代謝組學(xué)助力研究ω-3多不飽和脂肪酸對抑制近視發(fā)展的影響
文章標(biāo)題：Dietary ω-3 polyunsaturated fatty acids are protective for myopia
發(fā)表期刊：PNAS
發(fā)表時間：2021年10月
影響因子：11.025
合作客戶：溫州醫(yī)科大學(xué)附屬眼視光醫(yī)院
百趣生物提供服務(wù)：游離脂肪酸靶標(biāo)代謝組學(xué)檢測
研究背景
全球近視人口比例不斷增加，近視正成為現(xiàn)代社會的一個重要公共健康問題。目前常用的控制近視方法有行為干預(yù)、藥物干預(yù)和光學(xué)干預(yù)，但這些方法都有其局限性。為尋找一種安全、易于獲取的控制和預(yù)防近視方法，本文首先評估ω-3多不飽和脂肪酸(ω-3 PUFAs)作為補充劑在不同動物模型中抑制近視發(fā)展的能力，然后觀察DHA和EPA對脈絡(luò)膜血流量(ChBP)和鞏膜缺氧的影響及對缺氧培養(yǎng)的人鞏膜成纖維細(xì)胞(HSFs)的影響，最后研究ω-3 PUFAs補充劑對近距離工作誘導(dǎo)的人類健康受試者ChBP下降的影響。
研究結(jié)果
01每日灌胃ω-3 PUFAs減輕豚鼠、小鼠近視的發(fā)展
通過對不同處理組豚鼠和小鼠的屈光度、前房深度(ACD)、晶狀體厚度(LT)、玻璃體腔深度(VCD)、眼軸長度(AL)和角膜曲率半徑(RCC)進行測定，評價ω-3 PUFAs對豚鼠和小鼠近視發(fā)展的影響。形覺剝奪誘導(dǎo)近視(FDM)豚鼠，灌胃ω-3 PUFAs 2周后，屈光度、VCD和AL明顯小于對照組(圖1 A-C)；負(fù)鏡片誘導(dǎo)近視(LIM)豚鼠，灌胃ω-3 PUFAs 后屈光度和AL也明顯下降(圖1D-F)；FDM小鼠，灌胃ω-3 PUFAs后屈光度低于灌胃橄欖油組28.1%（圖1G-I) 。這些結(jié)果表明每日灌胃ω-3 PUFAs能顯著抑制豚鼠和小鼠形覺剝奪近視及負(fù)鏡片誘導(dǎo)近視的發(fā)展。
在FDM豚鼠眼球球旁注射安慰劑、0.1%阿托品及不同濃度二十二碳六烯酸(DHA)、二十碳五烯酸(EPA)，測定屈光度、ACD、LT、VCD、AL和RCC，評價球旁注射對豚鼠近視發(fā)展的影響。注射2周后，高劑量DHA組與對照組相比，近視發(fā)展程度低35.3%，同時對VCD和AL有顯著的抑制性，高劑量組的抑制作用與0.1%阿托品相似(圖2A-C)。高劑量EPA組在抑制FDM、VCD及AL的增加方面與0.1%阿托品有相同的趨勢，但是與對照組之間無明顯的差異(圖2D-F)。這些結(jié)果表明 DHA能顯著抑制豚鼠FDM發(fā)展。
通過氣相色譜質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)測定形覺剝奪豚鼠血清、鞏膜和視網(wǎng)膜中DHA和EPA水平，了解DHA和EPA變化情況。形覺剝奪2天后，血清和鞏膜中DHA、EPA含量降低，視網(wǎng)膜中DHA、EPA含量升高；形覺剝奪1周后，血清、鞏膜和視網(wǎng)膜中DHA、EPA差異不顯著(圖3)。ω-3 PUFAs灌胃3h后，血清DHA、EPA含量持續(xù)升高； 鞏膜DHA含量顯著增加，EPA含量變化不明顯；視網(wǎng)膜DHA、EPA含量無明顯變化(圖4)。這些結(jié)果顯示豚鼠在近視發(fā)展過程中，血清、鞏膜和視網(wǎng)膜中DHA、EPA水平異常。
圖4.形覺剝奪豚鼠灌胃ω-3 PUFAs后血清、視網(wǎng)膜和鞏膜中DHA、EPA變化水平
04ω-3 PUFAs抑制近視發(fā)展中脈絡(luò)膜血流量減少-鞏膜缺氧級聯(lián)反應(yīng)
通過光學(xué)相干斷層掃描(OCT；圖5A)和OCT血流造影(OCTA；圖5B)技術(shù)，觀察灌胃和球旁注射后豚鼠脈絡(luò)膜厚度(ChT)和ChBP變化。形覺剝奪和負(fù)鏡片誘導(dǎo)后，豚鼠ChT和ChBP均顯著降低；灌胃ω-3 PUFAs后，ChT和ChBP下降被抑制(圖5C-F)。球旁注射DHA顯著抑制ChT和ChBP下降(圖5G-J)。
ChBP下降引起鞏膜缺氧、HIF-1α蛋白表達量上調(diào)，為了檢測ω-3 PUFAs在這一過程中的作用，測定灌胃和球旁注射后鞏膜HIF-1α蛋白水平。灌胃ω-3 PUFAs后，豚鼠形覺剝奪(FD-T)鞏膜HIF-1α增加被抑制(圖5K, L)。球旁注射DHA、EPA后，存在類似的抑制現(xiàn)象(圖5M, N)。
HSFs影響鞏膜細(xì)胞外基質(zhì)(ECM)重塑及近視的發(fā)展過程，通過對HSFs體外缺氧反應(yīng)的研究，探討DHA和EPA對ECM重塑的潛在影響。缺氧環(huán)境下，HSFs中的HIF-1α蛋白含量增加，1α1型膠原蛋白水平降低，α平滑肌肌動蛋白(α-SMA)含量上升(圖6)。DHA和EPA能抑制缺氧誘導(dǎo)的膠原蛋白水平下降和α-SMA水平升高(圖6A, C-D)。這些結(jié)果表明DHA和EPA在缺氧環(huán)境下能抑制肌成纖維細(xì)胞轉(zhuǎn)分化，并恢復(fù)HSFs中的膠原蛋白水平。
對人類健康受試者近距離工作后的脈絡(luò)膜進行測定，發(fā)現(xiàn)ω-3 PUFAs補充前，過度近距離工作導(dǎo)致脈絡(luò)膜血管指數(shù)和血管管腔面積顯著下降，脈絡(luò)膜血管缺血現(xiàn)象增加；ω-3 PUFAs補充后，脈絡(luò)膜血管指數(shù)的下降顯著減弱(圖7D-F)。這些結(jié)果表明近距離工作導(dǎo)致人類ChBP下降，ω-3 PUFAs可以改善這種下降。
動物模型實驗表明ω-3 PUFAs抑制了豚鼠和小鼠的近視進展，同時還抑制了脈絡(luò)膜結(jié)構(gòu)、血管系統(tǒng)及鞏膜蛋白含量的變化。ω-3 PUFAs誘導(dǎo)的變化對抑制鞏膜成纖維細(xì)胞轉(zhuǎn)分化、維持正常的鞏膜ECM重塑和抑制近視的發(fā)展至關(guān)重要。在人類健康受試者中，口服ω-3 PUFAs可緩解持續(xù)近距離工作引起的人眼脈絡(luò)膜血流減少，可能對人類視力有保護作用。動物和人類的研究結(jié)果均表明ω-3 PUFAs有望作為一種有效、安全和使用便捷的潛在藥物來控制近視的發(fā)展。
百趣生物為本研究提供了游離脂肪酸靶標(biāo)代謝組學(xué)檢測分析服務(wù)，定性定量準(zhǔn)，構(gòu)建物質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)曲線，提供物質(zhì)的絕對含量；技術(shù)成熟穩(wěn)定、分辨率高、選擇性好；團隊經(jīng)驗豐富，有專業(yè)的研發(fā)和數(shù)據(jù)分析團隊。
文/阿趣代謝組學(xué)
發(fā)表期刊：PNAS
發(fā)表時間：2021年10月
影響因子：11.025
合作客戶：溫州醫(yī)科大學(xué)附屬眼視光醫(yī)院
百趣生物提供服務(wù)：游離脂肪酸靶標(biāo)代謝組學(xué)檢測
研究背景
全球近視人口比例不斷增加，近視正成為現(xiàn)代社會的一個重要公共健康問題。目前常用的控制近視方法有行為干預(yù)、藥物干預(yù)和光學(xué)干預(yù)，但這些方法都有其局限性。為尋找一種安全、易于獲取的控制和預(yù)防近視方法，本文首先評估ω-3多不飽和脂肪酸(ω-3 PUFAs)作為補充劑在不同動物模型中抑制近視發(fā)展的能力，然后觀察DHA和EPA對脈絡(luò)膜血流量(ChBP)和鞏膜缺氧的影響及對缺氧培養(yǎng)的人鞏膜成纖維細(xì)胞(HSFs)的影響，最后研究ω-3 PUFAs補充劑對近距離工作誘導(dǎo)的人類健康受試者ChBP下降的影響。
研究結(jié)果
01每日灌胃ω-3 PUFAs減輕豚鼠、小鼠近視的發(fā)展
通過對不同處理組豚鼠和小鼠的屈光度、前房深度(ACD)、晶狀體厚度(LT)、玻璃體腔深度(VCD)、眼軸長度(AL)和角膜曲率半徑(RCC)進行測定，評價ω-3 PUFAs對豚鼠和小鼠近視發(fā)展的影響。形覺剝奪誘導(dǎo)近視(FDM)豚鼠，灌胃ω-3 PUFAs 2周后，屈光度、VCD和AL明顯小于對照組(圖1 A-C)；負(fù)鏡片誘導(dǎo)近視(LIM)豚鼠，灌胃ω-3 PUFAs 后屈光度和AL也明顯下降(圖1D-F)；FDM小鼠，灌胃ω-3 PUFAs后屈光度低于灌胃橄欖油組28.1%（圖1G-I) 。這些結(jié)果表明每日灌胃ω-3 PUFAs能顯著抑制豚鼠和小鼠形覺剝奪近視及負(fù)鏡片誘導(dǎo)近視的發(fā)展。
圖1.每日灌胃ω-3 PUFAs對豚鼠和小鼠的屈光度、VCD和AL的影響
02眼球球旁注射DHA減輕豚鼠近視的發(fā)展在FDM豚鼠眼球球旁注射安慰劑、0.1%阿托品及不同濃度二十二碳六烯酸(DHA)、二十碳五烯酸(EPA)，測定屈光度、ACD、LT、VCD、AL和RCC，評價球旁注射對豚鼠近視發(fā)展的影響。注射2周后，高劑量DHA組與對照組相比，近視發(fā)展程度低35.3%，同時對VCD和AL有顯著的抑制性，高劑量組的抑制作用與0.1%阿托品相似(圖2A-C)。高劑量EPA組在抑制FDM、VCD及AL的增加方面與0.1%阿托品有相同的趨勢，但是與對照組之間無明顯的差異(圖2D-F)。這些結(jié)果表明 DHA能顯著抑制豚鼠FDM發(fā)展。
圖2.每日球旁注射DHA和EPA對FDM豚鼠近視發(fā)展的影響
03灌胃ω-3 PUFAs前后，DHA及EPA含量變化情況通過氣相色譜質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)測定形覺剝奪豚鼠血清、鞏膜和視網(wǎng)膜中DHA和EPA水平，了解DHA和EPA變化情況。形覺剝奪2天后，血清和鞏膜中DHA、EPA含量降低，視網(wǎng)膜中DHA、EPA含量升高；形覺剝奪1周后，血清、鞏膜和視網(wǎng)膜中DHA、EPA差異不顯著(圖3)。ω-3 PUFAs灌胃3h后，血清DHA、EPA含量持續(xù)升高； 鞏膜DHA含量顯著增加，EPA含量變化不明顯；視網(wǎng)膜DHA、EPA含量無明顯變化(圖4)。這些結(jié)果顯示豚鼠在近視發(fā)展過程中，血清、鞏膜和視網(wǎng)膜中DHA、EPA水平異常。
圖3.形覺剝奪豚鼠血清、鞏膜和視網(wǎng)膜中DHA、EPA變化水平
04ω-3 PUFAs抑制近視發(fā)展中脈絡(luò)膜血流量減少-鞏膜缺氧級聯(lián)反應(yīng)
通過光學(xué)相干斷層掃描(OCT；圖5A)和OCT血流造影(OCTA；圖5B)技術(shù)，觀察灌胃和球旁注射后豚鼠脈絡(luò)膜厚度(ChT)和ChBP變化。形覺剝奪和負(fù)鏡片誘導(dǎo)后，豚鼠ChT和ChBP均顯著降低；灌胃ω-3 PUFAs后，ChT和ChBP下降被抑制(圖5C-F)。球旁注射DHA顯著抑制ChT和ChBP下降(圖5G-J)。
ChBP下降引起鞏膜缺氧、HIF-1α蛋白表達量上調(diào)，為了檢測ω-3 PUFAs在這一過程中的作用，測定灌胃和球旁注射后鞏膜HIF-1α蛋白水平。灌胃ω-3 PUFAs后，豚鼠形覺剝奪(FD-T)鞏膜HIF-1α增加被抑制(圖5K, L)。球旁注射DHA、EPA后，存在類似的抑制現(xiàn)象(圖5M, N)。
圖5.ω-3 PUFAs對豚鼠ChT、ChBP和鞏膜HIF-1α蛋白水平的影響
05ω-3 PUFAs能拮抗缺氧誘導(dǎo)的HSFs轉(zhuǎn)分化HSFs影響鞏膜細(xì)胞外基質(zhì)(ECM)重塑及近視的發(fā)展過程，通過對HSFs體外缺氧反應(yīng)的研究，探討DHA和EPA對ECM重塑的潛在影響。缺氧環(huán)境下，HSFs中的HIF-1α蛋白含量增加，1α1型膠原蛋白水平降低，α平滑肌肌動蛋白(α-SMA)含量上升(圖6)。DHA和EPA能抑制缺氧誘導(dǎo)的膠原蛋白水平下降和α-SMA水平升高(圖6A, C-D)。這些結(jié)果表明DHA和EPA在缺氧環(huán)境下能抑制肌成纖維細(xì)胞轉(zhuǎn)分化，并恢復(fù)HSFs中的膠原蛋白水平。
圖6.DHA和EPA對HSFs缺氧反應(yīng)的影響
06ω-3 PUFAs可緩解持續(xù)近距離工作誘導(dǎo)的人體ChBP下降對人類健康受試者近距離工作后的脈絡(luò)膜進行測定，發(fā)現(xiàn)ω-3 PUFAs補充前，過度近距離工作導(dǎo)致脈絡(luò)膜血管指數(shù)和血管管腔面積顯著下降，脈絡(luò)膜血管缺血現(xiàn)象增加；ω-3 PUFAs補充后，脈絡(luò)膜血管指數(shù)的下降顯著減弱(圖7D-F)。這些結(jié)果表明近距離工作導(dǎo)致人類ChBP下降，ω-3 PUFAs可以改善這種下降。
圖7.ω-3 PUFAs對近距離工作后人類脈絡(luò)膜的影響
結(jié)論動物模型實驗表明ω-3 PUFAs抑制了豚鼠和小鼠的近視進展，同時還抑制了脈絡(luò)膜結(jié)構(gòu)、血管系統(tǒng)及鞏膜蛋白含量的變化。ω-3 PUFAs誘導(dǎo)的變化對抑制鞏膜成纖維細(xì)胞轉(zhuǎn)分化、維持正常的鞏膜ECM重塑和抑制近視的發(fā)展至關(guān)重要。在人類健康受試者中，口服ω-3 PUFAs可緩解持續(xù)近距離工作引起的人眼脈絡(luò)膜血流減少，可能對人類視力有保護作用。動物和人類的研究結(jié)果均表明ω-3 PUFAs有望作為一種有效、安全和使用便捷的潛在藥物來控制近視的發(fā)展。
百趣生物為本研究提供了游離脂肪酸靶標(biāo)代謝組學(xué)檢測分析服務(wù)，定性定量準(zhǔn)，構(gòu)建物質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)曲線，提供物質(zhì)的絕對含量；技術(shù)成熟穩(wěn)定、分辨率高、選擇性好；團隊經(jīng)驗豐富，有專業(yè)的研發(fā)和數(shù)據(jù)分析團隊。
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