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光照中色觉和亮度信号对眼球屈光发育的调控及光照调控眼球正视化的分子机制

批准号:
82070997
项目类别:
面上项目
资助金额:
55.0 万元
负责人:
刘睿
依托单位:
学科分类:
视觉、视光学与近视、弱视及眼肌疾病
结题年份:
2024
批准年份:
2020
项目状态:
已结题
项目参与者:
刘睿

项目摘要

结项摘要

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中文摘要
光照环境影响眼球的屈光发育过程,不同波长的单色光可以诱导出近视或远视,但机制不明。现有光照对屈光发育的调控理论不能完全解释动物实验中观察到的屈光变化。我们提出,光照中的色觉或亮度信号对眼球屈光发育具有双向调控作用,且这一过程是由视网膜ON传导通路传递,通过多巴胺-AC-cAMP-PKA以及褪黑激素-GC-cGMP-PKG通路进行调控。本课题将以豚鼠为研究对象,用不同光照模式模拟色觉或亮度信号输入,动态测量各时间点眼球生物学参数,来阐明不同光照模式下,单色光调控眼球屈光发育的双向模式;通过阻断ON通路或改变眼内多巴胺和褪黑激素间的动态平衡,初步揭示ON传导通路以及多巴胺和褪黑激素如何交互作用调控眼球的正视化过程;在光照诱导的近视或远视豚鼠的巩膜成纤维细胞中,通过抑制AC或GC的活性,研究光照调控眼球正视化的具体信号通路。本课题的实施为今后从光生物学效应或药物研发来防治近视提供依据和方法。
英文摘要
Different lighting environments can affect the refraction of the eye, and increasing outdoor lighting can prevent myopia. The studies found that different wavelengths of monochromatic lights can induce myopia or hyperopia, but the mechanisms are obscured. The existing theories of light regulation on refractive development can’t fully explain the observed changes in animal experiments. We propose that the color or luminance signals derived from light have bidirectional effects on the development of eye refraction, and this process is mediated by the retinal ON pathway through the Dopamine-AC-cAMP-PKA and Melatonin-GC-cGMP-PKG pathways. This project will raise guinea pigs under different lights conditions which simulate color or luminance signal inputs, dynamically measure the biological parameters of the eyeballs at each time point and clarify the bidirectional mode of monochromatic light regulating eye refractive development. By blocking the ON pathway or changing the dynamic balance between dopamine and melatonin in the eye, the ON pathway and how dopamine and melatonin work together to regulate the emmetropization of the eye were investigated. In the scleral fibroblasts cultured from light-induced myopic or hyperopia guinea pigs, the expression of AC or GC will be inhibited to study the specific signal pathways of emmetropization regulated by illumination. The implementation of this project will provide a basis and method for the prevention and treatment of myopia from the aspects of lights’ photobiological effects or novel drug development in the future.
本项目系统研究了不同波长和频率的光照(亮度和色觉信号)对豚鼠屈光发育的影响及其分子机制,取得了重要成果。研究发现,绿光加剧近视样改变,而蓝光通过激活保护性机制(如视网膜酸和 ipRGCs 通路)抑制近视发展;0.5Hz 闪频光显著提高视网膜多巴胺含量,可能与正视化过程密切相关。进一步揭示了多巴胺耗竭通过角膜变陡和眼轴增长共同作用引起近视样改变,并提出多巴胺代谢(DOPAC/DA 比值)在屈光发育中的关键作用。此外,补充开展的 H3K4me2 免疫组化和 ChIP-seq 实验表明,蓝光持续光照显著增强 H3K4me2 在视网膜中的积累,并特异性下调近视相关基因 METTL18 启动子区的 H3K4me2 富集程度,提示蓝光可能通过表观遗传学机制调控基因表达,进而影响屈光发育。研究还发现,不同波长闪频光对多巴胺和褪黑素受体的表达具有差异性调控作用,蓝/黄闪频光显著抑制多巴胺受体 DRD1a 和 DRD1b 的 mRNA 表达,而绿/红闪频光仅抑制 DRD1a 的表达。项目成果目前已发表论文2篇、申请发明专利 1 项,并在国际学术会议上交流。研究为理解光照对屈光发育的调控机制提供了新的理论依据,揭示了光照通过多巴胺代谢、表观遗传修饰等多层次机制影响屈光发育的科学规律,为近视防控提供了潜在的分子靶点和技术支持,具有重要的科学意义和应用价值。
单色光调控豚鼠眼屈光发育的局部视网膜机制及其联合光觉或形觉异常对眼球正视化作用的研究
  • 批准号:
    81100689
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    22.0万元
  • 批准年份:
    2011
  • 负责人:
    刘睿
  • 依托单位:
国内基金
海外基金