白内障和晶体蛋白

我们通常认为白内障是生活在发展中国家的人们所面临的问题，所以你可能会惊讶地发现，每年在英国大约有12万人接受白内障手术……

虽然白内障是由多种情况引起的，但最常见的原因是自然老化过程。其他原因包括受伤、慢性眼病和糖尿病等疾病。超过一半的65岁以上的人都有一定程度的白内障发展，白内障的发展可能需要几个月到几年的时间。

一个。无白内障眼		b。白内障眼
图1 *

白内障是眼睛中被称为晶状体的部分浑浊当眼内的透明晶状体混浊时，就会形成白内障。晶状体是眼睛的一部分，负责聚焦光线并产生清晰、锐利的图像，它被封装在一个密封的胶囊中。它是一种非凡的结构，含有高浓度的一些体内寿命最长的蛋白质。事实上，你出生时晶状体中的蛋白质会伴随你的一生。随着时间的推移或受到外部损伤，这些蛋白质可能会开始聚集在一起，导致晶状体混浊，使图像看起来模糊或模糊。这会导致视力受损或失明，甚至可能发生在婴儿期和幼儿期。目前还没有有效的药物来预防或治疗白内障，但这个问题可以通过手术治愈。因此，开发新的白内障治疗方法是非常必要的，但目前由于我们对晶状体细胞中白内障形成的过程和这种疾病在分子水平上的潜在原因的不完全了解而阻碍了这一点。

眼睛的晶状体晶状体是一种器官，值得注意的是，它在生物体的一生中保留了所有的细胞。它被包裹在胶原蛋白胶囊中，浸泡在液体中，因此完全无血管(缺乏血管)。构成晶状体结构大部分的晶状体纤维细胞处于有丝分裂后，分化过程包括细胞核在内的所有细胞器的完全移除，使这些纤维细胞无法合成蛋白质、DNA复制和RNA转录。虽然体内还有许多其他有丝分裂后的细胞同样长寿，但没有一个能在没有这些关键细胞器的情况下存活几十年。晶状体纤维细胞失去了大部分内部结构，可以认为是一个充满蛋白质的“麻袋”，其中松散的液体状蛋白质排列使其透明(见图2）.

图2-眼睛的晶状体

眼睛的晶状体不仅包含生物体中一些最古老的细胞，而且还包含最古老的蛋白质，因为在个体的一生中，晶状体核的中心没有蛋白质更新。因此，对晶状体蛋白的稳定性和寿命都有要求，其中大多数属于一个叫做晶体蛋白的单一蛋白质家族。(这些蛋白质被称为“晶体蛋白”，因为古希腊人认为晶状体的外观“像冰一样”)。这种极端的生物学情况导致了非常稳定的蛋白质的选择，也导致了晶状体中蛋白质伴侣的富集。“伴侣”一词从维多利亚时代的护送中借用而来，顾名思义，指的是这些蛋白质与其他蛋白质结合的能力。高温、氧化和重金属暴露等应激条件会导致蛋白质不稳定，从而导致聚集和沉淀;伴侣蛋白识别并结合这些非天然蛋白质构象，防止异常的蛋白质相互作用。

图3-蛋白质伴侣

在晶状体中高水平表达的主要蛋白伴侣是a-晶体蛋白，它们可能通过与未折叠的蛋白结合，通过形成稳定的复合物来防止沉淀，从而在晶状体中发挥保护作用。因此，沉淀物对白内障形成的任何潜在影响都可以最小化。因此，晶状体似乎装备精良，可以处理任何可能形成并扰乱其特性的异常形式的蛋白质。然而，遗传性或散发性晶状体白内障的形成可使晶状体功能丧失(见图3）.

晶体蛋白突变与白内障有关

一个多世纪以前，g-结晶蛋白被认为是晶状体的主要蛋白质，在小鼠和人类身上发现了导致白内障的g-结晶蛋白基因的几种突变。在初步工作中，Cait的小组(在一项涉及英国和海外团队的主要研究工作中)已经证明，在具有g-晶状体突变形式的小鼠中，白内障的形成是由于被称为淀粉样原纤维的晶体结构的形成。淀粉样蛋白原纤维是医学界众所周知的非常稳定的蛋白质聚集体:它们与包括阿尔茨海默病和ii型糖尿病在内的多种疾病有关。在突变小鼠的情况下，晶状体纤维细胞通常呈液体状的“麻袋”变得富含纤维聚集体(见图4)。尽管淀粉样原纤维在阿尔茨海默病等疾病中的作用尚不清楚，但在白内障的情况下，聚集体最有可能的作用只是散射光线，导致晶状体雾蒙蒙。

图4-由突变的g-晶体蛋白形成淀粉样蛋白原纤维

未来研究目标

然而，白内障并不仅仅发生在晶体蛋白突变的人(或老鼠)身上。事实上，绝大多数白内障都与年龄有关，似乎与遗传突变没有任何关系。Cait的研究小组现在正致力于发现“正常的”眼晶状体蛋白——我们大多数人的晶状体中的蛋白质——是否也能形成这些淀粉样蛋白原纤维。这是一个可行的假设，因为已知许多与白内障有关的环境因素——糖尿病、紫外线照射、接触化学物质——也会改变蛋白质的结构，从而可能推动纤维聚集体的形成。如果情况确实如此，那么与年龄有关的白内障可以被归入淀粉样蛋白疾病家族，许多正在研究的预防淀粉样蛋白纤维形成的治疗策略，如阿尔茨海默病，也可能对白内障患者有用。

关于作者:

Cait MacPhee博士是剑桥大学卡文迪什实验室的生物物理学家和皇家学会大学研究员。

Karen Smith博士是剑桥大学企业联络办公室(CLO)的神经解剖学家和生命科学业务发展经理。

确认:

*由圣卢克白内障和雷泽研究所提供