咖啡因对氧诱导视网膜病变保护作用的时间窗及靶点研究

Retinopathy of prematurity (ROP), characterized by the hyperoxia-induced vaso-obliteration and subsequent hypoxia-induced pathological neovascularization, is a major cause of blindness in children home and abroad. There is a critical need to develop more effective and preferably non-invasive prophylactic and therapeutic strategies for ROP. Inspired by the clinical observation of the reduced severity of ROP in premature infants after caffeine treatment for sleep apnea, we recently made a novel discovery that caffeine treatment (non-selective adenosine receptor antagonist) or genetic inactivation of the adenosine A2A receptor (A2AR) attenuates oxygen-induced retinopathy (OIR) without affecting normal development of retinal vascularization. This raises an exciting possibility that caffeine may protect against pathological retinal neovascularization in ROP via adenosine receptor antagonism. In this project, we will identify the therapeutic window of caffeine treatment in OIR. Furthermore, using the A2AR knockout mice, we will evaluate whether the A2AR mediates the caffeine’s effect on OIR. Finally, we will explore the cellular mechanism for caffeine-mediated protection against OIR. The information derived from this study will provide proof-of-principle evidence for caffeine-based therapy by targeting pathological angiogenesis in ROP without affecting normal retina vasculature development.

早产儿视网膜病变（ROP）是一种发生于早产和低出生体重儿中的病理性血管增生疾病，是国际儿童致盲的主要原因，目前发病机制未明，临床上尚无有效的防治措施。对使用咖啡因治疗呼吸暂停的早产儿随访发现，其视网膜血管病变程度降低，提示咖啡因对ROP有保护作用。本课题组前期研究发现：对氧诱导视网膜病变（OIR）的小鼠给予咖啡因治疗或腺苷A2A受体失活，可选择性减轻OIR血管病理增生而不影响正常视网膜血管发育，提示咖啡因可能成为临床治疗早产儿视网膜病变的新药物，A2A受体可能为其保护作用靶点。本研究将重点阐明咖啡因对OIR保护作用的时间窗，并利用A2A受体敲除小鼠，明确A2A受体是否为咖啡因保护作用的靶点，并进一步明确咖啡因对OIR保护作用的细胞机制。由此确立基于咖啡因的治疗和研发策略，为ROP新药的研发应用提供理论依据。

早产儿视网膜病变（ROP）是由高氧损伤发育中的视网膜血管，继发缺氧导致病理性血管增生，是儿童致盲的主要原因，目前发病机制未明，临床上缺少有效而特异性的防治方法。临床研究发现：早产儿接受腺苷受体非特异拮抗剂咖啡因治疗呼吸暂停,两年后随访发现视网膜血管病变程度降低，我们应用ROP动物模型—氧诱导视网膜病变(OIR)模型进行前期机制研究也发现：咖啡因治疗或腺苷A2A受体失活可选择性减轻OIR血管病理增生，而不影响正常视网膜血管发育，提示咖啡因可能成为临床治疗ROP的新药物,A2A受体可能为其保护作用靶点。.在本研究中，我们阐明了咖啡因对OIR保护作用的时间窗：P0-P17、P7-P12给咖啡因可同时减少OIR小鼠视网膜无灌注区面积和新生血管面积，P12-P17给咖啡因只减少视网膜新生血管面积，而对无灌注区面积没有影响。并利用A2A受体敲除小鼠，进一步明确了在高氧阶段，咖啡因通过拮抗A2A受体发挥保护作用，在相对低氧阶段，咖啡因除A2A受体外，还有其它作用靶点。通过检测视网膜细胞凋亡和血管内皮尖端细胞数量和星形胶质细胞完整性，我们发现，咖啡因通过减少细胞凋亡，增加尖端细胞数量和维持星形胶质细胞的完整性，起到减弱OIR病变的作用。.在以上工作的基础上，我们应用A2A受体特异拮抗剂KW6002,发现KW6002不影响小鼠视网膜血管正常发育，但可以减弱OIR病变，且KW6002主要在OIR高氧阶段发挥作用。.以上结果明确了咖啡因在OIR各个病理阶段的效应，确定了咖啡因治疗OIR效应最佳的时间窗，明确了A2A受体是咖啡因的作用靶点及咖啡因减弱OIR病理的细胞机制，本研究显示在高氧阶段的有效干预对临床ROP的治疗有重要意义，且咖啡因具有不影响视网膜血管正常发育的独特优势，因此，本研究为咖啡因临床应用于ROP的治疗提供了理论和实验依据。在这些工作的基础上，进一步应用A2A受体特异拮抗剂KW6002, 明确了KW6002的作用时间窗，上述结果确立了基于咖啡因/KW6002，对OIR具有保护作用且不影响视网膜血管正常发育的新药治疗和研发策略，为ROP新药的研发应用提供了理论依据。