LTBP2/TGF-β/Smad信号通路在先天性晶状体脱位中的作用及机制研究

Congenital ectopia lentis is a disease which severely affects the visual quality and visual function development of patients, and poses a potential risk of blindness due to its ocular complications. It is known that the disease was caused by the changes of the zonules, but the mechanism remains unknown. Our previous studies showed that the concentrations of transforming growth factor-β (TGF-β), and matrix metalloproteinases 1 (MMP1) were significantly increased in patients with congenital ectopia lentis, and the expression level of MMP1 was significantly associated with the degree of lens dislocation. In addition, previous studies have confirmed that LTBP2 gene knockout could lead to lens dislocation in mice, and it could lead to abnormal metabolism of extracellular matrix by regulating the TGF-β signaling pathway.Therefore, we hypothesize that LTBP2 regulates the expression of MMP1 through the TGF-β/Smad signaling pathway, and leads to the occurrence and development of congenital ectopia lentis by destroying the structure of the zonules. In this investigation, we intend to investigate the role of LTBP2/TGF-βSmad signaling pathway in the pathogenesis of ectopia lentis by experiments in order to provide theoretical support for exploring new strategies for prevention and treatment of congenital ectopia lentis.

先天性晶状体脱位严重影响患者的视觉质量和视功能发育，因其常伴眼部合并症而具有潜在的致盲风险。目前已明确该病的发病与晶状体悬韧带结构改变有关，但具体机制不明。我们前期的研究表明：先天性晶状体脱位患者房水中转化生长因子-β2（TGF-β2）和基质金属蛋白酶1(MMP1)的浓度明显升高，且MMP1的浓度和晶状体脱位的程度显著相关。此外，既往研究证实：LTBP2基因敲除可导致小鼠晶状体脱位的发生，且其可通过调控TGF-β相关通路，导致细胞外基质的代谢异常。由此，我们提出假设：LTBP2通过TGF-β/Smad信号通路调控MMPs的表达，降解悬韧带弹性蛋白进而破坏悬韧带的结构，导致先天性晶状体脱位的发生和发展。本课题拟通过细胞和动物实验阐明LTBP2/TGF-β/Smad信号通路在先天性晶状体脱位发病中的作用，为探索先天性晶状体脱位的防治新策略提供理论支持。

先天性晶状体脱位（CEL）是一种罕见但严重的遗传性疾病，其中晶状体悬韧带因先天性发育不良而松弛或断裂，导致晶状体移位。LTBP2已被证实是CEL的致病基因之一，并导致马切山尼综合征。本课题旨在探究在CEL中LTBP2通过TGF-β/SMAD通路上调MMPs的表达导致晶状体fibrillin-1悬韧带损伤进而致病的分子机制。本研究利用siRNA转染人无色素睫状上皮细胞（HNPCEC）敲降LTBP2表达，通过Elisa、qPCR、免疫印迹、免疫荧光等检测HNPCEC和培养基上清液中TGF-β、SMAD2/3及MMP-2、MMP-9的水平，并明确是否影响fibrillin-1的表达。并采用TGF-β受体抑制剂抑阻断TGF-β/SMAD2/3信号通路，探究是否能抑制MMPs的表达从而抑制fibrillin-1的降解。另外，我们构建了Ltbp2条件性敲除鼠，利用眼前段OCT和免疫荧光观察小鼠的晶状体位置与悬韧带发育，进一步验证小鼠眼内LTBP2缺失导致TGF-β/SMAD/MMPs通路激活。本研究已验证LTBP2敲减后培养基上清液中的TGF-β1和TGF-β2均显著增高，HNPCEC内SMAD2/3蛋白的磷酸化水平显著高于对照组，MMP-2和MMP-9的转录水平和表达水平明显上调。使用TGF-β受体抑制剂SB431542处理HNPCEC，抑制TGF-β/SMAD通路后，MMPs的转录和表达水平明显降低，提示了TGF-β/SMAD信号通路的激活是导致LTBP2敲减引起MMPs上调的主要机制。此外，多西环素是一种非特异性的MMPs抑制剂，在10g/ml多西环素处理下的转染后的HNPCEC，培养72h后培养基上清液中MMP-2和MMP-9都显著降低约50%。培养7d，免疫荧光显示多西环素可以减轻转染siRNA导致的HNPCEC内fibrillin-1降低。在构建的敲除鼠中观察到小鼠生后3-4月出现晶状体后脱，前房深度加深，且敲除鼠的视力显著低于野生型小鼠，进一步机制验证尚在进行。CEL发病年龄低，该疾病严重影响患儿的视觉发育过程，因此致病机制的研究具有重大意义。然而国内外对该领域的研究较少，LTBP2导致脱位的潜在机制仍然未知。因此该研究为CEL的临床保守治疗提供了重要的研究基础，此外，我们还发现了多西环素可能具有预防或保护作用，未来将有望用于CEL的药物治疗。