編者按
視網(wǎng)膜退行性病變是影響全球數(shù)百萬(wàn)人的主要失明原因，其特征是視網(wǎng)膜的逐步損傷和細(xì)胞死亡。視網(wǎng)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(jù)表明，環(huán)境污染物，如空氣顆粒物和工程納米顆粒，也可能導(dǎo)致視網(wǎng)膜退化損傷。
量子點(diǎn)是一種半導(dǎo)體納米材料，通常直徑范圍在2到20納米。這些獨(dú)特的納米晶體具備出色的光電和發(fā)光特性，使其在發(fā)光二極管、激光器、光探測(cè)器、光伏、顯示、生物成像和生物醫(yī)學(xué)等應(yīng)用中極具潛力。根據(jù)Global Info Research的報(bào)告，2021年全球量子點(diǎn)產(chǎn)品的收入約為45.562億美元，預(yù)計(jì)到2028年將增長(zhǎng)至255.7億美元。隨著廣泛應(yīng)用，量子點(diǎn)將普遍存在于制造車間、消費(fèi)品、醫(yī)療設(shè)備，尤其是眼科藥物中。然而，目前關(guān)于包括量子點(diǎn)在內(nèi)的顆粒物對(duì)視網(wǎng)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(xué)何承勇、左正宏團(tuán)隊(duì)發(fā)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(bào)告了量子點(diǎn)（QDs）對(duì)視覺(jué)系統(tǒng)的影響，首次發(fā)現(xiàn)了納米材料引起視網(wǎng)膜退行性病變及其潛在的健康風(fēng)險(xiǎn)，為顆粒物引起的視覺(jué)發(fā)育損傷的作用機(jī)制提供了新見(jiàn)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(fā)表時(shí)間：2024年10月17日
作者：何承勇、左正宏等
單位：廈門大學(xué)等
01、研究成果
在本研究中，作者利用斑馬魚(yú)（Danio rerio）模型研究了量子點(diǎn)對(duì)眼睛發(fā)育的影響及其機(jī)制。斑馬魚(yú)是一個(gè)優(yōu)秀的眼科脊椎動(dòng)物模型。受精后72小時(shí)（hpf），斑馬魚(yú)的視網(wǎng)膜已經(jīng)完全發(fā)育，展現(xiàn)出與人類視網(wǎng)膜相似的形態(tài)和功能；而眼睛的完整結(jié)構(gòu)及光學(xué)反應(yīng)在168 hpf形成。首先篩選了多種量子點(diǎn)，發(fā)現(xiàn)金屬類量子點(diǎn)會(huì)引起斑馬魚(yú)視網(wǎng)膜退行性損傷的發(fā)生，其中InP/ZnS量子點(diǎn)的毒性效應(yīng)最為顯著。因此，作者將InP/ZnS量子點(diǎn)作為代表進(jìn)行重點(diǎn)研究。
作者利用熒光成像、拉曼光譜以及質(zhì)譜成像等技術(shù)，證明量子點(diǎn)吸附富集到斑馬魚(yú)眼睛部位。隨后，剝離視網(wǎng)膜采用Bulk RNA轉(zhuǎn)錄組測(cè)序和單細(xì)胞RNA測(cè)序（scRNA-seq）以及標(biāo)記視網(wǎng)膜不同結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)基因斑馬魚(yú)進(jìn)行共聚焦成像、光片成像等，進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)量子點(diǎn)暴露會(huì)導(dǎo)致視網(wǎng)膜各類群細(xì)胞數(shù)量改變，尤其是感中長(zhǎng)波的視錐感光細(xì)胞（PR-RGB）數(shù)量增多，而感短波的視錐感光細(xì)胞（PR-UV）數(shù)量減少。
圖1
由于視網(wǎng)膜色素上皮細(xì)胞（RPE）的主要功能是負(fù)責(zé)吞噬受損的感光細(xì)胞膜盤，所以作者聚焦到RPE細(xì)胞。利用斑馬魚(yú)和人RPE細(xì)胞系，發(fā)現(xiàn)量子點(diǎn)引起RPE細(xì)胞鐵死亡和線粒體自噬的發(fā)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(diǎn)引起的斑馬魚(yú)視網(wǎng)膜退行性損傷。
進(jìn)一步，作者聚焦到RPE細(xì)胞顯著改變的更上游的剪接體通路，通過(guò)CRISPR/Cas9技術(shù)敲除prpf8剪接體因子后，發(fā)現(xiàn)其也會(huì)引起類似量子點(diǎn)暴露造成的斑馬魚(yú)視網(wǎng)膜退行性損傷的表型。反之，顯微注射高表達(dá)prpf8能挽救由量子點(diǎn)引起的斑馬魚(yú)視網(wǎng)膜退行性損傷的發(fā)生。
prpf8剪接體因子是如何介導(dǎo)RPE細(xì)胞鐵死亡和線粒體自噬的呢？作者繼續(xù)探索發(fā)現(xiàn)，量子點(diǎn)暴露導(dǎo)致prpf8表達(dá)降低后，介導(dǎo)了gpx4b mRNA的剪接和成熟減少，GSH含量隨著下降。敲除gpx4b也會(huì)引起視網(wǎng)膜退行性損傷，過(guò)表達(dá)則可以挽救量子點(diǎn)引起的視網(wǎng)膜發(fā)育損傷；而直接補(bǔ)充GSH，也完全挽救。
圖2
02、編者點(diǎn)評(píng)
綜上所述，以上研究闡明量子點(diǎn)被視網(wǎng)膜外RPE細(xì)胞內(nèi)吞后，通過(guò)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(jìn)一步導(dǎo)致斑馬魚(yú)視網(wǎng)膜退行性損傷。本研究為顆粒物對(duì)視覺(jué)發(fā)育的影響及其機(jī)制提供了新認(rèn)知，也為未來(lái)納米顆粒的安全使用提供了科學(xué)指導(dǎo)。
作為健康美麗產(chǎn)業(yè)CRO服務(wù)開(kāi)拓者與引領(lǐng)者、斑馬魚(yú)生物技術(shù)的全球領(lǐng)導(dǎo)者，環(huán)特生物搭建了“斑馬魚(yú)、類器官、哺乳動(dòng)物、人體”多維生物技術(shù)服務(wù)體系，開(kāi)展健康美麗CRO服務(wù)、科研服務(wù)、智慧實(shí)驗(yàn)室搭建三大業(yè)務(wù)。目前，環(huán)特已建立200多種斑馬魚(yú)模型，胃癌、腦類器官、心臟類器官及各種腫瘤類器官培養(yǎng)平臺(tái)，歡迎有需要的讀者垂詢！