代謝組學助力研究ω-3多不飽和脂肪酸對抑制近視發展的影響
文章標題：Dietary ω-3 polyunsaturated fatty acids are protective for myopia
發表期刊：PNAS
發表時間：2021年10月
影響因子：11.025
合作客戶：溫州醫科大學附屬眼視光醫院
百趣生物提供服務：游離脂肪酸靶標代謝組學檢測
研究背景
全球近視人口比例不斷增加，近視正成為現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、藥物干預和光學干預，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展的能力，然后觀察DHA和EPA對脈絡膜血流量(ChBP)和鞏膜缺氧的影響及對缺氧培養的人鞏膜成纖維細胞(HSFs)的影響，最后研究ω-3 PUFAs補充劑對近距離工作誘導的人類健康受試者ChBP下降的影響。
研究結果
01每日灌胃ω-3 PUFAs減輕豚鼠、小鼠近視的發展
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展的影響。形覺剝奪誘導近視(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)；負鏡片誘導近視(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鏡片誘導近視的發展。
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展的影響。注射2周后，高劑量DHA組與對照組相比，近視發展程度低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)。這些結果表明 DHA能顯著抑制豚鼠FDM發展。
通過氣相色譜質譜聯用技術測定形覺剝奪豚鼠血清、鞏膜和視網膜中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，視網膜中DHA、EPA含量升高；形覺剝奪1周后，血清、鞏膜和視網膜中DHA、EPA差異不顯著(圖3)。ω-3 PUFAs灌胃3h后，血清DHA、EPA含量持續升高； 鞏膜DHA含量顯著增加，EPA含量變化不明顯；視網膜DHA、EPA含量無明顯變化(圖4)。這些結果顯示豚鼠在近視發展過程中，血清、鞏膜和視網膜中DHA、EPA水平異常。
圖4.形覺剝奪豚鼠灌胃ω-3 PUFAs后血清、視網膜和鞏膜中DHA、EPA變化水平
04ω-3 PUFAs抑制近視發展中脈絡膜血流量減少-鞏膜缺氧級聯反應
通過光學相干斷層掃描(OCT；圖5A)和OCT血流造影(OCTA；圖5B)技術，觀察灌胃和球旁注射后豚鼠脈絡膜厚度(ChT)和ChBP變化。形覺剝奪和負鏡片誘導后，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，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，存在類似的抑制現象(圖5M, N)。
HSFs影響鞏膜細胞外基質(ECM)重塑及近視的發展過程，通過對HSFs體外缺氧反應的研究，探討DHA和EPA對ECM重塑的潛在影響。缺氧環境下，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能抑制缺氧誘導的膠原蛋白水平下降和α-SMA水平升高(圖6A, C-D)。這些結果表明DHA和EPA在缺氧環境下能抑制肌成纖維細胞轉分化，并恢復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膜進行測定，發現ω-3 PUFAs補充前，過度近距離工作導致脈絡膜血管指數和血管管腔面積顯著下降，脈絡膜血管缺血現象增加；ω-3 PUFAs補充后，脈絡膜血管指數的下降顯著減弱(圖7D-F)。這些結果表明近距離工作導致人類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，同時還抑制了脈絡膜結構、血管系統及鞏膜蛋白含量的變化。ω-3 PUFAs誘導的變化對抑制鞏膜成纖維細胞轉分化、維持正常的鞏膜ECM重塑和抑制近視的發展至關重要。在人類健康受試者中，口服ω-3 PUFAs可緩解持續近距離工作引起的人眼脈絡膜血流減少，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展。
百趣生物為本研究提供了游離脂肪酸靶標代謝組學檢測分析服務，定性定量準，構建物質標準曲線，提供物質的絕對含量；技術成熟穩定、分辨率高、選擇性好；團隊經驗豐富，有專業的研發和數據分析團隊。
文/阿趣代謝組學
發表期刊：PNAS
發表時間：2021年10月
影響因子：11.025
合作客戶：溫州醫科大學附屬眼視光醫院
百趣生物提供服務：游離脂肪酸靶標代謝組學檢測
研究背景
全球近視人口比例不斷增加，近視正成為現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、藥物干預和光學干預，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展的能力，然后觀察DHA和EPA對脈絡膜血流量(ChBP)和鞏膜缺氧的影響及對缺氧培養的人鞏膜成纖維細胞(HSFs)的影響，最后研究ω-3 PUFAs補充劑對近距離工作誘導的人類健康受試者ChBP下降的影響。
研究結果
01每日灌胃ω-3 PUFAs減輕豚鼠、小鼠近視的發展
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展的影響。形覺剝奪誘導近視(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)；負鏡片誘導近視(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鏡片誘導近視的發展。
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展的影響。注射2周后，高劑量DHA組與對照組相比，近視發展程度低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)。這些結果表明 DHA能顯著抑制豚鼠FDM發展。
圖2.每日球旁注射DHA和EPA對FDM豚鼠近視發展的影響
03灌胃ω-3 PUFAs前后，DHA及EPA含量變化情況通過氣相色譜質譜聯用技術測定形覺剝奪豚鼠血清、鞏膜和視網膜中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，視網膜中DHA、EPA含量升高；形覺剝奪1周后，血清、鞏膜和視網膜中DHA、EPA差異不顯著(圖3)。ω-3 PUFAs灌胃3h后，血清DHA、EPA含量持續升高； 鞏膜DHA含量顯著增加，EPA含量變化不明顯；視網膜DHA、EPA含量無明顯變化(圖4)。這些結果顯示豚鼠在近視發展過程中，血清、鞏膜和視網膜中DHA、EPA水平異常。
圖3.形覺剝奪豚鼠血清、鞏膜和視網膜中DHA、EPA變化水平
04ω-3 PUFAs抑制近視發展中脈絡膜血流量減少-鞏膜缺氧級聯反應
通過光學相干斷層掃描(OCT；圖5A)和OCT血流造影(OCTA；圖5B)技術，觀察灌胃和球旁注射后豚鼠脈絡膜厚度(ChT)和ChBP變化。形覺剝奪和負鏡片誘導后，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，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能拮抗缺氧誘導的HSFs轉分化HSFs影響鞏膜細胞外基質(ECM)重塑及近視的發展過程，通過對HSFs體外缺氧反應的研究，探討DHA和EPA對ECM重塑的潛在影響。缺氧環境下，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能抑制缺氧誘導的膠原蛋白水平下降和α-SMA水平升高(圖6A, C-D)。這些結果表明DHA和EPA在缺氧環境下能抑制肌成纖維細胞轉分化，并恢復HSFs中的膠原蛋白水平。
圖6.DHA和EPA對HSFs缺氧反應的影響
06ω-3 PUFAs可緩解持續近距離工作誘導的人體ChBP下降對人類健康受試者近距離工作后的脈絡膜進行測定，發現ω-3 PUFAs補充前，過度近距離工作導致脈絡膜血管指數和血管管腔面積顯著下降，脈絡膜血管缺血現象增加；ω-3 PUFAs補充后，脈絡膜血管指數的下降顯著減弱(圖7D-F)。這些結果表明近距離工作導致人類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膜的影響
結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，同時還抑制了脈絡膜結構、血管系統及鞏膜蛋白含量的變化。ω-3 PUFAs誘導的變化對抑制鞏膜成纖維細胞轉分化、維持正常的鞏膜ECM重塑和抑制近視的發展至關重要。在人類健康受試者中，口服ω-3 PUFAs可緩解持續近距離工作引起的人眼脈絡膜血流減少，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展。
百趣生物為本研究提供了游離脂肪酸靶標代謝組學檢測分析服務，定性定量準，構建物質標準曲線，提供物質的絕對含量；技術成熟穩定、分辨率高、選擇性好；團隊經驗豐富，有專業的研發和數據分析團隊。
文/阿趣代謝組學
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