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由于社会压力和光污染，睡眠不足已成为普遍的公共卫生问题，影响全球约10%-20%的人，尤其是儿童和青少年。近年来，睡眠不足引起的眼部问题引起了公众和医学领域的广泛关注。睡眠不足或睡眠延迟的短期后果会导致眼部不适，包括眼睛干燥、疼痛、瘙痒和充血。长期睡眠不足会增加患眼部疾病的风险，尤其是干眼病，影响全球5%至50%的人口。
角膜是眼睛清晰的前表面。其覆盖的泪膜(TF)可保持眼睛舒适，同时为眼睛提供物理和生化屏障。角膜上皮层是一个高度组织化的结构，具有足够的干细胞来维持体内平衡。在人类中，角膜上皮干细胞局限于角膜缘的基底上皮层，被称为角膜缘干细胞(LSC)。LSCs具有很高的增殖能力，并表达多种生物标志物，包括 p63、BCRP1/ABCG2 和角蛋白14(KRT14)和19。相比之下，小鼠角膜上皮干细胞的定位更加复杂和有争议。角膜上皮干细胞标志物在角膜上皮的整个基底层中表达，并且在角膜缘和中央鼠角膜中均检测到慢循环细胞。尽管存在这种不一致，但人们普遍认为鼠角膜基底上皮细胞具有干细胞能力并且是基底上层细胞的祖细胞。鉴于此，厦门大学刘祖国教授和李炜教授研究团队针对鼠角膜上皮层来研究睡眠不足对这组细胞的影响。该研究以题为“Sleep deprivation induces corneal epithelial progenitor cell over-expansion through disruption of redox homeostasis in the tear film”的论文于4月28日发表在《 Cell》子刊《 Stem Cell Reports》上，并被《Nature》作为研究亮点报道。
【短期睡眠不足诱导角膜上皮祖细胞过度增殖】
首先作者根据RNA测序结果，对参与DNA复制或细胞增殖的Ki67、CDk1、ESco2、Mcm5和Pcna基因进行验证。结果显示，在睡眠不足的第5天或第10天时间点，所有5个基因在角膜上皮中的表达上调，这与RNA测序的结果是一致的。这些基因的上调表明角膜上皮祖细胞的增殖可能会得到促进，为了提供直接证据，作者通过免疫荧光染色观察Ki67阳性细胞，从结果可以得知Ki67阳性细胞主要位于中央角膜和角膜边缘区域的角膜上皮基底层，而在第5天和第10天的时间点，睡眠不足小鼠的两个区域中的Ki6阳性细胞都有所增加。生物标志物p63和KRT14通常用于评估角膜上皮祖细胞(CEPC)。免疫荧光染色显示p63和KRT14在正常鼠角膜的基底上皮细胞中高表达。然而，在睡眠不足的小鼠中，与年龄匹配的正常小鼠相比，在睡眠不足5或10天后，在基底层旁边的基底层角膜上皮层中存在更多p63和KRT14阳性细胞，这些结果表明短期睡眠不足诱导角膜上皮祖细胞过度增殖。
图1. 短期睡眠不足诱导角膜上皮祖细胞过度增殖
【外源性过氧化氢促进体内角膜上皮祖细胞增殖】
为了研究过氧化物自由基的泪液浓度增加是否会直接影响CEPC的增殖，作者向正常小鼠的眼表施用了从 250 μM到2.5 mM 的各种浓度的H 2O 2。结果表明，相对低浓度的H 2O 2促进了CEPC的增殖。
图2. 外源性过氧化氢促进体内角膜上皮祖细胞增殖
【局部给药L-谷胱甘肽可减轻睡眠不足后CEPC的过度增殖】
接下来作者探讨了GSH的局部治疗是否可以逆转睡眠不足小鼠CEPC的过度增殖。结果表明L-谷胱甘肽滴眼液可以减弱睡眠不足小鼠CEPC的过度增殖。
图3. 局部给药L-谷胱甘肽可减轻睡眠不足后CEPC的过度增殖
【长期睡眠不足导致角膜上皮干细胞缺乏】
为了进一步确定CEPC是否可以在长期睡眠不足后保持增殖的同时保持干性，对小鼠进行1个月和2个月的睡眠缺失实验。裂隙灯显微镜显示，与健康对照组相比，睡眠不足2个月后，角膜透明度降低，眼表变得粗糙干燥。值得注意的是，角膜上皮的厚度在睡眠不足1和2个月后显着降低，这是临床上角膜缘干细胞缺乏症（LSCD）疾病的诊断措施。角膜结膜化是LSCD的另一个可靠迹象。粘蛋白MUC5AC在结膜杯状细胞中特异性表达，但在角膜上皮细胞中不表达。qRT-PCR显示，在睡眠不足1个月后，10个角膜中有两个呈Muc5ac阳性，而在睡眠不足2个月后，8个角膜中有5个呈阳性。相比之下，所有健康对照角膜均不表达Muc5ac基因。这些结果表明角膜结膜化发生在长期睡眠不足之后。
图4. 长期睡眠不足诱导角膜缘干细胞缺乏症表现
【小结】
总的来说，该工作证明了睡眠不足增加了泪液ROS水平，但降低了泪膜的抗氧化能力，从而通过激活 PI3K/AKT信号通路导致CEPC过度增殖。此外，局部L-谷胱甘肽治疗可能是维持睡眠不足患者眼表健康的一种治疗策略。需要进一步的调查来研究L-谷胱甘肽滴眼液的给药或抑制PI3K/AKT信号通路是否改善 CEPC干性的维持以及重新引入充足睡眠后是否可以逆转角膜缘干细胞缺乏症（LSCD）综合征。
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参考文献：
Li, S. et al. Stem Cell Rep. https://doi.org/10.1016/j.stemcr.2022.03.017 (2022).
https://www.nature.com/articles/d41586-022-01159-3
来源：高分子科学前沿
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