除了年齡增長,缺少「年輕」蛋白也可能導致眼睛老化

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視網膜老化可能造成許多眼科疾病,在最新研究中,美國國家眼科研究所(National Eye Institute, NEI)透過小鼠模型確定了色素上皮衍生因子(pigment epithelium-derived factor, PEDF)在視網膜老化中扮演的重要角色,這項發現可能將引導未來相關治療措施的出現。

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色素上皮與 PEDF 回收利用的重要性

視網膜由多個細胞層組成,共同協作檢測並處理接收到的光信號,其中感光細胞的感受器位於色素上皮(retinal pigment epithelium, RPE),在接收到光後,感受器外段(photoreceptor outer segment, POS)尖端就會耗損脫落,RPE 必須回收細胞碎片並再次提供成分,否則這些光感受器就會失去製造新段的能力,導致最終無法感知光線,同時 RPE 也得提供養分,否則光感受器也可能死亡。

除了與光感受器密切互動,RPE 也會分泌大量因子及信號分子與周遭組織進行交流,PEDF 也是其中之一。由於 PEDF 在年輕的視網膜中含量豐富,但在年齡老化過程中會逐漸減少,PEDF 過去也被戲稱為是『青春』蛋白質,但事實上究竟是 PEDF 減少造成視網膜老化,還是年齡增長對視網膜產生影響,研究人員一直無法確定。

可以確定的是,RPE 的老化或功能障礙是導致年齡相關性黃斑變性(AMD)及某些視網膜營養不良病例視力喪失的原因。早先研究顯示,PEDF 可以保護視網膜細胞,防止細胞損傷和視網膜血管異常生長,研究人員更好奇的是,PEDF 是否也能助於 RPE 的衰老預防。

PEDF 是視網膜衰老相關變化的驅動因素

為了確認 PEDF 對視網膜的實際作用,研究團隊找上因缺乏 Serpin1 基因導致  PEDF 生產缺陷的小鼠模型,檢查了其視網膜細胞結構。結果發現除了 RPE 細胞的細胞核增大,顯示 DNA 堆積方式很可能出現變化之外,Serpin1 缺失還增加了 RPE 中與衰老相關的四種基因表達,同時 PEDF 受體的水平也顯著低於正常情況。

PEDF 與其受體 PEDF-R 結合會刺激脂質分子分解,這也是 POS 回收的關鍵過程部分,在兩者缺乏的情況下,造成的結果就是未加工的脂質分子和其他 POS 成分在 RPE 中累積,類似的基因表達變化和 RPE 代謝缺陷同樣也在老化的視網膜中發現。可以說這項研究首次表明,光是去除 PEDF 就會導致一系列如同視網膜衰老的基因變化。

值得一提的是,雖然 PEDF 與其受體都主要由 RPE 細胞產生,但後者是由 Pnpla2 基因表達,但隨著 Serpinf1 缺乏兩者也隨之減少,研究作者 Ivan Rebustini 博士認為,這意味著似乎有與 PEDF 有關的反饋迴路存在,維持了 RPE 中 PEDF-R 和脂質代謝的水平。

雖然 PEDF 陰性小鼠視網膜乍看之下似乎正常,但這些新發現顯示 PEDF 有著重要保護作用,能幫助視網膜抵禦創傷和與衰老相關磨損。「我們一直很好奇 PEDF 的損失是由衰老驅動或是在驅動衰老,從研究結果來看,特別是與改變脂質代謝和基因表達的明確聯繫部分,揭露出 PEDF 的損失是視網膜衰老相關變化的驅動因素。」

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參考資料:

1.International Journal of Molecular Sciences, 2022, https://doi.org/10.3390/ijms23147745

2.https://www.nei.nih.gov/about/news-and-events/news/nih-study-finds-loss-youth-protein-may-drive-aging-eye

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