蛋白质聚集在白内障发病中的作用研究进展.pdf

欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁氉氉氉氉引文格式：郭昭兴，万修华 蛋白质聚集在白内障发病中的作用研究进展 眼科新进展，（）：【文献综述】蛋白质聚集在白内障发病中的作用研究进展郭昭兴万修华欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁氉氉氉氉作者 简 介：郭 昭 兴（：），男，年 月出生，陕西咸阳人，在读硕士研究生。研究方向：白内障与高度近视。：通信 作 者：万 修 华（：），男，年 月出生，山东潍坊人，博士，主任医师，全国防盲指导组委员，中国医师协会眼科医师分会白内障专委会委员，中华医学会眼科学分会眼视光学组委员。研究方向：白内障与高度近视。：收稿日期：修回日期：本文编辑：董建军基金项目：国家自然科学基金项目（编号：）；北京市医院管理中心临床医学发展专项经费资助项目（编号：）作者单位：北京市，首都医科大学附属北京同仁医院，北京同仁眼科中心，眼科学与视觉科学北京市重点实验室【摘要】蛋白质聚集在白内障发病过程中扮演着重要角色。近年来，基因测序技术和其他分子生物学技术广泛应用于蛋白质聚集现象的研究，其内在机制被逐渐阐明。基因突变、异构化与共价修饰、化合物和离子作用、蛋白质相互作用均是蛋白质聚集发生的原因。本文围绕上述四点对蛋白质聚集在白内障发病中的作用研究进展进行综述，以期为后续研究提供资料和参考。【关键词】晶状体蛋白；白内障；基因突变；共价修饰；蛋白质相互作用【中图分类号】白内障是目前全球首要致盲眼病 ，其特点是晶状体混浊引起的进行性视力下降。一般认为，晶状体蛋白质聚集是白内障发病中的一个重要过程。晶状体蛋白分为水溶性和非水溶性两种，水溶性蛋白含量降低和非水溶性蛋白含量升高均可导致白内障。生理状态下的晶状体是具有屈光功能的透明组织，由大量晶状体蛋白规律排布构成。晶状体蛋白分为 、和 晶状体蛋白 个亚家族。其中 晶状体蛋白属于小热休克蛋白，具有分子伴侣功能，可辅助其他晶状体蛋白正确折叠从而抑制蛋白质聚集 。和 晶状体蛋白是晶状体主要的结构蛋白，主要维持晶状体的结构和功能 。蛋白质聚集的原因并非一个新兴的研究方向，其中涉及的具体机制目前仍未完全清楚 。近些年随着液相色谱 质谱法、核磁共振波谱法、分子动力学模拟等技术的广泛应用，有关蛋白质聚集的研究不断深入。此外，研究人员针对抗蛋白质聚集途径筛选出了有效的化合物，这为白内障药物研发提供了新的思路。基因突变、异构化与共价修饰、化合物和离子作用、蛋白质相互作用均是蛋白质聚集发生的原因。本文围绕上述四点对蛋白质聚集在白内障发病中的作用研究进展进行综述，以期为后续研究提供资料和参考。基因突变白内障致病突变在先天性白内障的发病过程中扮演着重要角色 ，其致病机制具有较高的研究价值。等 研究发现，突变可分离 晶状体蛋白 端结构域中的两个高度保守的相互作用环，从而将疏水核心与天然 晶状体蛋白中的溶剂隔离开来。重新折叠的 突变蛋白具有更少的堆积结构和未淬灭的色氨酸荧光团，同时有着更多的疏水基团暴露。在生理温度下 突变蛋白容易聚集，降低了 晶状体蛋白对 晶状体蛋白的保护作用。等 发现两个先天性白内障致病突变 和 均可以破坏保守的色氨酸残基从而极大降低 晶状体蛋白的溶解度及对热和盐酸胍的稳定性。等 通过光谱实验也得出类似的结果，突变体有更多的色氨酸荧光团和疏水性暴露基团。突变体 晶状体蛋白的变异体更容易受到热处理、盐酸胍和酸性条件的影响。除上述几个实验外，等 发现的 和 突变、等 发现的 和 突变、等 发现的 突变经过光谱实验和动态分子模拟论证，几乎都能改变 晶状体蛋白中的四个保守的色氨酸残基暴露基团，进而影响 晶状体蛋白结构，造成晶状体蛋白质聚集，该途径可能与先天性白内障的发病息息相关。异构化与共价修饰 天冬氨酸异构化 晶状体蛋白由 和 两个亚基组成，在晶状体蛋白合成过程中发挥分子伴侣功能，可辅助晶状体蛋白正确折叠。此前有研究发现，老年人 晶状体蛋白中的天冬氨酸（）存在异常量的异构化（）。为 探 究 异 构 化 的 影 响，等 将 晶状体蛋白的残基 合成肽链，其中 被 、或 取代，生物学测定结果显示，的异构化可以改变肽链的局部结构及其对酶消化的稳定性。等 则利用液相色谱 质谱法测定 晶状体蛋白中 、：眼 科新进展 年 月第 卷第 期 和 异构体的比例，结果表明，非水溶性物异构体比例最多，高分子量蛋白质聚集体次之，晶状体蛋白最少。因此，在 晶状体蛋白中的异构化可能是蛋白质聚集的触发因素，会导致白内障的形成。谷氨酰胺脱酰胺除 异构化以外，晶状体蛋白中谷氨酰胺（）的脱酰胺反应在年龄相关性白内障患者晶状体中也很常见。这种修饰在白内障患者晶状体不溶性部分中非常普遍，可能与白内障形成相关。等 测定了 脱酰胺对 晶状体在体外伴侣能力的影响。脱酰胺的 晶状体蛋白的伴侣能力略有降低，其中心 晶状体结构域的整体结构略有破坏，显示出形成低聚物的趋势。由于 晶状体蛋白占比最多，即使是很小的功能丧失也可能导致晶状体混浊。天冬酰胺脱酰胺 等 研究发现，从老化晶状体分离的不溶性蛋白质内的 晶状体蛋白存在天冬酰胺（）高度脱酰胺（和 ）现象。这些位点位于 端结构域的表面，研究人员采用 残基替换 ，可产生重组人 脱酰胺突变体。对比发现，突变体的光散射增加，热诱导变性过程中出现蛋白质聚集。等 则通过在 、和 三处位点模拟脱酰胺过程，并通过动态光散射，化学和热变性，氢 氘交换和对二硫键交联的敏感性评估 脱酰胺对 晶状体蛋白生理特性的影响，结果显示，少量脱酰胺突变体迅速聚集成大型光散射物质，它们是造成晶状体光散射的主要成分；在盐酸胍或高温下，脱酰胺可加速蛋白质的展开和聚集，并增加蛋白质对氧化的敏感性。此外，三重突变体更加不稳定，说明脱酰胺的影响具有累积性。甲基乙二醛修饰 晶状体蛋白中的 突变与年龄相关性白内障的发生同样存在联系。研究表明，突变蛋白结构改变，稳定性降低，寡聚体大小增加，伴侣样活性丧失以及对蛋白水解的易感性升高可能是白内障形成的促成因素 。等 研究发现，用低浓度（）的甲基乙二醛（）修饰蛋白质，可以提高 突变体的稳定性和伴侣活性。将 蛋白（）在无菌条件下于 孵育 会导致突变蛋白沉淀，而用 修饰的突变蛋白则能保持稳定的可溶性和透明性。上述结果提示低浓度 修饰在稳定突变伴侣蛋白方面具有潜在作用。泛素化修饰年龄相关性白内障主要与紫外线 （）诱导的蛋白质氧化损伤关系密切。错配修复蛋白（）作为错配修复家族的关键成员，主要维持基因组稳定性。然而，目前人们对 的功能及维持 蛋白质平衡的机制仍然未知。等 最新研究发现，暴露在 下，年龄相关性白内障标本和 细胞中 的蛋白表达水平降低。的异位表达显著阻碍了 诱导的细胞凋亡，而 水平下降则会促进细胞凋亡。蛋白质半衰期测定显示，照射可通过泛素化和降解作用加速降低 水平。此外，研究人员发现，泛素连接酶合成滑膜蛋白（）可与 相互作用，促进后者泛素化和降解。综上，年龄相关性白内障的发病机制可能涉及 介导的 泛素 蛋白酶体途径和自噬 溶酶体途径，针对 的干预措施很有可能成为年龄相关性白内障的潜在治疗方向。另有研究 表明，泛素连接酶 指蛋白 （）会与肿瘤抗原 相互作用从而调控晶状体上皮细胞的凋亡。可引起 的泛素化和降解，降低 表达则会上调 的表达进而促进晶状体上皮细胞凋亡。由此看来，对 表达的调节可以作为白内障潜在的治疗策略。化合物和离子作用目前，针对白内障的治疗仍以手术为主，探寻有效的白内障药物始终是科研人员关注的课题。年 等 报道，在体外和细胞转染实验中利用羊毛甾醇处理均可降低预制蛋白质聚集体的含量。进一步实验表明，通过羊毛甾醇治疗可以提高离体兔眼白内障晶状体和狗在体白内障晶状体的透明度。这一研究在白内障药物研发方面具有重要意义，相关研究结果为白内障药物研制开辟出了新的思路。等 围绕甾醇类物质进一步开展研究，通过热稳定性测定，该团队鉴定了一类可结合 晶状体蛋白并在体外逆转其聚集的分子。人们通过差式扫描荧光法发现 羟基胆固醇可以改善 和 突变所致遗传性白内障小鼠模型中晶状体的透明度。更为重要的是，它还部分恢复了老年小鼠在体晶状体和人离体晶状体中的蛋白质溶解度，这提示 羟基胆固醇可作为药物应用于年龄相关性白内障的预防和治疗。等 在上述两项研究的基础上对羊毛甾醇和 羟基胆固醇的有效性进行了离体组织定量研究。实验材料选取了通过手术分离出的人白内障患者晶状体中的蛋白质聚集体。用两种化合物分别处理样品，二者均对蛋白质聚集体的溶解有效，且有效性与白内障严重程度相关。另有研究 表明，人眼晶状体代谢物肌醇作为天然的化学伴侣可抑制晶状体蛋白的聚集。代谢组学证据表明，与年龄匹配的对照组相比，人类白内障患者晶状体的肌醇被严重耗尽。通过维持人眼晶状体内正常肌醇水平可预防或延缓晶状体混浊。金属离子的暴露则是白内障形成过程中的另一个危险因素。等 发现 和 离子眼 科新进展 年 月第 卷第 期 ：都可诱导人 晶状体蛋白快速非淀粉样聚集，形成高分子量的轻散射聚集体。离子可降低人 晶状体蛋白的热稳定性，促进二硫键桥接二聚体的形成。等 也通过实验得到了类似的结果。值得注意的是，这种金属离子诱导的聚集都强烈依赖于温度，并且可被 晶状体蛋白抑制。等 将金属 晶状体蛋白相互作用的研究扩展到重金属离子，如二价铅、镉和汞。使用浊度测定、电子显微镜、电子吸收和圆二色光谱评估这些重金属离子在三种同源人 晶状体蛋白的非淀粉样蛋白质聚集中的作用。结果表明，离子可以诱导人 和 晶状体蛋白的非淀粉样蛋白质聚集，但不能诱导 晶状体蛋白质聚集。汞诱导蛋白质聚集的机制包括直接的金属 蛋白质相互作用、热稳定性丧失、蛋白质 端结构域的部分展开以及二硫键桥接二聚体的形成。等 评估了 和 离子对 蛋白（酸性蛋白代表）和 蛋白（碱性蛋白代表）聚集的影响，结果表明，离子诱导 晶状体蛋白的构象变化很小，导致高分子量的轻散射聚集体形成，而 离子对 晶状体蛋白更具侵略性且可诱导更大的构象变化。蛋白质相互作用晶状体内含有高浓度的晶状体蛋白，因此其也是最拥挤的生物环境之一。此前许多研究已经探讨了 晶状体蛋白在体外稀释条件下的结构和功能，但拥挤对这些方面的影响尚不清楚。等 以多糖 和牛 晶状体蛋白为拥挤剂，采用生物物理方法，研究了 晶状体蛋白在拥挤环境下的结构和伴侣能力，结果表明，晶状体蛋白会出现展开，形成低聚状态，其热稳定性和伴侣能力降低。然而，晶状体蛋白的存在可以稳定 晶状体蛋白的聚集。这初步揭示了晶状体蛋白质相互作用对于蛋白质聚集造成的影响。等 则通过对来自不同小鼠品系 、或 晶状体蛋白的点突变进行分析发现，这些晶状体蛋白在体外是不稳定的。它们的含量在晶状体中大大降低，且它们的非水溶性部分不会积聚。相反，所有其他晶状体蛋白，包括 晶状体蛋白都发生了沉淀。在突变晶状体中观察到的晶状体蛋白质组成和空间组织的变化表明，晶状体蛋白质组的不平衡和晶状体蛋白相互作用的改变是白内障形成的基础，并非突变晶状体蛋白本身具有的聚集倾向，分子伴侣池的耗尽最终会导致晶状体混浊。该团队创新性地从蛋白质组的角度出发对蛋白质聚集进行了解释，晶状体蛋白间的相互作用成为研究蛋白质聚集过程中的一个独立因素。结束语应用基因测序技术和其他分子生物学技术，人们将先天性白内障所涉及的基因突变位点及突变对晶状体蛋白结构造成的影响逐渐揭示清楚。目前，多种共价修饰在年龄相关性白内障发生过程中的意义已被阐明，通过抗蛋白质聚集途径逆转白内障的化合物也已成功筛选。值得注意的是，仅从基因突变的角度出发去解释先天性白内障的发病机制是远远不够的。基因的表达涉及多个步骤，任一步均有可能造成蛋白质的错误折叠和聚集。眼科科研人员同时也应关注后续基因转录及晶状体蛋白翻译过程，系统评估先天性白内障可能的致病环节。白内障成药的潜在化合物虽已找到，但目前并没有形成具体的药物制剂，更没有开展临床试验。针对年龄相关性白内障可能的干预位点目前也没有更进一步的研究验证其可行性。希望未来能有更多白内障药物进入临床应用，早日将实验室获得的研究成果应用于临床实践。诚然，通过抗蛋白质聚集这一途径预防或治疗白内障还需要克服很多困难。不过随着研究的深入，蛋白质聚集涉及的分子机制会更加完善，未来白内障的预防和治疗将会得到更全面的扩展。参考文献 ，：，（）：，（）：，（）：，（）：，（）：，（）：，（）：，：，：，（）：，：，：眼 科新进展 年 月第 卷第 期 ，：，：，（）：，：，（）：，（）：，：，（）：，（）：，（）：，（）：，（）：，：，?，（）：，：，（）：?，?，（）：，?，（）：，：，（）：，（）：，：，：【】，【】；眼 科新进展 年 月第 卷第 期 ：欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁氉氉氉氉引文格式：刘雪立 全球糖尿病视网膜病变患病率和 年负担预测 美国眼科学会报告要点摘编 眼科新进展，（）：【海外简报】全球糖尿病视网膜病变患病率和 年负担预测 美国眼科学会报告要点摘编刘雪立欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁氉氉氉氉作者 简 介：刘 雪 立（：），男，年 月出生，河南许昌人，教授 编审，硕士研究生导师，眼科新进展 杂志常务副主编。长期致力于科学计量学与科学评价，尤其是学术期刊评价研究。：作者单位：河南省新乡市，新乡医学院期刊社 眼科新进展 编辑部美国眼科学会于 年 月在其会刊 发布了“全球糖尿病视网膜病变患病率及到 年负担预测”的报告。为了帮助我国眼科医生和公共卫生管理与服务机构正确认识糖尿病视网膜病变（）的全球流行现状及其导致的健康威胁和负担，现对该报告的关键内容进行解读。需要说明的几个问题 糖尿病基础数据来源当前和预计的截止到 年全球和各糖尿病数据均来自 年国际糖尿病联盟（）发布的糖尿病地图集（第 版）。的定义和评估在本研究中，是指任何类型的 ，包括威胁视力的 （）和临床上表现为明显黄斑水肿（）的 。根据眼病流行研究小组的定义 ，被定义为存在严重的非增生型 、增生型 、或其组合。临床上显著的黄斑水肿被定义为：（）在黄斑中心 或以内的视网膜增厚；（）在黄斑中心 或以内的伴有相邻视网膜增厚的硬渗出物；（）根据早期治疗 研究的定义，视网膜增厚区域为 个视盘面积或更大，其中任何部分位于黄斑中心 个视盘直径范围内。全球地区划分依据依据 发布的糖尿病地图集将不同国家划分为 个世界：非洲、欧洲、中东和北非（）、北美和加勒比（）、南美和中美洲（）、东南亚（）和西太平洋（）。采用这一分类方法，主要考虑使 预测与糖尿病的 预测保持一致。基本假设 年和 年的 、和 患病人数和全球负担是在假设 、和 患病率在未来 年内保持不变（这一假设的基本依据是，所有地区的 患病率随时间的变化趋势均无统计学意义）的情况下做出的估计，其精准度有待时间和更科学的统计预测来检验。主要结果 全球 、和 的患病率和患者数 患病率和患者数在糖尿病人群中，的全球患病率估计为 。到 年，全球成年人 人数估计为 亿，其中 地区患者人数最多（万），其次是 地区（万）和 地区（万）。年 全 球 成 人 人 数 将 增 加 ，达到 亿，年将增加 ，达到 亿。人数的预测增长大部分归因于 、和 地区的显著增加。到 年，地区将比 年增加 万，仍然是 患者最多的地区。预计从 年到 年，地区的 病例将增加 （万），增幅最大，、欧洲和 地区的 病例增幅相对较小。患病率和患者数 年，糖尿病人群中 的患病率估计为 ，全球患有 的总人数估计为 万，也是 地区患者人数最多（万），其次是 （万）和 （万）地区。到 年，全球患有 的成年人数量将增加 ，达到 万，到 年将增加 ，达到 万。患病率和患者数 年，糖尿病人群中 的全球患病率估计为 ，全球患有 的总人数估计为 万，其中 地区患者人数最多（万），其次是 地区（万）和欧洲（万）。到 年，全球患有 的成年人数量将增加 ，达到 万，到 年将增长 ，达到 万。、和 患病率的地区差异 （）和 （）地区的 患病率明显高于其他地区。与居住在 地区的患者相比，居住在 和 地区的糖尿病患者 的发病率明显更高，分别是 地区的患者的 ：眼 科新进展 年 月第 卷第 期 倍和 倍。尽管非洲的 患病率也很高，为 ，但非洲的 发病率仅略高于 地区。其余地区 患病率分别为：，；欧洲，；，；，。对于 ，患病率排名前三的地区是非洲（）、地 区（）、地 区（）。非洲的糖尿病患者患 的概率是 地区的 倍，是 地区的 倍，是 地区的 倍。其余地区的 患病率分别为：，；，；欧洲，；，。对于 ，地区的 患病率最高，为 。与居住在 地区的人相比，居住在 地区的糖尿病患者发生 的可能性更大（倍）。地区的 患病率估计为 ，与 地区相比，的发病率也明显更高（倍）。其 余 地 区 的 患 病 率 分 别 为：欧 洲，；，；非洲，；，；，。不同种族的 、和 患病率的差异西班牙裔人 患病率最高，为 ，其次是中东人（）、非洲血统人（）、欧洲血统人（）、亚洲人（）。对于 ，非洲血统人 患病率最高，为 ，其次是西班牙裔人（）、中东人（）、欧洲血统人（）、亚洲人（）。对于 ，中东人的 患病率最高，为 ，其次是西班牙裔人（）、欧 洲 血 统 人（）、非 洲 血 统 人（）、亚洲人（）。与亚洲人相比，西班牙裔人糖尿病患者是其 倍，患 的可能性更高；中东人糖尿病患者是其 倍，更容易发生 。同样，与亚洲人相比，以下种族糖尿病患者更容易发生 ：西班牙裔人（倍）、非洲血统人（倍）和中东人（倍）。与亚洲人糖尿病患者相比，西班牙裔人（倍）和中东人（倍）的发生率更高。年龄和性别对 、和 的影响年龄每增加 岁，的患病率增加 倍。但年龄对 和 患病率的影响无统计学意义。性别对 和 患病率无显著影响，对 的影响微乎其微。参考文献 ：，（）：（本文编辑：盛丽娜欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁）眼科新进展 杂志征订启事 眼科新进展 杂志是由新乡医学院主办的眼科学高级学术刊物，创刊于 年，大 开，国内外公开发行。年加入国家科技部 万方数据系统科技期刊群 和 中国学术期刊（光盘版），年被上海医科大学图书馆选定为医学类核心期刊，年被美国 化学文摘 收录，年被俄罗斯 文摘杂志 收录，自 年连续入选中国科技论文统计源期刊（中国科技核心期刊），自 年连续入选中国中文核心期刊，并连续被评为河南省二十佳科技期刊。年入选 西太平洋地区医学索引（），并被评为 中国核心学术期刊，年入选荷兰 数据库。国际标准连续出版物号为：，国内统一刊号：，邮发代号：。本刊辟有名家讲坛（述评）（）、实验研究（）、应用研究（）、文献综述（）、海 外 信 息（）、消 息（）、读者来信（）等栏目。本刊读者对象主要是眼科学临床、科研和教学工作者。欢迎国内外眼科医学工作者踊跃投稿和订阅。国内每期定价 元，全年定价 元。如错过邮局订阅，请联系本刊编辑部。编辑部地址：河南省新乡市金穗大道 号，新乡医学院期刊社 眼科新进展 杂志编辑部，邮编：。联系电话：；：，；网址：眼 科新进展 年 月第 卷第 期 ：