近視是我國(guó)的“國(guó)病”,是我國(guó)視覺障礙的首要原因。目前對(duì)近視的病因和發(fā)病機(jī)制還知之甚少,因此近視的治療手段還很有限。近視形成中一個(gè)關(guān)鍵的病理改變是鞏膜成纖維細(xì)胞—肌成纖維細(xì)胞轉(zhuǎn)分化(以下簡(jiǎn)稱:成纖維細(xì)胞轉(zhuǎn)分化)增多、膠原減少引起的鞏膜組織重構(gòu),但其誘導(dǎo)因素一直未被解析。該團(tuán)隊(duì)前期系列研究發(fā)現(xiàn),缺氧是近視形成中鞏膜病理改變的關(guān)鍵觸發(fā)因素之一。因此,缺氧如何誘導(dǎo)鞏膜重構(gòu)導(dǎo)致近視形成是領(lǐng)域內(nèi)的關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題。
研究團(tuán)隊(duì)首先利用小鼠和豚鼠兩種近視模型,發(fā)現(xiàn)近視誘導(dǎo)中鞏膜糖酵解限速酶表達(dá)水平和乳酸水平顯著高于對(duì)照組。增強(qiáng)鞏膜糖酵解或增加乳酸水平均可誘導(dǎo)鞏膜成纖維細(xì)胞轉(zhuǎn)分化增多、膠原減少、組織重構(gòu)和近視形成;相反,藥理學(xué)干預(yù)或基因敲降等方法抑制鞏膜糖酵解或減少乳酸,可消除或抑制鞏膜重構(gòu)和近視形成。此外,分析UK Biobank中近視GWAS 數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)編碼糖酵解通路關(guān)鍵酶 ENO2 和 TPI1 的基因顯著富集,提示糖酵解信號(hào)通路異常也可能與人類近視形成相關(guān)。 那么鞏膜中增多的乳酸如何發(fā)揮生物學(xué)效應(yīng)呢?利用動(dòng)物模型和細(xì)胞實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn):鞏膜乳酸堆積增多可增加組蛋白乳酸化修飾;其中組蛋白H3的18位賴氨酸殘基的乳酸化修飾(H3K18la)可通過(guò)上調(diào)Notch1基因的表達(dá),促進(jìn)鞏膜成纖維細(xì)胞轉(zhuǎn)分化、組織重構(gòu),導(dǎo)致近視形成。 隨后,利用鞏膜特異性敲降HIF-1α小鼠模型,證明缺氧是近視形成中鞏膜糖酵解增強(qiáng)、乳酸增多的誘導(dǎo)因素。除了缺氧是否有其他上游信號(hào)通路可以激活鞏膜糖酵解,誘導(dǎo)近視?研究發(fā)現(xiàn),近視誘導(dǎo)中鞏膜胰島素信號(hào)通路顯著激活。而我們都知道,高糖飲食能促進(jìn)胰島素分泌,作者進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)證明了高糖飲食不僅可以誘導(dǎo)豚鼠形成近視,還可以加劇形覺剝奪誘導(dǎo)的近視形成。在機(jī)制上也證明了高糖飲食可以激活鞏膜胰島素信號(hào)通路并激活“糖酵解—乳酸—乳酸化—Notch1”信號(hào)軸,誘導(dǎo)鞏膜成纖維細(xì)胞轉(zhuǎn)分化增多、膠原減少,導(dǎo)致近視。據(jù)統(tǒng)計(jì),過(guò)去50年全球糖消耗量增加了3倍,該研究結(jié)果也可能部分解釋了近30年全球近視發(fā)病率急劇增長(zhǎng)的原因,這也提示:在近視形成的青少年時(shí)期減少糖攝入可以作為近視防控的策略之一。
綜上所述,這項(xiàng)研究不僅為近視鞏膜重構(gòu)的內(nèi)在機(jī)制提供了新見解,而且本研究發(fā)現(xiàn)近距離誘導(dǎo)的鞏膜缺氧與高糖飲食引起的胰島素增加均可激活鞏膜糖酵解誘導(dǎo)近視。據(jù)此提出對(duì)近視的臨床防控手段之一,餐后1小時(shí)內(nèi)避免或減少近距離工作,可以避免餐后胰島素升高和近距離工作導(dǎo)致的鞏膜缺氧兩誘導(dǎo)近視的疊加效應(yīng)起到防控近視的效果。