实验研究
糖尿病通过下调GPX4引起视网膜光感受器细胞的损伤及其机制
中华实验眼科杂志, 2023,41(8) : 739-745. DOI: 10.3760/cma.j.cn115989-20220928-00459
摘要
目的

探讨糖尿病视网膜光感受器中谷胱甘肽过氧化物酶4(GPX4)的表达变化,及其与视网膜光感受器细胞损伤的有关机制。

方法

收集2018—2021年武汉市红十字会同济医院遗体(器官)捐献登记及眼角膜接收站8名年龄匹配男性遗体捐献者眼后段组织,其中非糖尿病捐献者和糖尿病捐献者各4名,分别作为对照组和糖尿病组。选取健康SPF级8周龄雄性C57BL/6小鼠14只,采用随机数表法将小鼠随机分为糖尿病组和对照组,每组7只,其中糖尿病组小鼠按照50 mg/kg剂量腹腔内注射链脲佐菌素,连续5 d,对照组不做特殊处理。将小鼠光感受器细胞661W分为晚期糖基化终末产物(AGEs)组和对照组,其中AGEs组采用100 μg/ml AGEs处理24 h模拟糖尿病损伤,对照组不做特殊处理。采用苏木精-伊红染色法观察各组人及小鼠视网膜光感受器细胞外节形态;采用免疫荧光染色法观察人及小鼠视网膜中胶质纤维酸性蛋白(GFAP)、视紫红质(Rhodopsin)和GPX4表达;采用Western blot法检测小鼠视网膜中GFAP、Rhodopsin和GPX4的表达及661W细胞中GPX4的表达;采用细胞计数试剂盒8(CCK8)法检测各组661W细胞活力;采用TBA法检测小鼠视网膜及细胞中丙二醛(MDA)浓度;采用羟胺法检测小鼠视网膜及细胞中超氧化物歧化酶(SOD)活性。

结果

苏木精-伊红染色结果显示,与对照组比较,糖尿病组人和小鼠视网膜光感受器细胞外节变形或断裂。GFAP荧光信号主要出现在人和小鼠内层视网膜,着染细胞为梭形或多角形,与胶质细胞形状吻合,糖尿病组视网膜中GFAP荧光信号较对照组增强。Rhodopsin仅在光感受器细胞外节层表达,边界清晰,GPX4在全视网膜均有表达,光感受器细胞外节层信号较强;糖尿病组Rhodopsin和GPX4荧光信号较对照组减弱。糖尿病组人和小鼠GFAP相对表达量均明显高于对照组,Rhodopsin和GPX4相对表达量均明显低于对照组,差异均有统计学意义(均P<0.05)。AGEs组细胞活力值明显低于对照组,差异有统计学意义(t=13.490,P<0.001)。AGEs组GPX4蛋白相对表达量为0.42±0.12,明显低于对照组的1.00±0.04,差异有统计学意义(t=9.041,P<0.001)。糖尿病组小鼠视网膜组织和AGEs组细胞中MDA浓度高于对照组,SOD活性值低于对照组,差异均有统计学意义(均P<0.05)。

结论

糖尿病能降低视网膜光感受器细胞中GPX4水平,引起氧化-抗氧化系统失衡,可能是糖尿病引起视网膜光感受器细胞损伤的机制。

引用本文: 肖可, 余慧敏, 孙旭芳, 等.  糖尿病通过下调GPX4引起视网膜光感受器细胞的损伤及其机制 [J] . 中华实验眼科杂志, 2023, 41(8) : 739-745. DOI: 10.3760/cma.j.cn115989-20220928-00459.
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传统观点认为,微血管病变是糖尿病视网膜病变(diabetic retinopathy,DR)的主要病理机制,然而,越来越多证据表明,糖尿病视网膜神经退行性变(diabetic retinal neurodegeneration,DRN)同样贯穿DR整个发病过程[1]。DRN以神经细胞丢失和胶质增生为特征[2]。有研究表明,58%的糖尿病患者在未出现可见的视网膜血管病变时,已可见视网膜电生理异常,即发生了DRN[3]。部分糖尿病患者出现视网膜电图a波潜伏期延长,是光感受器细胞受损的特征[4]。DR相关损伤模型研究发现,caspase通路抑制剂Z-VAD不能逆转损伤引起的TUNEL阳性细胞及蛋白水解增加,提示可能存在凋亡以外的机制参与光感受器细胞损伤[5]。氧化应激损伤是糖尿病损害视网膜的重要机制之一,4种经典的代谢异常参与了糖尿病引起的视网膜氧化损伤,包括蛋白激酶C途径、多元醇途径、己糖胺途径和晚期糖基化终末产物(advanced glycation end products,AGEs)途径[6]。光感受器细胞富含多不饱和脂肪酸[7],同时耗氧量巨大,可产生多种脂质代谢产物,如丙二醛(malondialdehyde,MDA)。如何清除MDA,维持视网膜光感受器细胞氧化-抗氧化系统平衡值得进一步探讨。谷胱甘肽过氧化物酶4(glutathione peroxidase 4,GPX4)是细胞内重要的抗氧化酶[8],GPX4表达升高能增强超氧化物歧化酶(superoxide dismutase,SOD)活性,加快清除脂质过氧化产物[9],从而维持氧化应激平衡。糖尿病条件下视网膜中GPX4水平的变化尚不清楚。本研究拟探讨糖尿病视网膜光感受器中GPX4的表达变化,及其与糖尿病视网膜光感受器细胞损伤有关的机制。

 
 
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