力学因素诱导炎症介质表达在角膜扩张性疾病中的作用及其机制

Keratoconus is a common disease that leads to the vision loss in clinic. Studies showed that inflammatory mediators played a role in the pathogenesis of keratoconus. The thin cornea of keratoconus leads to increase of tensile strain in the corneal tissue, which induces the expression of inflammatory mediators. However, its mechanism is still unclear. In the current project, by using mRNA array and bioinformatics method, the key miR related to the expression of inflammatory mediators and its possible regulatory network under mechanical stretch will be explored in corneal keratocytes. The keratectasia animal model will be established to mimic the mechanical environment in the keratoconus corneal tissue. The cornea will be transfected with the inhibitor/mimic of the key miR selected in cellular tests. The morphological structure, mechanical properties, and the expression of inflammatory mediators will be analyzed in order to understand the role of inflammatory mediators in the development of keratoconus. The completion of the current project will provide important evidences from a mechanobiology view to clarify the etiology of keratoconus, and explore a new target for keratoconus therapy in clinic.

圆锥角膜是眼科临床常见的致盲疾病之一。临床研究表明炎症介质参与了圆锥角膜的病理过程，圆锥角膜变薄导致组织张应变增加可诱导炎症介质表达，但其调控机制目前尚不清楚。本项目首先对角膜基质细胞进行力学加载，应用miR芯片，结合生物信息学方法分析筛选出与炎症介质相关的差异表达miR及其调控的靶分子和信号调控网络；其次，制备角膜扩张动物模型模拟圆锥角膜组织受力环境，将关键miR的模拟物或抑制物转染到角膜组织内，比较miR干预前后角膜组织炎症介质基因表达情况及其对角膜形态结构和力学性能的影响，在动物水平验证调控炎症介质表达在圆锥角膜发展中的作用。本项目的完成，将为阐明圆锥角膜发病机制提供重要的力学生物学依据，同时为临床寻找圆锥角膜治疗提供新靶点。

圆锥角膜是眼科临床常见的致盲疾病之一。临床研究表明炎症介质参与了圆锥角膜的病理过程，圆锥角膜变薄导致组织张应变增加可诱导炎症介质表达，但其调控机制目前尚不清楚。本项目首先通过体外对hNCF和hKCFs细胞施加机械拉伸，研究了氧化应激在炎症介质表达中的作用及其调控机制。发现hKCFs中AQP1表达显著增加，使细胞处于氧化应激状态，抑制了抗氧化酶表达，同时通过TGF-β 途径使胶原表达下降，交联障碍，降解增加；机械拉伸通过上调AQP1引起hKCFs处于氧化应激状态，促进hKCFs释放更多的炎症介质，其中IL-8通过PI3K/Akt、Erk信号通路参与基质重塑蛋白的表达调控。采用miRNA芯片，获得了机械拉伸下差异miRNAs和差mRNAs的表达，结合生物信息学方法分析了圆锥角膜发病机制的候选基因和蛋白，并构建了miRNA-mRNA相互作用网络；筛选出可以和IL-1β及KLFs相互作用的关键miR-548d-3和miR-145-5p，将关键miRNAs的抑制物或模拟物转染至细胞，检测了miRNAs对KLFs、炎症介质及基质重塑相关基因和蛋白表达的影响。研究发现，氧化应激条件下，miR-548d-3p 可通过IL-1β参与基质重塑相关蛋白的表达调控；机械拉伸刺激下 miR-145-5p通过KLF4和 KLF5 参与炎症介质和基质重塑相关蛋白的表达调控。上述研究从细胞分子水平探讨了以miRNAs为靶点的张应变诱导炎症介质基因表达的可能机制。采用胶原酶制备的兔角膜扩张模型无论从形态学还是力学性能方面，均表现出与临床圆锥角膜患者相似的特征，造模 8周时角膜基质开始重塑。获得了角膜扩张发生发展过程角膜形态学、力学性能和结构之间的关系。本项目的完成为阐明圆锥角膜发病机制提供了重要的力学生物学依据，也为临床寻找圆锥角膜治疗提供了新靶点。