編者按
老年性白內障（ARC）是全球首位致盲性眼病，手術是唯一有效的干預手段。但是，我國白內障手術的普及率及術後視力良好患者的比例，仍低於WHO的要求。白內障的防治任務任重道遠[1]。相比於手術，ARC的基礎研究較薄弱。據預測，如果能將ARC的平均發病年齡推遲10年，ARC患者的人數將下降40%，每年可節省大約6億美元[2]。因此，闡明ARC的發生機制意義重大。近年來，中國人民解放軍總醫院第三醫學中心李朝輝教授團隊在探索ARC發生機制的研究中，取得了系列的原創性成果。李朝輝教授團隊首次發現並證明，Keap-1/Nrf2/HO-1/CO訊號通路可以透過維持晶狀體上皮細胞的氧化應激與內質網應激穩態，抑制細胞凋亡及白內障的形成。闡明該通路為ARC防治提供了全新的理論基礎與藥物干預靶點。
研究的初始：一切源於偶然
李教授回憶，如弗萊明發現青黴素一樣，團隊的系列研究其實來源於一次偶然的發現。當時友鄰單位正在開展HO-1基因對於腫瘤轉移調控方面的研究，構建了TgHO-1 G143H 負性顯性基因突變小鼠。結果，李教授團隊成員意外發現，在小鼠4月齡的時候出現了核性白內障，並隨年齡加重（見圖1）。既然HO-1酶活性受到抑制可以引起早發性白內障，那麼HO-1是否有助於維持晶狀體穩態？作用機制又是什麼？
圖1. TgHO-1小鼠4月時出現輕微核性白內障，晶狀體混濁程度隨年齡增加逐步加重
既往文獻表明，晶狀體上皮細胞內氧化應激與內質網應激失衡是誘導晶狀體混濁的重要原因。因此，李教授團隊重點觀察HO-1是否透過維持兩者的穩態保護晶狀體透明性。體內實驗發現，HO-1酶活性降低可以啟用內質網應激（見圖2）[3]。體外實驗發現，HO-1可以透過降低晶狀體上皮細胞內氧化應激水平，抑制細胞凋亡（見圖3）[4]。上述結果證實，HO-1可以透過抑制氧化應激與內質網應激，維持晶狀體透明。
圖2. TgHO-1小鼠不同時間點晶狀體組織內內質網應激指標蛋白的相對錶達量
圖3. HO-1激動劑/抑制劑刺激晶狀體上皮細胞後，HO-1（綠色）與αB-晶狀體蛋白（紅色）的免疫共定點陣圖像
研究的深入：興趣與困惑是最好的老師
雖然發現了HO-1可以降低細胞內氧化應激與內質網應激的現象，但具體機制是什麼？是HO-1上游分子介導的嗎？還是HO-1的下游分子有特殊作用？為了解開心中的疑惑，李教授團隊決定分兩步走。
李教授團隊首先關注HO-1的上游分子。Keap-1/Nrf2是HO-1的上游調控分子。研究證實，Nrf2可以與細胞核中的ATF4相互結合，在轉錄水平同時調控抗氧化應激元件（ARE）及內質網應激蛋白的合成，抑制細胞氧化應激與內質網應激（見圖4）[5]。
圖4. Nrf2與ATF4相互作用調控氧化應激與內質網應激的模式圖
其次，李教授團隊對HO-1的下游通路充滿了好奇。HO-1是降解血紅素的限速酶，可以代謝血紅素產生一氧化碳（CO）。CO一直被認為是毒性氣體，近年才被認為是一種細胞內第二信使，可以調控多種細胞種功能。出於好奇，李教授團隊用水溶性一氧化碳緩釋分子（CORM-3）預處理晶狀體上皮細胞。結果證實，生理劑量的CO可以靶向線粒體，促進線粒體再生，恢復線粒體膜電位（見圖5）[6]，從而降低細胞內活性氧簇（ROS）含量，抑制細胞凋亡（見圖6）[7]。
圖5. CO靶向線粒體的示意圖
參考文獻
上述結果從不同角度闡明瞭HO-1調控氧化應激與內質網應激的分子機制，使李教授團隊的整體研究更加完整。
研究的結果：初見成果，存在更多發展空間
截至目前，李教授團隊的這部分基礎研究工作已經獲得了國家自然科學基金面上專案3項、國家自然科學基金青年基金2項、北京市自然科學基金1項。發表相關SCI論文5篇，其中4篇先後發表於Experimental Eye Research雜誌。
該部分研究結果可以說起到了拋磚引玉的作用。透過對Keap-1/Nrf2/HO-1/CO訊號通路的深入研究，為下一步的動物實驗，甚至藥物的設計研發等奠定了重要的基礎。同時，李教授團隊的這部分實驗結果也引起了國外部分晶狀體疾病實驗室的密切關注，並與國際上的相關結果（鐵蛋白穩態與白內障發生的相互作用）相呼應[8-10]，更加完善了晶狀體內血紅素代謝途徑影響ARC發生發展的理論，闡明瞭可能的作用機制，為下一步更深入揭示ARC的發病機制奠定基礎。
故事到此遠沒有結束。李教授團隊認為，在未來還有很多方向值得關注：
（1）Keap-1/Nrf2/HO-1與其他抗氧化通路之間的相互調控及機制研究；
（2）Keap-1/Nrf2/HO-1與線粒體質量控制，如線粒體再生、裂解、融合、自噬之間的相互作用；
（3）Keap-1/Nrf2/HO-1通路與蛋白質翻譯後修飾及衰老之間的相關性；
（4）Keap-1/Nrf2/HO-1透過影響非摺疊蛋白反應（UPR），調控晶狀體發育，可能為晶狀體再生提供全新的機制。
小 結
透過學習李朝輝教授團隊的科研之路，不難發現，做好基礎研究並沒有捷徑。需要時刻保持靈敏，能夠善於發現別人未發現的現象；需要一直努力，不停閱讀文獻，才會有新的靈感；需要有充足的知識儲備，因為只有多學科交叉，才能高屋建瓴；更需要認真工作於臨床一線，因為好的研究一定是解決臨床的需求！
參考文獻
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專家簡介
李朝輝
主任醫師，現任解放軍總醫院眼科醫學部主任；解放軍醫學院眼科教研室主任、博士生導師；南開大學醫學院博士生導師。是國內知名的白內障專家，主要研究方向是晶狀體病學相關基礎與臨床、眼外傷與顯微手術。目前承擔科技部國家重點研發計劃專案、國家自然科學基金等多項國家級、省部級課題。中華醫學會專家會員；中華醫學會眼科學分會委員；中國老年醫學會白內障學術工作委員會主任委員；中國醫師協會眼顯微手術專委會主任委員；中國醫師協會眼科醫師分會常委；北京醫學會眼科學分會副主任委員；北京眼科學會副會長等職務。三次榮立三等功；曾獲“中華眼科學會獎”及“全國優秀眼科醫師”獎；2012-2018年連續7年獲中國百強名醫白內障專業Top10。
