SP-NK-1R信号通路在糖尿病角膜病变发生中的作用及其机制研究

The dense corneal innervation maintains the regenerative capacity of corneal epithelium by the neurotrophic effects. However, the key signaling that mediates the corneal nerve-epithelium interaction is still unknown. Diabetes mellitus always causes the degeneration of corneal epithelium and nerve fibers. In our previous study, we found that corneal epithelium express the predominant neurokinin-1 receptor (NK-1R) of substance P (SP). Moreover, the basal activation of SP-NK-1R signaling maintained the activation of key regeneration signaling pathway and the normal expression level of neurotrophic factors and axon guidance factors in corneal epithelium. However, the down-regulated expression of NK-1R impaired the activation of SP-NK-1R signaling in diabetic corneal epithelium, while the full block of SP-NK-1R signaling by NK-1R antagonists caused the appearance of diabetic keratopathy in normal mice. Based on the above findings, here we will explore the mechanisms of SP-NK-1R signaling in the maintenance of corneal epithelial homeostasis, regeneration capacity and nerve fiber distribution in corneal epithelium, and the changes in diabetic mellitus, by using the mouse model and in vitro co-culture model of corneal epithelial cells and trigeminal ganglion. The purpose of this study is to enrich the knowledge of corneal wound healing theory and provide the novel targets for the therapy of diabetic keratopathy.

角膜丰富的神经末梢通过其营养作用维持着角膜上皮的再生，但介导角膜上皮和神经间相互作用的关键通路尚不清楚。糖尿病常造成角膜上皮和神经退行性病变，我们前期研究发现：角膜上皮表达神经肽Substance P （SP）受体NK-1R，且SP-NK-1R通路维持着角膜上皮再生关键信号的活化，以及神经营养因子和轴突导向分子的表达，但糖尿病角膜上皮NK-1R表达水平下降，影响了SP-NK-1R通路的活化，完全阻断SP-NK-1R通路会导致正常小鼠出现糖尿病角膜病变的特征。在此工作基础上，本项目拟通过小鼠模型和角膜上皮与三叉神经节体外共培养模型，结合小鼠角膜神经发育过程，深入研究SP-NK-1R信号通路在维持角膜上皮稳定性、再生能力和角膜上皮内神经分布中的关键作用，及其在糖尿病条件下的变化，初步探讨其介导角膜上皮-神经间相互作用的分子机制，丰富角膜损伤修复的基础理论体系，并为糖尿病角膜病变的临床治疗开拓新的研究领域和干预策略。

本项目计划通过体内外模型，研究正常及糖尿病情况下SP-NK-1R信号通路对角膜上皮稳定性、再生能力以及角膜神经分布的调控。在项目实施过程中，我们根据课题的主要思路深入研究了正常及糖尿病情况下角膜上皮的损伤修复、角膜神经支配及再生的促进因素及作用机制，相关研究丰富了角膜损伤修复及神经支配的基础理论，并为糖尿病角膜病变的临床治疗开拓了新的研究领域和干预策略。经过4年的研究，本课题主要在以下几个方面取得了进展：1. 发现神经肽SP能够抑制高糖诱发的高渗因素导致的角膜上皮干细胞的凋亡，并探讨了其可能的作用机制；2. Tac1敲除会影响角膜的神经再生，这主要是由于SP的缺失导致的，如果回补SP可以改善Tac1敲除引起的神经再生抑制；3.阐明了抗坏血酸（Ascorbic Acid，维生素C）、睫状神经营养因子（CNTF）通过促进角膜上皮干细胞的活性来促进角膜上皮的损伤修复；4.系统研究了间充质干细胞（MSC）、轴突导向分子（Netrin-1）、脂质介质resolvin D1（RvD1）对糖尿病角膜上皮损伤修复的促进作用及其作用机制；5. 探讨了血管内皮生长因子（VEGF）-B、角膜上皮衍生的神经营养因子对正常及糖尿病情况下角膜神经再生的促进作用及机制；6.揭示了结膜下注射贝伐单抗（Bevacizumab）对小鼠角膜神经、敏感性和上皮创伤愈合的影响及作用机制。通过本课题的研究，共发表IOVS、Stem cells translational medicine等SCI收录期刊论文11篇，获得授权专利2项，在国内外专业学术会议发言4次。