APE1调控晶状体上皮细胞老化在年龄相关性白内障发病中的作用及机制研究

Cellular senescence of lens epithelial cell is key mechanism of age-related cataract(ARC). Through gene knockout animal model, we first identified APE1 deficiency results in early onset of ARC and increases lens opacity, but the underlying mechanisms are not fully understood. Telomere DNA damage triggers sustained activation of DNA damage response(DDR) pathway, induces telomere attrition, is the key step of cellular senescence. Our preliminary experiment verifed APE1 shows repair enzyme activity against telomere DNA damage, and knockdown APE1 results in enhanced telomere DNA damage response. Based on these results, we hypothesized that “APE1 regulates cellular senescence of lens epithelial cell through telomere DNA damage repair, and result in onset of ARC”. Based on APE1 knockout animal model, we focus on protection effect of APE1 on cellular senescence of lens epithelial cell, mainly study mechanisms of APE1 defending telomere DNA damage and inhibiting senescence-associated secretory phenotype. We will provide new insights and experimental evidence for elucidating mechanism controling onset of ARC.

晶状体上皮细胞老化是年龄相关性白内障（ARC）发生的重要机制。我们通过基因敲除动物模型首次证实，APE1缺失导致ARC提前发生 、增强晶状体混浊程度，但具体机制有待研究。端粒DNA损伤触发持续DNA损伤反应（DDR）通路激活，导致端粒缩短，是细胞老化的核心环节，我们前期实验证实APE1对端粒DNA损伤具有修复酶活性，并且敲低APE1导致端粒DNA损伤反应增强。由此，我们提出“APE1通过介导端粒DNA损伤修复参与调控晶状体上皮细胞老化，进而影响ARC发生”。本研究拟在前期构建APE1基因敲除动物模型的基础上，重点研究APE1在端粒DNA损伤保护及抑制老化相关分泌表型的分子机制，聚焦APE1对晶状体上皮细胞老化的保护作用，为进一步阐明ARC的发病机制提供新的思路和实验依据。

年龄相关性白内障是一种衰老相关性疾病，以晶状体混浊为主要临床特征，晶状体上皮细胞老化是年龄相关性白内障发生的重要机制。本项目主要研究晶状体上皮细胞老化及其相关分泌表型在年龄相关性白内障发生过程中的分子调控机制。研究结果如下：1）首次发现敲除APE1 基因可导致小鼠年龄相关性白内障发生提前、增强晶状体混浊程度；2) 在HLEC、HLEC-B3、SRA01/04晶状体上皮细胞系及APE1 基因敲除动物模型中证实敲低APE1基因可促进晶状体上皮细胞老化的发生；3) 通过对敲低APE1晶状体上皮细胞进行RNASeq测序分析及进一步定量PCR和WB验证确定受APE1调控的细胞老化通路蛋白：RAD9A、MAP2K2、CDKN1A（p21）、CDKN2A(p16)；4) 通过特异性小分子抑制剂inhibitor III/E3330抑制晶状体上皮细胞APE1 DNA 损伤修复功能/氧化还原功能，发现抑制APE1 DNA损伤修复功能/氧化还原功能，可激活p53-p21-pRb 通路和p16-pRb 通路，促进晶状体上皮细胞老化发生；5）证实敲低APE1基因可影响晶状体上皮细胞衰老相关分泌表型；6）通过对201例年龄相关性白内障患者及其对照患者外周血DNA SNP检测分析，发现APE1 DNA损伤修复酶活性相关SNP位点与年龄相关性白内障发生无显著相关性；7）证实SASP因子Aβ蛋白血清表达水平与老年性白内障发生密切相关；8）发现不同年龄患者飞秒激光辅助白内障手术术中白内障超声乳化操作时瞳孔直径的变化；9）发现普拉洛芬预处理对合并糖尿病的飞秒激光辅助白内障超声乳化手术患者瞳孔直径的影响。本研究为进一步阐明年龄相关性白内障的发病机制提供新的思路和实验依据，同时有助于提高飞秒激光辅助白内障手术治疗的安全性。