近日，浙江大学医学院附属第二医院眼科中心、浙江大学眼科医院姚克教授团队在生命科学领域权威期刊nature子刊《npj Regenerative Medicine》（影响因子10.364）发表题为“Modeling Congenital Cataract in Vitro using Patient-Specific Induced Pluripotent Stem Cells”的研究论文。该研究将不同基因突变的先天性白内障患者来源的诱导多能干细胞（iPSCs）诱导分化成再生晶状体，发现与健康个体来源的再生晶状体相比，患者特异性再生晶状体均表现出不同程度的混浊，且其混浊程度、蛋白聚集程度、混浊发展进程等均与患者白内障严重程度及病程一一对应。本研究在世界范围内首次建立了能够模拟患者特异性表型的先天性白内障体外疾病模型，为今后开展白内障机制研究及药物筛选提供了理想平台。
先天性白内障是儿童首位致盲性眼病。迄今为止，手术是唯一公认有效的治疗手段，但难以完全避免并发症的出现，且也给患者和社会带来较重负担。因此，明确先天性白内障病理机制、探索新兴治疗策略是当前领域的研究重点和热点。然而，以往的相关研究主要借助细胞模型或动物模型，前者无论在形态、结果、生物化学特征方面均与人晶状体有较大差距，而后者则受限于其与人类之间的遗传背景差异，且存在研究周期长、获得点突变模型难度大等缺陷。
为了打破这一领域瓶颈，浙大二院眼科中心姚克教授、傅秋黎副研究员团队开展了长期深入的研究，一方面独创“荷包蛋法”，将人尿路上皮细胞来源的iPSCs体外诱导分化成具有与人晶状体类似外观、结构光学功能和发育过程的透明再生晶状体，该方法被国内外同行誉为“迄今为止世界上最完善的再生晶状体诱导方法”，相关成果发表于眼科领域Top期刊IOVS（影响因子4.799），并在此基础上通过氧化处理模拟老化过程，成功建立了世界上首个人源性年龄相关性白内障体外模型，相关论文发表于生理学领域Top期刊Journal of Cellular Physiology（影响因子6.384）；另一方面成功鉴定并在全球首次报道先天性白内障新突变位点24个，占目前所有先天性白内障新突变的1/30，大大拓宽了现有的先天性白内障突变谱。
△ 通讯作者：姚克教授，第一作者：傅秋黎副研究员、秦祯蔚博士
△ 通讯作者：姚克教授、傅秋黎副研究员，第一作者：秦祯蔚博士、张丽芳博士
△“荷包蛋”法体外再生晶状体模型的建立
近日发表于《npj Regenerative Medicine》的这项研究是上述工作的进一步延续与拓展。
研究团队选取了两个分别带有热点基因突变（CRYGD[P24T]和CRYBB2[Q155X]）且白内障严重程度及病程特征迥异的的先天性白内障遗传家系，通过“荷包蛋法” 分别将不同家系患者尿液上皮细胞来源的iPSCs体外诱导分化成再生晶状体，对其外观、形态、光学特性等进行了分析研究，结果显示，相比于健康个体来源的透明再生晶状体，患者来源的再生晶状体均出现明显混浊，且其混浊程度及形态特征与患者白内障外观具有高度一致性。
该研究也围绕白内障的关键病理改变——蛋白聚集进行了检测分析，发现与健康个体来源的透明再生晶状体相比，患者来源再生晶状体中的不可溶蛋白含量及蛋白聚集体均显著增加，且其程度与再生晶状体混浊程度以及患者白内障严重程度呈正相关。此外，研究团队还发现患者来源再生晶状体的分化过程也在一定程度上与患者的病程特征相对应。
△ 患者来源再生晶状体与患者白内障形态高度相似
△ 患者来源再生晶状体蛋白聚集程度及分化过程与患者白内障表型相对应
这一研究克服了以往先天性白内障疾病模型的局限性，首次建立了既具有患者特异性遗传背景又可全面模拟患者特异性白内障特征的疾病模型，为先天性白内障的疾病机制探索和药物筛选研究提供了重要平台。
研究团队
浙大二院眼科中心姚克教授、傅秋黎副研究员为本文通讯作者，吕丹旎博士为本文第一作者。团队主要成员还包括秦祯蔚博士、张丽芳博士等人。研究工作还得到了清华大学生命科学院膜生物国家重点实验室、浙江大学医学院组织工程与再生医学重点实验室、多伦多大学Lunenfeld-Tanenbaum研究所等的大力支持。该研究也得到了中国科学院战略性先导科技专项、国家自然科学基金、浙江省重点研发项目以及浙江省自然科学基金等资助。
作者介绍
吕丹旎
医学博士，主治医师
毕业于浙江大学医学院，导师：姚克教授。长期致力于白内障病理机制及新型治疗策略、环境污染与眼表疾病等领域的研究，发表SCI论文20余篇，其中以第一作者在npj Regenerative Medicine，American Journal of Ophthalmology, The Ocular Surface，Environmental Pollution等学术期刊发表多篇论文，作为负责人主持国家自然科学基金1项，浙江省自然科学基金1项，参与多项国家自然科学基金、浙江省科技厅重点研发计划等国家及省部级项目。
傅秋黎
博士，副研究员，硕士生导师
浙江大学眼科医院实验室副主任，比利时鲁汶大学获得博士学位。主要研究领域为以再生晶体为模型探索白内障病理机制、新型治疗手段及药物靶点，环境污染与眼部疾病的关系、病理机制及特异性治疗的探索，以第一及通讯作者在眼科学、再生医学、环境学权威杂志npj Regenerative Medicine，IOVS，Ocular Surface，Environmental Pollution，Chemosphere等杂志发表SCI论文20多篇，获浙江大学医学院临床拔尖人才资助，近年来先后承担国家自然科学青年、面上，浙江省科技厅重点研发计划等国家及省部级项目。
姚克
教授，主任医师，博士生导师
浙江大学眼科医院院长、浙江大学眼科研究所所长、浙江大学医学院附属第二医院眼科中心主任。国际眼科科学院院士、浙江省特级专家。中华医学会眼科学分会主任委员，亚太白内障及屈光手术学会候任主席，国际眼科理事会常务理事，亚太眼科学会中国区负责人，亚太眼科学院理事，国际人工晶状体植入俱乐部会士，中华医学会常务理事，中国医师协会常务理事，中华眼科杂志主编，全国白内障学组组长，浙江省科协主席，浙江省医学会会长。全国先进工作者、五一劳动奖章获得者、国家有突出贡献中青年专家、全国“大医精诚”先进个人、全国医德标兵、中国医师奖获得者。以第一获奖人获3项国家科技进步二等奖、3项浙江省科技进步一等奖、10余项省科技重大贡献奖等省部级奖和瑞士眼科Alfred-Vogt奖、国际眼科理事会Mark Tso金苹果奖、亚太白内障及屈光手术学会金奖、意大利眼科学会Antonio Scarpa奖、国际讲座奖等。发表学术论文470篇，其中SCI收录256篇，获7项国家发明专利，并先后获得国家自然科学基金重点项目、 “十一五”及“十二五”国家支撑项目和国家基金重点和面上项目等国家及省部级重大项目30余项。
原文链接：https://doi.org/10.1038/s41536-021-00171-x