編者按

視網(wǎng)膜退行性病變是影響全球數(shù)百萬人的主要失明原因，其特征是視網(wǎng)膜的逐步損傷和細胞死亡。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，也可能導致視網(wǎng)膜退化損傷。

量子點是一種半導體納米材料，通常直徑范圍在2到20納米。這些獨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、光探測器、光伏、顯示、生物成像和生物醫(yī)學等應用中極具潛力。根據(jù)Global Info Research的報告，2021年全球量子點產(chǎn)品的收入約為45.562億美元，預計到2028年將增長至255.7億美元。隨著廣泛應用，量子點將普遍存在于制造車間、消費品、醫(yī)療設備，尤其是眼科藥物中。然而，目前關于包括量子點在內的顆粒物對視網(wǎng)膜的影響常常被忽視。

今天，我們分享2024年10月17日由廈門大學何承勇、左正宏團隊發(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”，該研究報告了量子點（QDs）對視覺系統(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險，為顆粒物引起的視覺發(fā)育損傷的作用機制提供了新見解。

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)表時間：2024年10月17日

作者：何承勇、左正宏等

單位：廈門大學等

01、研究成果

在本研究中，作者利用斑馬魚（Danio rerio）模型研究了量子點對眼睛發(fā)育的影響及其機制。斑馬魚是一個優(yōu)秀的眼科脊椎動物模型。受精后72小時（hpf），斑馬魚的視網(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；而眼睛的完整結構及光學反應在168 hpf形成。首先篩選了多種量子點，發(fā)現(xiàn)金屬類量子點會引起斑馬魚視網(wǎng)膜退行性損傷的發(fā)生，其中InP/ZnS量子點的毒性效應最為顯著。因此，作者將InP/ZnS量子點作為代表進行重點研究。

作者利用熒光成像、拉曼光譜以及質譜成像等技術，證明量子點吸附富集到斑馬魚眼睛部位。隨后，剝離視網(wǎng)膜采用Bulk RNA轉錄組測序和單細胞RNA測序（scRNA-seq）以及標記視網(wǎng)膜不同結構的轉基因斑馬魚進行共聚焦成像、光片成像等，進一步發(fā)現(xiàn)量子點暴露會導致視網(wǎng)膜各類群細胞數(shù)量改變，尤其是感中長波的視錐感光細胞（PR-RGB）數(shù)量增多，而感短波的視錐感光細胞（PR-UV）數(shù)量減少。

圖1 

由于視網(wǎng)膜色素上皮細胞（RPE）的主要功能是負責吞噬受損的感光細胞膜盤，所以作者聚焦到RPE細胞。利用斑馬魚和人RPE細胞系，發(fā)現(xiàn)量子點引起RPE細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引起的斑馬魚視網(wǎng)膜退行性損傷。

進一步，作者聚焦到RPE細胞顯著改變的更上游的剪接體通路，通過CRISPR/Cas9技術敲除prpf8剪接體因子后，發(fā)現(xiàn)其也會引起類似量子點暴露造成的斑馬魚視網(wǎng)膜退行性損傷的表型。反之，顯微注射高表達prpf8能挽救由量子點引起的斑馬魚視網(wǎng)膜退行性損傷的發(fā)生。

prpf8剪接體因子是如何介導RPE細胞鐵死亡和線粒體自噬的呢？作者繼續(xù)探索發(fā)現(xiàn)，量子點暴露導致prpf8表達降低后，介導了gpx4b mRNA的剪接和成熟減少，GSH含量隨著下降。敲除gpx4b也會引起視網(wǎng)膜退行性損傷，過表達則可以挽救量子點引起的視網(wǎng)膜發(fā)育損傷；而直接補充GSH，也完全挽救。

圖2

02、編者點評

綜上所述，以上研究闡明量子點被視網(wǎng)膜外RPE細胞內吞后，通過抑制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，進一步導致斑馬魚視網(wǎng)膜退行性損傷。本研究為顆粒物對視覺發(fā)育的影響及其機制提供了新認知，也為未來納米顆粒的安全使用提供了科學指導。

作為健康美麗產(chǎn)業(yè)CRO服務開拓者與引領者、斑馬魚生物技術的全球領導者，環(huán)特生物搭建了“斑馬魚、類器官、哺乳動物、人體”多維生物技術服務體系，開展健康美麗CRO服務、科研服務、智慧實驗室搭建三大業(yè)務。目前，環(huán)特已建立200多種斑馬魚模型，胃癌、腦類器官、心臟類器官及各種腫瘤類器官培養(yǎng)平臺，歡迎有需要的讀者垂詢！