Adv?Sci?|?謝立信團隊揭示角膜內(nèi)皮病變新機制，建立靶向FOXO1基因治療新策略

角膜內(nèi)皮功能失代償是 角膜盲 的主要 病 因之一 ，也是角膜盲防治研究的熱點和難點。目前，角膜移植仍是 晚期 角膜內(nèi)皮功能 失代償 的主要治療方法，高質(zhì)量 供體角膜嚴(yán)重短缺 是主要限制因素 ， 因此， 亟需開發(fā)非手術(shù)策略 ， 以預(yù)防和治療角膜內(nèi)皮功能障礙。基因療法作為一種極具前景的替代治療，其臨床應(yīng)用仍受到兩大關(guān)鍵因素的限制：其一是缺乏能夠有效逆轉(zhuǎn)核心病理過程的分子靶點，其二是現(xiàn)有基因遞送系統(tǒng)在轉(zhuǎn)染效率與安全性方面仍存在不足。

近日，山東第一醫(yī)科大學(xué)謝立信教授團隊在Advanced Science雜志在線發(fā)表題為Aviscous DES-AAV-Foxo1deliverysystemwithhightransfectionefficiency for thetreatment ofcornealendothelialdysfunction byrestoringmitochondria-ER Contacts的研究。該研究揭示了過表達FOXO1能夠維持線粒體-內(nèi)質(zhì)網(wǎng)偶聯(lián)（MAMs）結(jié)構(gòu)的完整性，調(diào)控線粒體Ca2+穩(wěn)態(tài)，從而改善角膜內(nèi)皮功能障礙；在此基礎(chǔ)上，團隊還構(gòu)建了高效的DES-AAV-Foxo1靶向遞送系統(tǒng)，為角膜內(nèi)皮失代償?shù)闹委熼_辟了新路徑。

首先，研究團隊基于 1 型糖尿病（ T1DM ）小鼠角膜內(nèi)皮損傷模型，通過單細胞核轉(zhuǎn)錄組（ snRNA-seq ）分析揭示了 T1DM 小鼠角膜內(nèi)皮細胞的轉(zhuǎn)錄特征變化。差異基因功能富集分析顯示，上調(diào)基因顯著富集于細胞凋亡、 DNA 結(jié)構(gòu)損 傷及內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激等相關(guān)通路；而下調(diào)差異基因則主要富集于內(nèi)皮細胞遷移、 Ca 2+ 穩(wěn)態(tài)維持及細胞缺氧反應(yīng)等相關(guān)通路，提示 內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激與線粒體能量代謝障礙共同參與了糖尿病模型中角膜內(nèi)皮細胞的功能損傷。

為明確 T1DM 小鼠角膜內(nèi)皮細胞中內(nèi)質(zhì)網(wǎng)與線粒體發(fā)生的具體病理變化，該研究使用透射電鏡觀察了 T1DM 小鼠角膜內(nèi)皮細胞的超微結(jié)構(gòu)。結(jié)果表明， T1DM 小鼠角膜內(nèi)皮細胞中的 MAMs 結(jié)構(gòu)顯著減少，同時 MAMs 內(nèi) Ca 2+ 轉(zhuǎn)運復(fù)合體 IP3R1-GRP75-VDAC1 的蛋白表達水平以及線粒體 Ca 2+ 水平也顯著降低。這表明高糖通過破壞角膜內(nèi)皮中 MAMs 結(jié)構(gòu)介導(dǎo)的 Ca 2+ 轉(zhuǎn)運通道，導(dǎo)致 Ca 2+ 穩(wěn)態(tài)失衡，進而影響線粒體功能及能量代謝。

為闡明 MAMs 形 成的潛在機制及核心調(diào)控因子，該研究結(jié)合 s nRNA- seq 與單細胞染色質(zhì)可及性（ scATAC-seq ）分析，鑒定出 FOXO1 為 IP3R1 的關(guān)鍵上游轉(zhuǎn)錄因子。實驗證實，高糖通過促進 FOXO1 Ser256 位點的磷酸化， 驅(qū)動其從細胞核向細胞質(zhì)易位 ，進而影響其轉(zhuǎn)錄調(diào)控功能。 過表達 FOXO1 可恢復(fù) MAMs 結(jié)構(gòu)的完整性，增強由內(nèi)質(zhì)網(wǎng)向線粒體的 Ca 2+ 轉(zhuǎn)運，維持線粒體 Ca 2+ 穩(wěn)態(tài)， 從而改善角膜內(nèi)皮泵功能，減輕角膜水腫。

為提升前房注射腺相關(guān)病毒（ AAV ）對角膜內(nèi)皮細胞的靶向遞送效率， 該研究采用具有無毒、易合成、可生物降 解及粘度可調(diào)等特性的深共晶溶劑（ DES ）作為 AAV 的遞送載體 ，延長了其在前房的停留時間，有效提高了內(nèi)皮轉(zhuǎn)染效率。進一步的動物實驗證實， 該遞送系統(tǒng)在 1 型糖尿病和 Fuchs 角膜內(nèi)皮營養(yǎng)不良小鼠模型中均有效改善了角膜內(nèi)皮功能障礙 ，且展現(xiàn)出良好的眼內(nèi)安全性。

綜上所述 ，該研究通過角膜內(nèi)皮細胞多組學(xué)數(shù)據(jù)分析，揭示了角膜內(nèi)皮病變的核心機制，提示 FOXO1 是治療角膜內(nèi)皮功能障礙的潛在靶點 。過表達 FOXO1 通過維持線粒體 - 內(nèi)質(zhì)網(wǎng)偶聯(lián)結(jié)構(gòu)完整性及線粒體 Ca 2+ 穩(wěn)態(tài)，從而恢復(fù)角膜內(nèi)皮細胞功能。在此基礎(chǔ)上，研究構(gòu)建了 DES-AAV- Foxo1 遞送系統(tǒng)，分別在 1 型糖尿病模型和 FECD 模型小鼠中證實 DES-AAV- Foxo1 遞送系統(tǒng)改善角膜內(nèi)皮功能障礙的治療效果。 本研究 不僅 為 角膜內(nèi)皮疾病發(fā)病機制提供了全新視角， 更 為 角膜內(nèi)皮失代償疾病的 非手術(shù)治療 提供了重要參考 。

山東第一醫(yī)科大學(xué)附屬眼科研究所謝立信教授、竇圣乾副研究員、周慶軍研究員為共同通訊作者，山東第一醫(yī)科大學(xué) 2022 級博士趙紅冉為本論文的第一作者。

論文鏈接：https://doi.org/10.1002/advs.75464

山東第一醫(yī)科大學(xué)附屬眼科研究所謝立信院士角膜病研究團隊長期致力于角膜 病 、干眼 等眼表疾病 的發(fā)病機制與干預(yù)策略研究，現(xiàn)面向國內(nèi)外誠聘博士后研究人員。應(yīng)聘者需具有神經(jīng)生物學(xué)、基因治療或生物信息學(xué)等相關(guān)專業(yè)博士學(xué)位，具備扎實的實驗基礎(chǔ)或 數(shù)據(jù) 分析能力，近兩年內(nèi)以第一作者發(fā)表過中科院二區(qū)及以上 SCI 論文者優(yōu)先。課題組將提供具有競爭力的薪酬待遇與廣闊的科研發(fā)展平臺。 有意者請投遞簡歷。

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