实验研究
NADPH氧化酶4在1型糖尿病模型小鼠角膜病变中的致病作用及其机制
中华实验眼科杂志, 2024,42(7) : 602-612. DOI: 10.3760/cma.j.cn115989-20200320-00188
摘要
目的

探讨还原型烟酰胺腺嘌呤二核苷酸氧化酶4(Nox4)在1型DM模型小鼠角膜病变中的致病作用及其可能机制。

方法

选择Nox4基因敲除(Nox4-/-)纯合子雄性小鼠40只,以鼠龄、性别匹配的野生型C57BL/6(Nox4+/+)小鼠120只作为对照。采用随机数字表法分别将2种小鼠随机分为DM组和非DM组,DM组小鼠采用链脲佐菌素腹腔内注射法构建1型DM模型。采用随机数字表法分别将Nox4+/+小鼠DM组和非DM组分为普通饲料喂养小鼠和添加Nox4抑制剂GKT137831(GKT)饲料喂养小鼠。于DM造模后第16周采用酚红棉线法检测各组小鼠泪液分泌量;采用荧光素钠染色评分法评估角膜上皮完整性;采用激光扫描共聚焦显微镜观察角膜基质层神经纤维密度变化;采用CellROX荧光探针检测角膜上皮中活性氧簇(ROS)含量;采用免疫荧光染色法检测小鼠角膜上皮中E-Cadherin蛋白和核因子-κB(NF-κB)蛋白表达变化;采用角膜铺片TUBB3染色法检测角膜中央区神经纤维密度。

结果

Nox4+/+小鼠DM组和非DM组泪液分泌量分别为(2.40±1.18)和(5.30±1.02)mm/min,差异有统计学意义(P<0.01);Nox4-/-小鼠DM组泪液分泌量为(4.19±0.63)mm/min,明显多于Nox4+/+小鼠DM组,差异有统计学意义(P<0.05);普通饲料喂养小鼠与GKT添加饲料喂养小鼠DM组泪液分泌量分别为(2.23±0.83)和(4.02±0.71)mm/min,差异有统计学意义(P<0.01)。与Nox4+/+小鼠非DM组比较,Nox4+/+小鼠DM组角膜荧光素染色评分显著升高,角膜神经纤维密度显著降低,角膜上皮中ROS荧光强度明显增强,E-Cadherin蛋白表达荧光强度减弱,NF-κB蛋白表达荧光强度增强。Nox4-/-或GKT添加饲料喂养小鼠DM组与非DM组比较角膜上皮中ROS荧光增强,E-Cadherin蛋白表达荧光减弱。Nox4-/-和GKT添加饲料喂养小鼠DM组角膜上皮细胞中NF-κB蛋白荧光强度均较弱,与非DM组强度一致。角膜铺片免疫荧光染色显示,Nox4+/+小鼠DM组中TUBB3染色的神经纤维密度明显低于非DM组,Nox4-/-或GKT添加饲料喂养小鼠DM组角膜基质层神经纤维与非DM组比较无明显减少。

结论

Nox4参与了糖尿病角膜病变的致病过程,其机制可能与氧化应激诱导ROS产物聚集,激活NF-κB介导的炎症反应有关。

引用本文: 赵文心, 张弦, 覃亚周, 等.  NADPH氧化酶4在1型糖尿病模型小鼠角膜病变中的致病作用及其机制 [J] . 中华实验眼科杂志, 2024, 42(7) : 602-612. DOI: 10.3760/cma.j.cn115989-20200320-00188.
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糖尿病角膜病变(diabetic keratopathy,DK)是糖尿病主要的眼部并发症,临床表现主要包括干眼相关角膜病变、角膜上皮损伤、角膜知觉减退、角膜水肿、角膜溃疡、角膜炎等。目前DK的具体致病机制尚未完全阐明,其相关研究主要聚焦于胰岛素缺乏及高糖环境导致的泪腺腺泡损害和晚期糖基化终末产物(advanced glycation end products,AGEs)堆积引起的氧化应激反应及神经组织结构和功能异常。此外,高糖环境下导致的相关基因、生长因子、神经营养因子、多肽蛋白的表达、结构和功能异常以及角膜神经结构损害等也被认为与DK的发生和发展有关。研究表明,适量的活性氧簇(reactive oxygen species,ROS)可促进细胞增殖及组织更新,介导细胞内信号转导并清除病原体,而过量的ROS会破坏线粒体电子传递系统,并引起脂质过氧化、DNA断裂、蛋白质变性。多项动物及细胞实验证实,氧化应激在干眼及角膜病变的致病过程中发挥着重要作用。高糖环境可加速细胞线粒体的氧化代谢,增强还原型烟酰胺腺嘌呤二核苷酸氧化酶(NADPH oxidase,Nox)活性,导致ROS堆积,引起细胞的氧化应激损害。糖尿病大鼠角膜组织中AGEs、8-羟基脱氧葡萄糖和核转录因子κB(nuclear factor,NF-κB)呈高表达,提示高糖引起的氧化应激反应参与DK的发生。研究表明,DNase I、α-硫辛酸、促分解脂质介质Resolvin D1、外源性血管内皮生长因子B等可抑制角膜组织氧化应激反应,减少ROS积累,从而对DK发挥防治作用,并促进糖尿病模型动物的角膜创伤愈合及神经再生。Nox介导的细胞氧化应激损伤参与多种糖尿病并发症的发生和发展。多种Nox异构体参与角膜组织细胞的增生、迁移、黏附及损伤修复。糖基化修饰的牛血清白蛋白通过增强Nox活性及提高其亚基p22phox和Nox4蛋白的表达而促进ROS生成,导致体外培养的猪角膜创伤愈合延迟。Nox介导的氧化应激反应参与了多种糖尿病并发症的致病过程,但Nox4在DK中的直接致病作用尚未完全阐明。本研究拟探讨Nox4在1型糖尿病模型小鼠角膜病变发病中的作用及可能机制,为DK的防治提供新的靶点。

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