1、项目名称： 近视发病机理及干预的基础研究首席科学家： 瞿佳 温州医学院起止年限： 2011.1 至 2015.8依托部门： 浙江省科技厅二、预期目标总体目标： 阐明视觉信号处理传递和加工及其异常所导致的近视发生发展机制，对近视发病机制及干预方法进行多方面、多层次研究 为近视的预警、预防、诊断、干预和药物筛选提供新的思路、新的途径，同时降低近视导致的盲和低视力的发生 指导、研发可去除近视诱发危险因素的相关产品之工业设计、标准制定等 理解或阐明生物或器官普适性的现象及机理，如环境调控生物器官生长及功能发育，神经传递和信号处理机制等5 年目标： 从异常视觉信号输入、视觉信息加工与处理角度阐明近视发生
2、机理，并为干预、防治提供理论依据 通过流行病学等手段，动态观察各类视觉输入对近视的诱导或干预作用及其机制 阐明视网膜多巴胺类物质在近视发生中的作用及其机制 明确巩膜细胞外基质改变及调控导致的近视发病机制 定位和验证若干具有代表性的病理性近视易感基因，确定导致近视发病的功能性突变或多态位点及发病机理 发现并鉴定与近视相关的视网膜、巩膜上的非编码 RNA 及其作用机制 阐明病理性近视并发症的发病机制，探讨在视觉信息加工与处理层面的干预、预防和减缓并发症的发生之方法和手段 培养近视研究领域领军人物，引进“千人计划”1-2 名，培养 “长江学者” 1-2 名，杰出青年基金 1-2 名，博士生 20-3
3、0 名 发表 SCI 论文 60 篇以上，在本相关领域最有影响力的刊物上发表论文20 篇以上，IF10 的 5 篇以上，申请发明专利 5 项 进一步建成并完善具有国际水平的近视模式动物平台、近视流行病学调查平台、近视生物学研究平台、近视基因组学技术平台、近视临床治疗研究中心 增强在国际上的显示度，特邀报告 10 次以上，争取主办第 14 或 15 届国际近视研究大会，在国际近视研究领域和学术大家庭具有话语权、发言权三、研究方案一、实现项目预期目标的总体思路本项目将紧紧围绕“视觉信号处理传递和加工异常如何导致近视”这一关键环节和科学问题进行研究，从视觉信号处理传递和加工相关的环境、基因及其相互作
4、用，在视觉中枢、眼球视网膜、巩膜上的作用及其相互联系，在临床表现和干预等方面既相互独立而又密切联系的层面上探索相关环境因素（特别是视觉刺激）是如何影响在视网膜上导致视觉信号传递及加工通路异常，从而引起巩膜细胞外基质以及纤维形态的改变，最终导致了近视产生的，以及该途径中视网膜和巩膜的基因表达和调控；探索这些环境和遗传因素是否通过中枢途径，经过视网膜的模糊适应和调节等机制对眼球的发育进行中枢调控；另一方面，对于病理性近视，进一步研究视觉信号通路异常是如何对视网膜本身产生影响、继而引起巩膜改变，最终又逆向影响到视网膜等部位产生并发症。本项目力图通过凝练上述科学问题，设计新的研究方法和步骤，以阐明近视
5、发生发展的机制，对近视发生发展机制以及相关的临床干预机制进行探讨。二、创新点和特色课题的主要创新点和特色包括以下 6 个方面：1、本课题提出视觉信号处理传递和加工异常导致近视的关键科学问题，并围绕此科学问题展开 6 个方向的研究，研究其在近视形成和并发症出现上的作用及其机制，从设计上体现出创新性和特色。2、在病理性近视的致病基因和易感基因方面，项目综合了家系连锁分析，散发个体功能区域测序，大规模群体 GWAS 和模式生物表观遗传学分析，个体和群体水平兼顾，基因组和表观基因组层面兼顾，不但在疾病相关基因定位研究的深度和广度上具有绝对优势，更能确保最终发现和定位数个病理性近视的易感基因和位点。同时
6、，两个独立的大样本同期参与，相互验证，本项目依托的中国科学院北京基因组研究所在复杂性疾病的基因定位和易感基因的研究上一直处于领先地位，并进行了大量的前期预实验，获得令人鼓舞的初步结果。 3、在近视非编码 RNA 和表观遗传调控方面：本项目申请团队是目前首次发现在近视发生发展过程中存在非编码 RNA 和表观调控改变的研究队伍。本项目依托由陈润生院士领导的中国科学院生物物理研究所生物信息学实验室，该实验室是国内最早从事生物信息学和基因组学研究的实验室之一。本项目申请团队前期发现了一些原创性的结果，如已首次在近视中发现了非编码 RNA的改变及基因的甲基化改变。4、在近视动物模型方面：本项目依托单位温
7、州医学院是卫生部视觉科学重点研究实验室和科技部省部共建国家重点实验室培育基地，在近视的动物模型方面的研究一直处于国际领先地位，特别是独创了小鼠的屈光、眼轴及各曲面的曲率检测技术和设备平台，使得小鼠作为近视模型成为可能，目前在以小鼠为近视模型的研究方面具有明显特色和优势，已首次发现腺苷 A2A 受体基因敲除小鼠出现近视，而多巴胺 D2 受体因敲除小鼠出现远视。5、在近视的神经生物学方面：本项目强调应用多学科技术，多层次标本对研究主题进行探索。涉及的技术包括免疫组化，激光共聚焦技术，各种模式膜片钳，钙成像，微透析技术及高效液相层析分析；应用的标本有灌流视网膜铺片，视网膜薄片，单个分离细胞，培养细胞
8、等，从而有可能对研究主题形成较完整，深入的认识，体现了现代神经科学的特点。项目依托由杨雄里院士领导的复旦大学神经生物实验室，该实验室长期从事视网膜信息加工及其机制的研究。近 10 年来，在原来较强的细胞内记录、染色技术的基础上，膜片钳、免疫组化、电镜、共聚焦、钙成像等技术均已渐臻成熟。申请人的实验室重视神经科学多层次研究的特点，建立了各种层次的研究标本，通过结合小鼠的近视动物模型，应用基因敲除小鼠和转基因小鼠，有望达到强强联合，优势互补。此项目利用前期发现的多巴胺在近视中的作用，并深入研究其机制，具备明显的优势和特色。6、在近视局部和中枢机制研究方面，将近 视研究从传统的主要以局部机制研究引入
9、中枢机制研究，它的基础是本项目具有能针对不同对象、不同生理指标进行功能观测的脑成像研究平台。这是由陈霖院士领导的与本课题有关的中国科学院生物物理研究所、脑与认知科学国家重点实验室，其实验平台有：以磁共振成像为核心的脑功能成像实验平台，装备了国内第一台专门用于科研的 3T 磁共振成像系统。目前已初步建成了以该系统为核心的、与多种成像装置结合的脑成像研究平台。磁共振成像和高分辨脑电、透 颅磁刺激、眼动等结合，和认知科学和心理学行为实验系统、计算系统配套，形成了一个具备高时间分辨率和高空间分辨率的中枢分析平台。本项目具有自主知识产权的检测技术还包括一台超高分辨率的频域 OCT（轴向分辨率达 3m）、
10、一台超长扫描深度的频域 OCT（扫描深度达 7.2mm）及 OCT 与功能测量的同步技术。这些技术使得我们不仅能定量分析人眼晶状体在调节时的位置、厚度和表面曲率的数值，而且实时地测量得到对应形态下的低阶离焦、散光和高阶球差、慧差等像差。 这对研究人眼调节机制，克服传统眼科仪器在调节研究领域存在的应用困难具有重要意义。这套系统是目前全球唯一能在体无创检测调节的技术。三、课题设置、课题之间的相互关系、以及与项目总体目标和五年目标的关系。课题 1、与近视发生相关的视觉信息加工与处理异常之环境因素影响及干预基础研究预期目标：科学问题： 1）科学筛选并阐明我国学龄期儿童近视发病率、发展态势及与相关环境因
11、素的关联度 2）学龄期儿童近视发生和发展的关键性环境危险因素有哪些，以及是否存在内在抑制或保护因素；3）确定若干种有效近视干预方法，研究有效近视干预方法基于何种途径和机制产生效果，证明其是否通过视网膜光学像质的改善来决定；4）确定干预的调控信息除了局部视网膜调控外，是否还有视觉中枢的介入及其机制。研究目标：建立一个有足够样本数同时稳定的学龄期儿童近视研究队列，搜集和筛选与我国学龄期儿童近视发生发展相关的各种因素，尤其是关键环境因素，动态观察学龄期儿童近视的发展规律，探索近视的发生及进展的机制。研究对学龄期近视儿童“ 干预介入” 过程中和 “干预效果发生”后从眼表 -眼底-视觉神经系统的信息表达
12、特点和变化规律，探索光学像质或调节对近视的诱导或干预作用是否与视觉信息的认知存在一定的关系，并获得眼局部或视觉中枢信息及加工处理对近视发生发展及其干预的影响机制和作用效率，探索近视发生发展及其干预过程中调控机制。研究内容：1） 、获得我国学龄期儿童近视的动态发病率资料2） 、阐明与我国学龄期儿童近视相关的危险因素和保护因素3） 、阐明我国学龄期儿童近视变化规律及特征4） 、验证学龄期儿童近视干预的有效性及其机制。5） 、研究近视发生发展的信息调控途径和调控机制经费比例：14% 承担单位：中国科学院生物物理研究所、首都医科大学、温州医学院课题负责人：王宁利学术骨干：张丰菊 王波 姜珺 李仕明课题
13、 2、与近视发生相关的视觉信息加工与处理异常之视网膜神经递质研究预期目标：科学问题：1)视网膜成像质量改变如何引起多巴胺含量的变化；2)哪些功能通路发生改变可能导致多巴胺释放变化及多巴胺受体和转运体的相应变化？3)哪些环境因素可导致视网膜多巴胺含量及代谢的改变从而导致近视的发生；4)这些变化促使近视的形成的具体机制以及是D1还是D2受体参与了近视的形成。研究目标：利用各种近视动物模型及基因敲除和转基因小鼠，明确近视发生发展过程中多巴胺能无长突细胞的改变，多巴胺能无长突细胞胞外的多巴胺浓度的改变及其与近视发生发展的关系，以及多巴胺合成、代谢、转运等各环节上的改变，明确近视对小鼠多巴胺能无长突细胞
14、自发放电、对光反应、膜电位、受体和转运体的影响，以及对视网膜神经元之间信号通路的影响；进一步确定多巴胺能无长突细胞在近视的发生发展过程中的作用及其生理机制，明确D1 受体和D2 受体在近视形成中的作用，从而进一步阐明DA神经递质在近视中的机制。研究内容：1） 、多巴胺及其受体在屈光发育中的作用2） 、近视诱导后多巴胺能无长突细胞的形态学的改变3） 、多巴胺的含量改变在近视发生发展中的作用4） 、多巴胺能无长突细胞在近视的发生发展过程中的作用机制5） 、明确多巴胺D1受体和D2受体在近视发生发展中的作用经费比例：25% 承担单位：复旦大学、温州医学院课题负责人：瞿佳学术骨干：钟咏梅 王中峰 陈捷
15、光 蒋丽琴课题 3、与近视发生相关的视觉信息加工与处理异常之巩膜细胞外基质改变研究预期目标：科学问题： 1）巩膜细胞外基质合成和降解的调控机制；2）这些调控机制调节巩膜细胞外基质合成和降解从而控制眼轴的生长并出现近视；3）巩膜细胞外基质合成和降解的调控机制是否能解释某些人类病理性近视的发病机制。研究目标：明确巩膜细胞外基质合成和降解的动态过程；阐明近视发生发展过程中胶原I，II，和 V 及 MMP 等的表达改变及其调控因素；阐明巩膜细胞外基质合成和降解的调控机制及细胞信号通路；阐明巩膜细胞外基质改变导致近视的机制；阐明某些人类病理性近视的发病机制。研究内容：1） 、近视形成过程中，巩膜细胞外基
16、质的改变及其调控机制（形觉剥夺性近视和镜片诱导性近视动物模型的巩膜细胞外基质研究） ；2)、巩膜细胞外基质改变导致近视形成的机制3)、巩膜成纤维细胞体外培养株及巩膜组织培养的研究经费比例：12% 承担单位：温州医学院课题负责人：吕帆学术骨干：鲁新成 鹿润霞课题 4、近视发生相关视觉信息处理异常的遗传因素研究预期目标：科学问题： 1）定位病理近视形成的相关基因多态位点；2）确定远程调控区域的靶基因和结合位点对病理近视形成的调控；3）筛选与病理性近视并发症相关的易感基因，并进行大规模人群随访，确定易感基因位点与病理性近视并发症的相关性。研究目标：利用基因组学、群体遗传学和表观遗传学的最新策略手段，
17、在全基因组水平上从家系连锁分析和候选区域重测序，重症散发样本的外显子和调控区域重测序，大规模全基因组关联分析和验证，模式动物的转录组和甲基化分析以及人眼巩膜细胞系的远程调控元件分析等不同层面，多角度地定位和验证若干具有代表性的病理性近视易感基因，并发现导致发病的功能性突变或多态位点。同时，本课题将在个体和群体遗传学分析、海量序列数据分析、基因组多态分析、统计和数据库建立等多方面培养出一批掌握高级基因组研究手段的人才，为我国相关研究提供人力支持。研究内容：1）、通过对家系的连锁分析和 Targeted Sequencing 精细定位致病基因和位点2）、对重症散发个体进行全基因组外显子和调控区域测
18、序以定位致病基因和位点3）、通过大规模全基因组关联分析与阳性区域的 Ultra Deep Resequencing 定位群体水平的病理性近视易感基因。4）、通过对模式生物诱导近视模型的巩膜细胞表达谱及甲基化图谱分析确定与近视形成相关的表观遗传学变化。5）、通过 ChIA-PET 和 RNAi 等策略针对连锁和关联分析获得的非编码或远程区域进行功能研究初步确定致病分子机制。6）、筛选与病理性近视并发症相关的易感基因，并进行多临床中心基地大规模人群随访，确定易感基因位点与病理性近视并发症的相关性。经费比例：24% 承担单位：中国科学院北京基因组研究所、温州医学院、四川省医学科学院四川省人民医院课题负责人：曾长青学术骨干：杨正林 周翔天 吴金雨 石毅 张悦正课题 5、与近视发生相关的视觉信息加工与处理异常之视网膜和巩膜基因表达调控研究预期目标：科学问题：
