CTM|俄亥俄州立大学朱骅团队发现中性粒细胞影响角膜损伤后愈合和血管新生的分子机制

学术   2024-11-19 00:00   上海  


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来源︱姊妹号“岚翰生命科学”

撰文︱陈  鹏

审阅︱朱  骅
责编︱王思珍

眼角膜是一种无血管的独特组织,从而保持透明性,使光线能够透过它到达视网膜。角膜损伤常导致角膜新生血管形成(corneal neovascularizationCNV),严重者可以导致失明。角膜损伤后,免疫细胞的浸润启动修复过程,但持续的炎症浸润反而延缓愈合。免疫细胞的浸润,起到清除病原体和碎屑的作用。然而,这些细胞在短暂存活后会被损伤相关模式分子(Damage-Associated Molecular PatternsDAMPs)诱导进入不同的死亡途径。目前,角膜上皮愈合过程和角膜新生血管形成之间的联系,以及不同类型免疫细胞的死亡方式如何影响角膜愈合和新生血管的形成仍有待进一步研究。

2024114日,俄亥俄州立大学朱骅课题组在Clinical and Translational Medicine杂志上发表了题为“Neutrophil pyroptosis regulates corneal wound healing and post-injury neovascularisation”的论文,该研究揭示了角膜损伤后新生角膜上皮细胞能够高表达Wnt5a/sflt1,从而抑制VEGFα介导的角膜新生血管形成。然而损伤后浸润的中性粒细胞发生细胞焦亡(Pyroptosis),抑制角膜新生上皮细胞的迁移,从而延缓角膜愈合,使得角膜新生血管形成增加。因此,该文章提示:角膜损伤后抑制中性粒细胞焦亡能够显著加速角膜愈合速度,减少角膜新生血管,保持眼角膜透光性。

 
该研究表明,在碱烧伤诱导的角膜损伤模型中,GsdmD基因缺失小鼠(GsdmD-/-)的角膜愈合速度显著快于野生型小鼠(WT),并且新生血管显著减少。荧光染色和组织切片显示,GsdmD-/-小鼠的角膜上皮再生更快,且角膜上皮层细胞数量增多。在碱烧伤后,中性粒细胞迅速浸润到受损角膜,并在损伤后12小时内发生焦亡Fig.1A。通过免疫荧光标记MPO(中性粒细胞标志物)和GsdmD N-terminalGsdmD蛋白效应片段)Fig.1B,研究显示焦亡主要发生在中性粒细胞中,而较少出现在其他免疫细胞中。使用Gr-1抗体耗竭中性粒细胞后,焦亡信号显著降低,进一步证明焦亡主要由中性粒细胞介导Fig.1C

1 中性粒细胞浸润到受伤的角膜并发生焦亡。

体外实验表明,焦亡的中性粒细胞释放IL-1βIL-18抑制了角膜上皮细胞的迁移。与未受损的角膜相比,受损的角膜显著延缓了角膜上皮细胞的愈合过程,而消除中性粒细胞或抑制焦亡可以减少这一影响,表明IL-1β可能在抑制上皮迁移中起关键作用。进一步实验表明,使用化学抑制剂二硫化酯(Disulfiram)抑制焦亡显著加速了角膜愈合,同时减少了损伤后的CNV。免疫荧光标记显示Disulfiram处理后角膜内血管化区域显著减少,表明焦亡的抑制对CNV的抑制具有积极作用。在损伤后的GsdmD-/-小鼠中,角膜愈合区域显示Wnt5asflt-1的高表达(Fig 2)。既往研究证实了在多种组织中wnt5a能够上调sflt-1的表达,而sflt-1是一种已知的抗血管生成因子,这可能解释了GsdmD-/-小鼠角膜新生血管减少的现象。这些因子的高表达与角膜上皮新生和修复过程密切相关,表明其在保持角膜无血管性中的重要性。

Wnt5A表达定位于未损伤角膜边缘和损伤后新再生的角膜上皮。

 
GsdmD-/-小鼠的骨髓移植到WT小鼠体内,结果显示角膜愈合速度显著提高,CNV减少Fig. 3A-B。进一步使用抗体耗竭中性粒细胞,结果同样显示角膜愈合速度加快,证实了中性粒细胞焦亡在角膜愈合和血管生成中的负面作用(Fig. 3C-D)。使用焦亡抑制剂Disulfiram处理小鼠,显著加速了伤口愈合并减少CNV (Fig. 3E-H)。进一步的Western blot分析显示Disulfiram抑制了焦亡关键蛋白GsdmD的激活,支持Disulfiram作为潜在治疗药物的作用。研究使用髓系细胞GsdmD特异性敲除小鼠,通过特异性敲除中性粒细胞中的GsdmD,发现角膜愈合显著加快,CNV减少,进一步证实了中性粒细胞焦亡在角膜愈合和新生血管中的调控作用。

抑制焦亡可促进角膜创面愈合,抑制损伤后角膜新生血管形成。

研究模式图

文章结论与讨论,启发与展望

该研究揭示了中性粒细胞焦亡对角膜损伤后愈合和CNV的影响,为临床治疗提供了新思路。抑制焦亡不仅促进角膜上皮愈合,还能有效抑制新生血管,为防止视力丧失提供了可能的干预策略。研究揭示了中性粒细胞焦亡在角膜修复中既有保护作用,也存在潜在的负面影响。中性粒细胞在损伤初期快速浸润,清除病原体和死亡角膜细胞,有助于促进修复和防止感染。然而,中性粒细胞的存活时间短,焦亡的中性粒细胞会释放大量IL-1β等促炎因子,抑制上皮细胞迁移和修复,最终加剧CNVDisulfiram焦亡抑制剂在加速角膜愈合和抑制CNV方面显示了潜在疗效。通过抑制GsdmD的活化,能够有效减少炎症因子释放并促进上皮修复。因此,焦亡抑制剂有望成为角膜损伤治疗的新药物。未来研究可以对多种炎症因子和免疫细胞进行深入研究:研究不同免疫细胞在角膜损伤中的作用,有助于全面理解免疫反应对角膜愈合的调控,揭示更多潜在的靶点。


原文链接:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/ctm2.1762


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