豚鼠近视进展中ON与OFF刺激对近视进展的差异性调控

《Eye and Vision》：Differential regulation of myopia progression by ON and OFF stimulation in guinea pigs

　　

摘要 背景：在哺乳动物模型中，视网膜ON与OFF通路刺激对透镜诱导性近视（Lens-Induced Myopia, LIM）的影响尚不清楚。本研究探讨了豚鼠LIM发展过程中，人工动态ON与OFF刺激所引发的屈光、脉络膜及多巴胺（Dopamine, DA）相关反应。 方法：将63只豚鼠随机分为ON、OFF及自然对照（Natural Control, NC）刺激组，每日干预12小时，持续7天。采用-4.0 D单眼透镜诱导LIM。分别于治疗前后评估屈光度、眼轴长度（Axial Length, AL）、脉络膜厚度（Choroidal Thickness, ChT）及脉络膜血流灌注（Choroidal Blood Perfusion, ChBP）。采用高效液相色谱（High-Performance Liquid Chromatography, HPLC）测定DA及其代谢物，计算眼间差异，并基于生物信息学分析，利用液相色谱-串联质谱（Liquid Chromatography–Tandem Mass Spectrometry, LC–MS/MS）分析脉络膜蛋白质组。 结果：与NC及OFF刺激相比，ON刺激显著减少了近视漂移（Δ屈光度：-2.13±0.40 D vs. -4.03±0.35 D及-3.98±0.50 D；均P<0.01）。各组间AL无显著差异。OFF刺激独特地保留了ChBP（ΔChBP：0.51%±2.18%），与ON（-6.11%±1.76%，P=0.0330）及NC（-7.78%±1.44%，P=0.0057）存在显著差异。OFF刺激亦显示出较少的脉络膜变薄（ΔChT：-3.06±2.23 μm），相较于NC（-12.35±2.7 μm，P=0.0171）。在非透镜眼，ON刺激产生的ChBP高于NC或OFF，且所有条件下ChT变化与ChBP均呈正相关（P<0.0001）。ON组视网膜3,4-二羟基苯乙酸（3,4-Dihydroxyphenylacetic Acid, DOPAC）水平显著高于NC组（17.65±12.67 vs. -25.75±9.23，P=0.0095）。玻璃体DA标志物组间无显著差异。蛋白质组学分析揭示了ON、OFF及NC组独特的脉络膜重塑特征：ON刺激伴随最少数量的差异表达蛋白，胶原及原纤维蛋白表达模式相对保留；而NC下表现为明显的细胞外基质（Extracellular Matrix, ECM）耗竭，OFF刺激下则表现为ECM的过度代偿性上调。 结论：ON与OFF刺激差异性调控近视的眼反应。ON刺激与减弱的近视漂移及升高的视网膜DOPAC水平相关，提示DA代谢增强。OFF刺激与保留的ChT及ChBP相关，伴随ECM组分的上调。这些发现提示，有效的近视控制策略可能需要协调激活ON与OFF通路介导的机制。

论文解读：豚鼠近视进展中ON与OFF刺激的差异性调控

研究背景与意义

近视全球患病率预计到2050年将影响近48亿人，是重大公共卫生问题。目前，近距离工作与近视的关联尚存争议，而视觉行为通过视网膜ON与OFF通路差异性地影响眼发育逐渐成为研究焦点。ON通路偏好对亮度快速增加响应，OFF通路偏好对亮度快速减少响应。既往人类及鸡模型研究显示，短时ON刺激（如暗底亮字）可增加脉络膜厚度（ChT）并短暂缩短眼轴，OFF偏向刺激（亮底暗字）则引起脉络膜变薄。然而，在哺乳动物模型中，ON/OFF动态刺激对透镜诱导性近视（LIM）的长期屈光、脉络膜及多巴胺（DA）轴的影响尚未明确。豚鼠是常用的哺乳类近视模型，其脉络膜血流（ChBP）及结构变化被认为主动参与屈光调控。因此，研究人员开展此项研究，探讨人工动态ON与OFF刺激如何在7天LIM模型中差异化调节屈光度、眼轴、ChT、ChBP、视网膜DA代谢及脉络膜蛋白质组重塑，为近视防控的新视觉刺激策略提供机制依据。论文发表于《Eye and Vision》。

主要关键技术方法概括

研究人员选用63只3周龄豚猪，随机分入ON、OFF及自然对照（NC）组（n=21/组）。采用-4.0 D单眼透镜诱导LIM，对侧眼为内对照。每日8:00–20:00给予对应动态视觉刺激（~1 Hz锯齿波明度调制，～150 lx，笼壁显示器），其余时间全暗。基线及第7天测量屈光度（红外验光）、眼轴长度（A超）、ChT及ChBP（EDI-OCT/OCTA）。组织取材后在光照周期统一时间点分离视网膜、玻璃体及脉络膜。视网膜与玻璃体DA及代谢物（DOPAC、HVA）用HPLC-电化学检测定量。脉络膜蛋白质组用SDT裂解-FASP酶解-LC–MS/MS（timsTOF Pro）进行非标定量，MaxQuant处理，DEP包与clusterProfiler做差异与富集分析。统计用ANOVA、Tukey事后检验及Pearson相关。

研究结果

差异生物测量参数

经过7天-4.0 D透镜佩戴，所有透镜眼较对照眼出现显著近视化。基线组间及眼间对称无差异。以Δ=透镜眼变化-对照眼变化计算干预净效应：ON组Δ屈光度（-2.13±0.40 D）显著小于NC（-4.03±0.35 D，P=0.0068）及OFF（-3.98±0.50 D，P=0.0086），提示ON刺激减缓近视漂移；OFF与NC无差异。各组Δ眼轴（AL）无显著差异（ON 0.085±0.013 mm vs. NC 0.087±0.018 mm、OFF 0.093±0.034 mm，均P>0.97），但NC组内ΔAL与Δ屈光呈中度负相关（R2=0.366，P=0.0037）。对于脉络膜，OFF组ΔChT（-3.06±2.23 μm）显著薄于NC（-12.35±2.70 μm，P=0.0171），ON组中间值（-7.94±1.98 μm）与两者均无显著性。ChBP方面，OFF组ΔChBP（0.51%±2.18%）相对保留，显著不同于ON（-6.11%±1.76%，P=0.0330）及NC（-7.78%±1.44%，P=0.0057），ON与NC无差异。跨条件Pearson分析显示ΔChT与ΔChBP显著正相关（ON: R2=0.548, P=0.0001; NC: R2=0.600, P<0.0001; OFF: R2=0.727, P<0.0001），证实结构-血管耦合。

近视中DA及其代谢物随视觉刺激的变化

玻璃体DA、DOPAC、HVA的Δ值组间无统计学显著差，ON组HVA下降较少（-4.82±1.79 vs. NC -11.35±2.49、OFF -10.63±2.33 ng/g湿重，P>0.10）。视网膜层面，ON组ΔDOPAC（17.65±12.67 ng/g湿重）显著高于NC（-25.75±9.23，P=0.0095），OFF中间值（-5.59±6.95）与两者无显著差异。视网膜DA及HVA各组成趋势性升高或保留（ON、OFF较NC），但未达显著。结果提示ON刺激增强视网膜DA周转（升高DOPAC），而非单纯增加储存。

两种视觉刺激间脉络膜蛋白的差异

脉络膜蛋白质组共鉴定8306种蛋白，LIM下共490个差异表达蛋白（DEPs）。ON组126个DEPs（67上/59下），OFF组203个（112上/91下），NC组225个（108上/117下）。火山图与热图显示：ON组原纤维蛋白2（FBN2）、IV型胶原α4链（COL4A4）、NRas显著下调；OFF组COL4A4、Contactin Associated Protein Like 2、NOL7、FBN2显著上调；NC组FBN2、B3GNT2、COL4A4最低表达。

视觉刺激间的脉络膜胶原差异

GO与KEGG显示所有组DEPs富集于细胞外基质（ECM）/外包被结构。ON与NC差异主要由下调DEPs驱动，OFF主要由上调DEPs驱动。ON下调DEPs富集于血管发育正调控等生物学过程（BP）；OFF上调DEPs富集于ECM组装、胶原生物合成过程；NC下调DEPs富集于相机型眼发育、TGF-β刺激应答调控。KEGG共同涉及蛋白消化吸收、AGE–RAGE糖尿病并发症信号。胶原热图显示：NC下近视眼COL4、COL8、FBN2明显下调，ON与OFF相对保留或上调，其中OFF呈明显代偿性上调。

讨论总结与结论翻译

研究人员讨论指出，ON刺激选择性减弱近视屈光漂移，OFF刺激选择性保留脉络膜稳态，体现通路特异性。ON刺激提升视网膜DOPAC，与既往ON通路完整利于DA周转、抑制眼过度生长一致。屈光保护未伴显著AL差异，或涉及角膜/晶状体非轴性机制。OFF虽无屈光保护，但通过ECM代偿（COL4、COL8、FBN2上调）维持ChT及ChBP，提示脉络膜结构保护可独立于DA代谢及屈光结局存在。物种与协议差异可能解释与鸡模型7天刺激结果的部分不同。时间采样点在7天稳态，早期DA动态待进一步研究。局限性包括单眼对照的顺应性生长潜在保守估计、刺激未电生理直接验证、分子机制链路未因果确定及种属外推需非人灵长类验证。

研究结论部分翻译

本研究表明，人工动态ON与OFF刺激可修饰豚鼠的屈光度、眼轴、ChBP、脉络膜胶原/原纤维蛋白表达及视网膜DA释放。ON刺激主要与近视漂移减弱及视网膜DOPAC升高相关，提示DA代谢增强；OFF刺激主要与ChT及ChBP保留相关，伴随ECM组分上调。这些发现提示，有效的近视控制策略可能需要协调参与ON与OFF通路介导的机制。