Der Handel mit Immunzellen vor der Hyperglykämie liegt der subklinischen diabetischen Kataratogenese zugrunde Zusammenfassung Hintergrund Diese Arbeit klärt die ersten zellulären und molekularen Ursachen der Kataratogenese. Das aktuelle Paradigma geht davon aus, dass ein erhöhter Blutzuckerspiegel eine Voraussetzung für die diabetische Kataratogenese ist. Neue Erkenntnisse in unserem diabetischen Kataraktmodell stellen diese Annahme in Frage und führen die Migration von Immunzellen zur Linse und die epithelial-mesenchymale Transformation (EMT) von Linsenepithelzellen (LEC) als zugrunde liegende Ursachen an. Methoden Der Mangel an geeigneten Tiermodellen hat mechanistische Studien zum diabetischen Katarakt erschwert, da die meisten Studien traditionell an akut induzierten hyperglykämischen Tieren durchgeführt wurden. Wir führten den diabetischen Katarakt bei der Nilgrasratte (NGR) ein, die spontan Typ-2-Diabetes (T2D) entwickelt, und zeigten, dass sie dem menschlichen Zustand nahe kommt. Eine spezielle stereoskopische Mikroskopie mit doppelter Hellfeldbeleuchtung zeigte neue punktförmige hyperreflektive Mikroläsionen in den inneren kortikalen Regionen der Linse. Um die Migration von Immunzellen zur Linse zu untersuchen, haben wir eine einzigartige Technik der In-situ-Mikroskopie des inneren Augapfels in Kombination mit Immunhistochemie entwickelt. Ergebnisse Im Gegensatz zum bestehenden Paradigma gingen bei etwa der Hälfte der Tiere die neu eingeführten hyperreflektiven punktförmigen Mikroläsionen einer Hyperglykämie voraus. Obwohl die Tiere normoglykämisch waren, fanden wir signifikante Veränderungen in ihrem oralen Glukosetoleranztest (OGTT), was auf das prädiabetische Stadium hinweist. Die Mikroläsionen gingen mit einer erheblichen Migration von Immunzellen von den Ziliarkörpern zur Linse einher, wie unsere neuartige In-situ-Mikroskopietechnik zeigte. Immunzellen hafteten an der Linsenoberfläche, einige passierten die Linsenkapsel und kolokalisierten mit apoptotischen Kernen von Linsenepithelzellen (LECs). Extrazellulärer Abbau, Ansammlungen von amorphem Material und Veränderungen der E-Cadherin-Expression zeigten eine epithelial-mesenchymale Transformation (EMT) in LEC. Anschließend weiteten sich der Zerfall der Linsenfasern und das Fortschreiten des Katarakts auf kortikale, hintere und vordere subkapsuläre Katarakte aus. |
Abbildung : Neue Technologien zur Kataraktaufnahme. Ein Schema der doppelten Beleuchtung, die für die stereomikroskopische Visualisierung der neuen hyperreflektiven Mikroläsionen erforderlich ist. B Hellfeldaufnahme der ersten in vivo nachweisbaren Mikroläsionen bei diabetischem Katarakt im Punktringstadium. C Stereomikroskopie von CEP zusammen mit den hyperreflektiven Mikroläsionen (Pfeil). D Fehlender Kontrast für punktförmige Mikroläsionen bei der Spaltlampen-Biomikroskopie. E Überblick über die neuartige Technik der vorderen Halbkugelmikroskopie zur Abbildung intakter Zonula in ihrer ursprünglichen Position. Externe Beleuchtungsgeräte in Kombination mit Epifluoreszenzmikroskopie liefern ein kombiniertes 3D-Bild von Ziliarkörpern, Zonula und wandernden Zellen.
Schlussfolgerungen
Unsere Ergebnisse belegen eine neuartige Rolle von Immunzellen bei der Transformation und dem Tod von LEC. Die Tatsache, dass die Kataraktbildung der Hyperglykämie vorausgeht, stellt das vorherrschende Paradigma in Frage, dass Glukose die Pathogenese initiiert oder für die Initiierung dieser Krankheit notwendig ist.
Neue Erkenntnisse zeigen, dass die molekularen und zellulären Komplikationen von Diabetes bereits im prädiabetischen Zustand beginnen. Diese Ergebnisse haben absehbare Auswirkungen auf die Früherkennung, Prävention und die Entwicklung neuer Behandlungsstrategien bei Patienten mit Diabetes.
Kommentare
Die neuen Erkenntnisse von Forschern des Brigham and Women’s Hospital, einem Gründungsmitglied des Mass General Brigham-Gesundheitssystems, widersprechen früheren Vorstellungen über die Rolle von Zucker bei der Entstehung diabetischer Katarakte. Anhand eines Tiermodells, das Typ-2-Diabetes beim Menschen genauer nachbildet, fand das Forschungsteam frühe Anzeichen einer Schädigung des Auges vor dem Ausbruch von Typ-2-Diabetes, was darauf hindeutet, dass diabetische Komplikationen bereits im prädiabetischen Zustand beginnen können. . Die Ergebnisse werden im Journal of Biomedical Science veröffentlicht .
Eine Gefahr im wissenschaftlichen Prozess besteht nicht darin, dass eine Theorie falsch sein kann, sondern darin, dass sie als selbstverständlich angesehen wird, wenn sie logisch erscheint, und nicht durch neue Experimente in Frage gestellt wird“, sagte Ali Hafezi-Moghadam, MD, PhD, Direktor von Molecular Biomarkers Nano . -Imaging Laboratory (MBNI) in der Brigham-Abteilung für Radiologie und außerordentlicher Professor an der Harvard Medical School. „Die Beweise, die wir hier gesammelt haben, stellen die seit langem vertretene Theorie des diabetischen Katarakts in Frage und fordern uns auf, das aktuelle Dogma, auf das man sich zur Erklärung des mit Diabetes verbundenen Katarakts stützt, noch einmal zu überdenken.“
Katarakte, die Trübung der Augenlinse, sind weltweit die häufigste Erblindungsursache und eine häufige Komplikation von Typ-2-Diabetes. Die aktuelle Hypothese hinter der Entstehung diabetischer Katarakte heißt „Zuckerhypothese“ und legt nahe, dass hoher Blutzucker, ein Kennzeichen von Diabetes, der Entstehung von Katarakten vorausgeht. Die der Zuckerhypothese zugrunde liegenden Arbeitsannahmen beschreiben, dass höhere Glukosespiegel in der Linse von Menschen mit Diabetes in ein Zuckeralkoholmolekül namens Sorbit umgewandelt werden, das strukturelle Veränderungen in der Augenlinse hervorruft, die der Entwicklung von Katarakten vorausgehen. Auch wenn diese Theorie nicht bewiesen ist, untersuchen Forscher sie aufgrund der behandelbaren Natur von Katarakten nur selten weiter.
Hafezi-Moghadam und ihre Kollegen untersuchten die Nilgrasratte, ein Modell, von dem sie ursprünglich berichteten, dass es in Gefangenschaft spontan Typ-2-Diabetes entwickelt und der Erkrankung beim Menschen sehr ähnelt. Wie Menschen mit Typ-2-Diabetes entwickeln diese Tiere zunächst eine Insulinresistenz und einen hohen Insulinspiegel im Blut, bevor ihr Blutzuckerspiegel über den Normalwert steigt. Mithilfe einer speziellen Technik namens Stereomikroskopie mit Hellfeld-Doppelbeleuchtung beobachteten die Forscher die Entwicklung punktförmiger Mikroläsionen in den inneren kortikalen Regionen der Linse, die zur Kataraktbildung prädisponierten. Überraschenderweise stellten sie fest, dass bei fast der Hälfte der getesteten Tiere diese Mikroläsionen auftraten, bevor die Tiere eine Hyperglykämie oder einen hohen Blutzuckerspiegel entwickelten, was darauf hindeutet, dass kein erhöhter Blutzuckerspiegel zur Entstehung von Katarakten führte.
Stattdessen stellten die Forscher fest, dass Immunzellen von speziellen Strukturen im Auge, den sogenannten Ziliarkörpern, in Richtung der Linse wanderten. In diesen Bereichen, in denen Immunzellen die Linsenkapsel durchdrangen, stellten sie fest, dass die Epithelzellen, die normalerweise die Innenfläche der Linsenkapsel bedecken, ihre Identität änderten und sich anders verhielten. Auf diese Veränderungen, die auch als epithelial-mesenchymale Transformation (EMT) bezeichnet werden, folgte scheinbar unorganisiertes Zellwachstum, Zelltod und Zellwanderungen in Richtung des Linsenkörpers. In einigen Regionen verließen die neu transformierten Zellen einfach ihre ursprüngliche Position und machten sich auf den Weg zur Linse. Solche zellulären Veränderungen, egal wie klein sie auch sein mögen, beeinträchtigen die Funktion der Linse erheblich.
Während es noch zu früh ist, um zu sagen, was genau dazu führt, dass sich Immunzellen und Epithelzellen so verhalten, kommen die Forscher zu dem Schluss, dass ihre Studie eine weitere Untersuchung vorherrschender Theorien erfordert. Es könnte der medizinischen Gemeinschaft auch ein besseres Verständnis der zellulären Mechanismen bringen, die der Entstehung diabetischer Komplikationen im prädiabetischen Stadium der Krankheit zugrunde liegen. Und sobald wir die Pathogenese verstehen, prognostiziert Hafezi-Moghadam, können wir damit beginnen, uns mit der Frage zu befassen, wie wir verhindern können, dass Menschen mit Diabetes an anderer Stelle im Körper Katarakte und möglicherweise andere Komplikationen entwickeln.
„Obwohl Katarakte heutzutage leicht durch eine Operation entfernt werden können, birgt dieser Eingriff das Risiko von Komplikationen und ist sowohl für den Einzelnen als auch für unser Gesundheitssystem kostspielig“, sagte Hafezi-Moghadam. „Angesichts der Tatsache, dass mehr als 500 Millionen Menschen weltweit und 37 Millionen Amerikaner an Diabetes leiden, von denen die überwiegende Mehrheit an Typ 2 leidet, besteht ein Anreiz, nach nicht-chirurgischen Wegen zu suchen, um diese Komplikation zu verhindern, zu verzögern oder sogar rückgängig zu machen.“ . Vielleicht wird es eines Tages möglich sein, auf diese Operationen ganz zu verzichten. Und das erfordert, dass wir zu den Grundlagen der zellulären Prozesse zurückkehren, die der Kataraktentstehung zugrunde liegen.“
Finanzierung : Diese Arbeit wurde durch den NIH Impact Award (DK108238-01, AHM) und JDRF unterstützt.
