編者按
視網膜退行性病變是影響全球數百萬人的主要失明原因，其特征是視網膜的逐步損傷和細胞死亡。視網膜退行性病變通常由突變蛋白、缺氧、血管阻塞和光敏感性引起。新近證據表明，環境污染物，如空氣顆粒物和工程納米顆粒，也可能導致視網膜退化損傷。
量子點是一種半導體納米材料，通常直徑范圍在2到20納米。這些獨特的納米晶體具備出色的光電和發光特性，使其在發光二極管、激光器、光探測器、光伏、顯示、生物成像和生物醫學等應用中極具潛力。根據Global Info Research的報告，2021年全球量子點產品的收入約為45.562億美元，預計到2028年將增長至255.7億美元。隨著廣泛應用，量子點將普遍存在于制造車間、消費品、醫療設備，尤其是眼科藥物中。然而，目前關于包括量子點在內的顆粒物對視網膜的影響常常被忽視。
今天，我們分享2024年10月17日由廈門大學何承勇、左正宏團隊發表在《Advanced Science》上最新研究成果——“Quantum Dots-caused Retinal Degeneration in Zebrafish Regulated by Ferroptosis and Mitophagy in Retinal Pigment Epithelial Cells through Inhibiting Spliceosome”，該研究報告了量子點（QDs）對視覺系統的影響，首次發現了納米材料引起視網膜退行性病變及其潛在的健康風險，為顆粒物引起的視覺發育損傷的作用機制提供了新見解。
文章題目
Quantum Dots-caused Retinal Degeneration in Zebrafish Regulated by Ferroptosis and Mitophagy in Retinal Pigment Epithelial Cells through Inhibiting Spliceosome
雜志：Advanced Science（IF=14.3）
發表時間：2024年10月17日
作者：何承勇、左正宏等
單位：廈門大學等
01、研究成果
在本研究中，作者利用斑馬魚（Danio rerio）模型研究了量子點對眼睛發育的影響及其機制。斑馬魚是一個優秀的眼科脊椎動物模型。受精后72小時（hpf），斑馬魚的視網膜已經完全發育，展現出與人類視網膜相似的形態和功能；而眼睛的完整結構及光學反應在168 hpf形成。首先篩選了多種量子點，發現金屬類量子點會引起斑馬魚視網膜退行性損傷的發生，其中InP/ZnS量子點的毒性效應最為顯著。因此，作者將InP/ZnS量子點作為代表進行重點研究。
作者利用熒光成像、拉曼光譜以及質譜成像等技術，證明量子點吸附富集到斑馬魚眼睛部位。隨后，剝離視網膜采用Bulk RNA轉錄組測序和單細胞RNA測序（scRNA-seq）以及標記視網膜不同結構的轉基因斑馬魚進行共聚焦成像、光片成像等，進一步發現量子點暴露會導致視網膜各類群細胞數量改變，尤其是感中長波的視錐感光細胞（PR-RGB）數量增多，而感短波的視錐感光細胞（PR-UV）數量減少。
圖1
由于視網膜色素上皮細胞（RPE）的主要功能是負責吞噬受損的感光細胞膜盤，所以作者聚焦到RPE細胞。利用斑馬魚和人RPE細胞系，發現量子點引起RPE細胞鐵死亡和線粒體自噬的發生。而且，利用Fer-1抑制鐵死亡或者BFA1抑制線粒體自噬均能部分挽救量子點引起的斑馬魚視網膜退行性損傷。
進一步，作者聚焦到RPE細胞顯著改變的更上游的剪接體通路，通過CRISPR/Cas9技術敲除prpf8剪接體因子后，發現其也會引起類似量子點暴露造成的斑馬魚視網膜退行性損傷的表型。反之，顯微注射高表達prpf8能挽救由量子點引起的斑馬魚視網膜退行性損傷的發生。
prpf8剪接體因子是如何介導RPE細胞鐵死亡和線粒體自噬的呢？作者繼續探索發現，量子點暴露導致prpf8表達降低后，介導了gpx4b mRNA的剪接和成熟減少，GSH含量隨著下降。敲除gpx4b也會引起視網膜退行性損傷，過表達則可以挽救量子點引起的視網膜發育損傷；而直接補充GSH，也完全挽救。
圖2
02、編者點評
綜上所述，以上研究闡明量子點被視網膜外RPE細胞內吞后，通過抑制prpf8剪接因子，從而降低gpx4b剪接和成熟，引起RPE鐵死亡和線粒體自噬，進一步導致斑馬魚視網膜退行性損傷。本研究為顆粒物對視覺發育的影響及其機制提供了新認知，也為未來納米顆粒的安全使用提供了科學指導。
作為健康美麗產業CRO服務開拓者與引領者、斑馬魚生物技術的全球領導者，環特生物搭建了“斑馬魚、類器官、哺乳動物、人體”多維生物技術服務體系，開展健康美麗CRO服務、科研服務、智慧實驗室搭建三大業務。目前，環特已建立200多種斑馬魚模型，胃癌、腦類器官、心臟類器官及各種腫瘤類器官培養平臺，歡迎有需要的讀者垂詢！