板,通过CCK-8(Cell Counting Kit-8)法分析不同浓度RA(10-9M~10-4M)作用24小时及48小时对细胞增殖的影响。用Real-time PCR和Western Blot的方法测定RA作用下24、48小时后fibulin-1的表达变化。
结果:激光扫描共聚焦显微镜结果证实fibulin-1在HSFs中弱表达。高浓度的RA(大于或等于10-5M)对细胞有明显的抑制作用,该效应呈剂量依赖性反应,其半数抑制率IC50=5×10-5M。进一步选取RA浓度(10-8M~10-5M)刺激HSFs24h,HSFs中fibulin-1mRNA表达明显增加(P<0.01),有浓度和时间依从性,其最大效应浓度为10-7M。Western Blot结果也证实,用10-7MRA干预细胞24及48小时,HSFs中fibulin-1蛋白表达上调(P<0.05)。
结论:体外实验进一步证实fibulin-1在HSFs中表达,RA可以抑制体外培养的HSFs增殖,并诱导HSFs中fibulin-1的表达增高,可能影响巩膜细胞外基质合成及HSFs的粘附及迁移。有必要进一步研究fibulin-1在近视眼发生发展中的作用。