Opsin 5介导紫光加速哺乳动物角膜伤口愈合的分子机制与治疗潜力

本研究针对角膜损伤修复缓慢易致盲的临床难题，发现机械损伤可诱导角膜瞬时表达紫光敏感视蛋白OPN5，通过激活MAPK/ERK信号通路调控Per2、Egr1等基因表达，显著加速小鼠和非人灵长类角膜上皮再生。该成果发表于《Cell Reports》，为开发基于光调控的角膜创伤治疗新策略提供了关键靶点。

　　

透明的角膜作为眼球最外层的"窗口"，时刻暴露在各种外伤风险中。据统计，每年有1.5%的人会遭遇角膜擦伤，急诊病例中3%与眼外伤相关。角膜上皮的快速修复对维持透明性和视觉功能至关重要，若修复延迟可能导致感染、瘢痕形成甚至失明。然而目前临床尚缺乏有效促进角膜修复的靶向治疗方法，这成为眼科领域亟待解决的难题。

美国华盛顿大学医学院眼科系的研究团队在《Cell Reports》发表突破性研究，发现角膜损伤后会"临时启用"一套古老的光感应修复系统。研究人员通过小鼠和非人灵长类实验证实，机械损伤可诱导角膜瞬时表达紫光敏感视蛋白OPN5，这种特殊的光感受器能激活细胞内信号通路，显著加速上皮再生过程。这一发现为开发无创光调控疗法提供了全新思路。

研究采用多学科技术方法：通过Algerbrush建立标准化角膜上皮刮除模型；利用Opn5Cre/+;Ai14转基因小鼠进行谱系追踪；采用器官培养系统维持离体角膜活性；通过RNA测序分析光调控基因表达谱；借助Western blot检测ERK1/2磷酸化水平；使用免疫荧光标记角膜细胞类型。所有实验均设置野生型与Opn5基因敲除小鼠的平行对照。

Opn5在损伤角膜中的动态表达
研究发现健康角膜几乎不表达OPN5，但机械刮除上皮6小时内即可检测到Opn5转录本，12小时达到峰值，72小时回落至基线。通过Opn5Cre/+;Ai14报告小鼠可见，表达OPN5的细胞最初位于基底上皮层，随后扩散至全层上皮和浅基质层。这种瞬时表达模式提示角膜仅在修复期"临时获得"光敏感性。

紫光激活OPN5依赖的信号通路
415nm紫光照射可显著增加损伤角膜中ERK1/2的磷酸化，这种效应在Opn4^-/-; Pde6b^rd1/rd1盲鼠中依然存在，但在Opn5^-/-小鼠中完全消失，证实OPN5是角膜自主光感应的关键介质。RNA测序显示紫光可上调Per2、Egr1等时钟基因和早期生长反应基因，同时调控整合素信号和细胞外基质相关基因表达。

光调控加速角膜上皮再生
离体培养实验中，野生型角膜在光暗循环条件下修复速度比持续黑暗快2天；而Opn5^-/-角膜则完全丧失修复能力。引人注目的是，每日仅需2小时紫光脉冲即可达到与持续光照相当的促修复效果。在体实验进一步证实，紫光照射使小鼠角膜24小时内完成再上皮化，而Opn5缺陷小鼠需要4天且伴有异常修复。

非人灵长类的转化医学价值
研究在食蟹猴角膜中重复出与小鼠一致的结果：损伤后Opn5表达上调100倍，415nm紫光特异性诱导ERK磷酸化，光暗循环使上皮再生时间从4天缩短至2天。这种跨物种保守性强烈提示OPN5光感受系统在人类角膜中可能具有相同功能。

这项研究首次揭示角膜具有"按需启用"的光感受修复机制：损伤诱导OPN5表达，通过紫光激活MAPK等信号通路，协调细胞增殖、迁移和基质重塑，最终加速伤口闭合。从进化角度看，OPN5作为哺乳动物最保守的视蛋白，其光调控功能可能帮助生物体协调修复过程与昼夜节律。临床转化方面，该发现为角膜溃疡、化学伤等难愈性创面提供了非侵入性治疗新靶点，未来或可通过优化紫光照射参数开发便携式角膜治疗仪。值得注意的是，OPN5在黑暗中也表现出基础活性，提示其可能具有光依赖和非依赖的双重功能，这为理解GPCR的多态性提供了新视角。