大熊猫年龄相关性白内障发病机制研究

Age-related cataract (ARC) is the first blinding eye disease in the worldwide. The incidence of cataract is increasing year by year with the increasing life span of captive wild animals. In 2013, we conducted eye disease investigation on the middle-aged and elderly giant pandas over 18 years old in China. Among the 55 middle-aged and elderly giant pandas, 20 % individuals were ARC. And ARC became one of the major diseases of the middle-aged and elderly giant pandas. Due to the particularity of the eyeball structure of giant panda, the existing technology can not make proper lens for surgical treatment of sick giant panda. So it is urgent to clarify the disease mechanism of ARC. Therefore, we want study the lens protein gene, apoptosis, oxidative damage and its related pathways of ARC giant panda by transcriptome, proteome, epigenetics and DNA mutation screening, etc. We want to explore pathogenesis of ARC giant panda, comprehensively and systematically, and find potential ARC markers. We also want to predict the risk of ARC, and provide reference for clinical veterinarians in order to carry out early intervention, reduce ARC incidence of giant panda and improve the welfare of middle-aged and old giant pandas.

年龄相关性白内障（ARC）是世界范围内的首位致盲眼病。而随着圈养野生动物寿命的不断延长，白内障发病率也逐年增加。2013年研究组针对我国大熊猫18岁以上的中、老年大熊猫进行眼疾调查，在被调查的55只中老年大熊猫中ARC发病率占调查总数的20%，成为了老年大熊猫主要的疾病之一。因大熊猫眼球结构的特殊性，现有技术无法制作合适的晶状体为患病大熊猫进行手术治疗，因此，明确中老大熊猫ARC的患病机制已迫在眉睫。故，针对大熊猫ARC的晶状体蛋白基因、氧化损伤及其相关通路等方面开展研究，拟通过转录组、蛋白组、表观遗传学等技术，辅以DNA变异筛查，全面、系统的探讨ARC的发病机理，寻找可能的中、老年大熊猫ARC发病的潜在标志物，预测大熊猫患ARC风险，为临床兽医提供参考，以便进行早期干预，降低大熊猫白内障发病率，提高中老年大熊猫的福利。

晶状体混浊称为白内障（Cataract），是人类第一位致盲性眼病，导致约50％的人类失明和30％的视力损伤。做为中国特有物种大熊猫，被称为中国的“国宝”和“活化石”。随着圈养野生动物福利水平的不断提高，哺乳动物寿命延长，白内障发病率随着年龄的增长而不断增加。目前，中国老年大熊猫患白内障的比例已达20%。因此，眼疾对老年大熊猫的身体健康和生活质量有很大的影响。本研究鉴于年龄相关性白内障患病的大熊猫组织样本难以获得的特点，我们采取以外周血检测，通过转录组、蛋白组、表观遗传学以及DNA变异等方面的研究，全面、系统的探讨中老年大熊猫ARC的发病机理。研究发现：第一，氧化损伤是导致白内障发病的根本诱发原因。晶状体内的谷胱甘肽缺乏，会导致解毒基因的表达和内分泌信号的激活(提供适应抗氧化能力丧失的证据)。谷胱甘肽s-转移酶Mu 3（GSTM3）被认为是可以通过保护晶状体免受氧化应激，而本研究甲基化和转录组分析结果均表明，在白内障患个体中GSTM3的表达水平降低，这与GSTM3的甲基化存在相关性。第二，细胞凋亡影响了白内障的发病速度。p53信号通路、TP53I3 和CASP3在晶状体上皮细胞凋亡和白内障发生起到了重要的作用。第三，信号传导是对晶状体退化的一种反应。抑制血管生成，影响晶状体血管重塑，配合G蛋白偶联受体（GPCRs）的信号通路，影响血管通透性调节、细胞迁移和胶原沉积。第四，基因突变是白内障发生的根源。在所发现的两个导致大熊猫白内障发病的基因突变新位点时，两个基因分别代表了影响细胞凋亡和晶状体膜透性的来源，但由于是单链突变，致使白内障发病会随着年龄的增加而凸显，而并非在早期有病理表现。最后，环境因素对白内障的发病起到了促进作用。HMGB1在保护角质细胞免受紫外线辐射引起的细胞死亡，但因其异常而参与了白内障的形成。同时，紫外线照射晶状体上皮细胞可增加LET-7B的表达，从而诱导细胞凋亡。通过上述研究结果，有助于发展预测性标志物、预防措施甚至潜在的治疗方法，以改善圈养动物的生活。目前，根据研究结果正在开展针对性的预防和治疗方法摸索，以期望提高大熊猫饲养管理水平。