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白内障是我国主要的致盲眼病。近年来,对于紫外线与白内障关系的研究越来越引起广泛的重视,国内外许多流行病学调查和实验研究均证实紫外线引起白内障。长期慢性的紫外线辐射被认为是老年性白内障形成的主要因为。但到目前为止,紫外线辐射导致白内障的机制仍然是众说纷纭。
老年性白内障有三种主要类型:皮质性、核性和后囊下浑浊。三种类型可能出现在同一个晶体上,但可能具有不同的危险因素和病理改变。近年的流行病学调查将它们区分开来,部分地证实了皮质性和后囊下白内障与紫外线辐射量呈正相关,而核性白内障与其无相关性。许多的动物实验也用紫外线照射动物眼诱导产生了皮质性和后囊下白内障。
研究表明紫外线照射活体兔晶体诱导产生皮质性及后囊下白内障的形成过程中伴有PGE2合成的增加,PGE2可能通过cAMP途径调节晶体上皮细胞的DNA合成及细胞增值,进而导致白内障的发生,而紫外线照射前应用前列腺素合成酶抑制剂吲哚美辛可以部分地预防白内障的发生。
对皮肤角质细胞进行紫外线照射的实验中发现,紫外线照射后PGE2合成增加的同时可以检测到EGF-R(生长因子受体)酪氨酸蛋白激酶的磷酸化水平增高。应用酪氨酸蛋白激酶抑制剂(Genistein)可以有效地抑制UV照射引起的PGE2合成及EGF-R酪氨酸蛋白激酶的磷酸化。H2O2可以产生与UV照射类似的PGE2合成及EGF-R酪氨酸蛋白激酶的磷酸化。
鉴于此,我们建立了这样一种假设:紫外线照射引起晶体抗氧化机制的消耗,产生氧化损伤,氧化损伤通过酪氨酸蛋白激酶(EGF-R)途径启动细胞内的信号传导系统,导致PGE2合成增加,进而通过其可能的对DNA合成的调控作用,诱导白内障的发生。
本实验用紫外线照射人晶体上皮细胞,将氧化剂(H2O2)、EGF-R激动剂(EGF)和EGF-R抑制剂(Genistein)应用于人晶体上皮细胞,检测细胞合成PGE2水平和酪氨酸蛋白激酶磷酸化水平的变化,探讨酪氨酸蛋白激酶途径在紫外线对晶体上皮细胞损伤过程中的作用。
方法:
本实验分三部分进行。
第一部分观察酪氨酸蛋白激酶途径在紫外线诱导人晶体上皮细胞PGE2合成过程中所起的作用。用紫外线照射人晶体上皮细胞,观察其对人晶体上皮细胞合成PGE2的影响,照射前45在培养液中加入前列腺素合成酶抑制剂Indomethacin(6 μg/ml),照射前30在培养液中加入酪氨酸蛋白激酶抑制剂Genistein(10 μg/ml),分别于作用后1h、2h、4h、6h用酶联免疫法检测的PGE2浓度变化,作用后1h用Westernblotting和免疫组织化学染色检测酪氨酸蛋白激酶磷酸化水平的变化。
第二部分探讨EGF-R酪氨酸蛋白激酶途径在紫外线引起的晶体上皮细胞PGE2合成增加过程中的作用。用紫外线照射人晶体上皮细胞,照射前30在培养液中加入酪氨酸蛋白激酶抑制剂Genistein(10 μg/ml),照射后即刻在培养液中加入EGF(100ng/ml),同样于作用后1h、2h、4h、6h用酶联免疫法检测的PGE2浓度的变化,作用后1h用Westernblotting和免疫组织化学染色检测EGF-R酪氨酸蛋白激酶磷酸化水平的变化。
第三部分探讨EGF-R-酪氨酸蛋白激酶途径在晶体上皮细胞氧化损伤过程中的作用。用紫外线照射人晶体上皮细胞,照射前30在培养液中加入酪氨酸蛋白激酶抑制剂Genistein(10 μg/ml),照射后即刻在培养液中加入氧化剂H2O2(100mM),同样于作用后1h、2h、4h、6h用酶联免疫法检测的PGE2浓度的变化,作用后1h用Western blotting和免疫组织化学染色检测EGF-R酪氨酸蛋白激酶磷酸化水平的变化。
结果:
一、氨酸蛋白激酶在UV引起HLEC PGE2合成增加中的作用紫外线照射后各时间段HLEC PGE2合成有明显增加(空白组1h200.00±24.79、2h 253.65±45.65、4h 279.08±21.55、6h 255.59±43.84,UV照射组1h 613.37±43.49、2h 452.93±87.37、4h 538.18±33.48、6h776.84±42.04),差异有显著性(P<0.05);吲哚美辛可以抑制紫外线的这种作用(Indo+UV组1h 93.25±10.76、2h 64.69±12.07、4h 117.18±17.49、6h 132.24±34.34),差异有显著性(P<0.05);紫外线照射前加入Genistein在各个不同时间段均能有效抑制UV引起的PGE2合成增加(Gen+UV组1h 161.18±18.55、2h 240.35±24.98、4h 357.70±28.10、6h 478.60±62.38),差异有显著性(P<0.05)。Western blotting及免疫组化结果表明在照射后60出现170KD酪氨酸蛋白激酶最高水平的磷酸化增强,吲哚美辛对170KD酪氨酸蛋白激酶的磷酸化无影响,Genistein抑制UV引起的酪氨酸蛋白激酶磷酸化增强。
二、氨酸蛋白激酶在EGF及UV引起的HLEC PGE2合成增加中的作用EGF可以产生与UV照射组相类似的PGE2的合成增加(EGF组1h 611.62±34.82、2h 397.13±52.36、4h 565.69±53.64、6h 781.45±87.32),与空白组对照差异有显著性(P<0.05);先给予紫外线照射后再加入EGF未能使PGE2合成进一步增加(UV+EGF组1h 619.85±45.31、2h 408.94±33.97、4h 578.26±72.50、6h 782.76±37.51),与UV照射组相比差异无显著性(P>0.05); 事先给予Genistein处理可以明显抑制由EGF引起的PGE2升高(Gen+EGF组1h 200.67±23.19、2h 251.20±47.15、4h 354.42±27.66、6h 474.72±64.93),差异有显著性(P<0.05)。Western blotting及免疫组化结果表明在UV组、EGF组、UV+EGF组均可以见到EGF-R的磷酸化增强,事先用Genistein处理组则未见到这种增强的磷酸化。
三、酪氨酸蛋白激酶在H2O2诱导HLEC PEG2合成增加中的作用
H2O2可引起细胞明显的毒性反应及PGE2合成明显增强(H2O2组1h 602.57±45.29、2h 426.20±67.88、4h 486.84±41.99、6h 790.10±49.00),与空白组对照差异有显著性(P<0.05),其增强程度与UV照射组无明显差别(p>0.05);UV照射后再给予H2O2,未能进一步增强PGE2合成(UV+H2O2组1h 623.81±22.15、2h 435.78±44.68、4h 505.49±50.55、6h 782.76±37.51),与UV照射组相比差异无显著性(P>0.05);加入H2O2前加入Genistein可以抑制H2O2引起的PGE2合成增强(Gen+H2O2组1h 286.58±22.91、2h 210.09±19.67、4h 150.07±14.51、6h184.19±17.68),差异有显著性(P<0.05)。加入H2O2后可以见到与UV照射后相似的EGF-R磷酸化增强;两种因素联合与单一因素处理组EGF-R磷酸化增强程度相似;预先加入Genistein后用H2O2处理的细胞则未见EGF-R的磷酸化增强。
结论:
1.UV照射结论:通过酪氨酸蛋白激酶途径引起人晶体上皮细胞PGE2合成增加;
2.EGF可以诱导HLEC的PGE2合成及EGF-R磷酸化增加;UV照射后HLEC对EGF无反应;UV通过EGF-R-酪氨酸蛋白激酶途径诱导PGE2合成增加。
3.H2O2通过EGF-R-酪氨酸蛋白激酶途径诱导PGE2合成增加。结合相关的研究报告相,本实验提出了UV引起白内障的一个可能途径:UV照射引起晶体氧负荷增加,激活浆膜相关的Src酪氨酸蛋白激酶,导致EGF-R磷酸化,进一步导致磷脂酶A2的磷酸化激活,产生PGE2合成的增加,通过对DNA合成的调控,进而导致白内障的发生。这一途径的部分环节已经通过实验得到证实,但有些环节还需要在今后的进一步工作中进行深入探讨研究。