Zaćma – Patofizjologia i mechanizm

Zaćma
Patofizjologia i mechanizm

Zaćma to zmętnienie soczewki oka, prowadzące do upośledzenia przejrzystości i utrudniające przechodzenie światła do siatkówki, co skutkuje pogorszeniem widzenia, zwłaszcza u osób po 40-50 roku życia. Patogeneza zaćmy jest wieloczynnikowa i obejmuje stres oksydacyjny, uszkodzenia białek soczewki (krystallin), zaburzenia równowagi jonowej, a także zmiany metaboliczne, takie jak akumulacja sorbitolu w zaćmie cukrzycowej. Wyróżnia się trzy główne typy zaćmy związanej z wiekiem: jądrową, korową i podtorebkową tylną, z różnymi mechanizmami patogenetycznymi i czynnikami ryzyka, takimi jak palenie tytoniu, ekspozycja na promieniowanie UV, cukrzyca czy stosowanie kortykosteroidów. Zaćma pourazowa i powikłania po witrektomii również przyczyniają się do rozwoju zmętnień soczewki, a mechanizmy molekularne obejmują m.in. zaburzenia szlaków ubikwityny i kalpainy oraz aktywację pirotozy w komórkach nabłonka soczewki.

Patogeneza zaćmy

Mechanizmy molekularne rozwoju zaćmy
Rola stresu oksydacyjnego w patogenezie zaćmy
Zmiany w strukturze białek soczewki
Typy zaćm związanych z wiekiem i ich patogeneza
Rola czynników genetycznych w powstawaniu zaćmy
Mechanizm powstawania zaćmy cukrzycowej
Nowe odkrycia w patogenezie zaćmy
Pirotoza w patogenezie zaćmy

Czynniki ryzyka i patogeneza różnych typów zaćmy

Mechanizm powstawania zaćmy pourazowej
Mechanizm zaćmy po witrektomii
Mechanizmy molekularne w zaćmie dziedzicznej

Podsumowanie mechanizmów patogenetycznych zaćmy

Kolejne rozdziały

Patogeneza zaćmy

Zaćma (cataract) to zmętnienie lub zmiana przejrzystości prawidłowo przezroczystej soczewki oka lub jej torebki (otaczającej przezroczystej błony), która utrudnia przechodzenie światła przez soczewkę do siatkówki oka. Ta choroba powodująca ślepotę może dotykać niemowlęta, dorosłych i osoby starsze, ale przeważa w tej ostatniej grupie. Może występować obustronnie i w różnym nasileniu. Proces chorobowy postępuje stopniowo, początkowo nie wpływając na codzienne czynności, ale z czasem, zwłaszcza po czwartej lub piątej dekadzie życia, zaćma ostatecznie dojrzewa, co sprawia, że soczewka staje się całkowicie nieprzepuszczalna dla światła i utrudnia rutynowe czynności.¹

Mechanizmy molekularne rozwoju zaćmy

Wiele procesów degeneracyjnych prowadzi do denaturacji i koagulacji białek soczewki obecnych w jej włóknach poprzez różne mechanizmy, co skutkuje utratą przejrzystości i ostatecznie powstawaniem zaćmy. Mechanizmy te obejmują: zaburzenia występujące na dowolnym poziomie wzrostu soczewki (zaćma wrodzona), metaplazję włóknistą nabłonka soczewki (zaćma podtorebkowa), uwodnienie korowe między włóknami soczewki (zaćma korowa), odkładanie się niektórych barwników, np. urochromy (zaćma jądrowa). Wszystkie te procesy ostatecznie prowadzą do zmętnienia soczewki za źrenicą, co znacznie utrudnia pacjentowi wykonywanie codziennych czynności.²

Patofizjologia zaćmy związanej z wiekiem jest złożona i nie do końca poznana. Najprawdopodobniej jej patogeneza jest wieloczynnikowa, obejmująca złożone interakcje między różnymi procesami fizjologicznymi modyfikowanymi przez czynniki środowiskowe, genetyczne, żywieniowe i ogólnoustrojowe. W miarę starzenia się soczewki jej masa i grubość zwiększają się, natomiast zdolność akomodacyjna maleje. Gdy nowe warstwy korowe są dodawane w koncentrycznym wzorze, centralne jądro jest ściskane i twardnieje w procesie zwanym stwardnieniem jądra.¹

Rola stresu oksydacyjnego w patogenezie zaćmy

Oksydacja jest kluczowym elementem w patogenezie większości zaćm. Wolne rodniki mogą niekorzystnie wpływać na kwasy nukleinowe, lipidy i białka, zmieniając normalny status redoks i prowadząc do zwiększonego stresu oksydacyjnego i zaćmy.¹ Powszechnie uznaje się, że stres oksydacyjny jest istotnym czynnikiem w powstawaniu zaćmy starczej (najczęstszego typu zaćmy), zarówno u zwierząt doświadczalnych, jak i w modelach hodowanych soczewek.²

Formowanie zaćmy jest przede wszystkim napędzane przez stres oksydacyjny, który uszkadza białka soczewki, prowadząc do ich agregacji i gromadzenia się skupisk białka lub żółto-brązowego barwnika w soczewce. Zmniejsza to transmisję światła do siatkówki w tylnej części oka, upośledzając widzenie. Dodatkowo, zmiany w procesach metabolicznych soczewki, w tym zaburzenia równowagi wapnia i innych jonów, przyczyniają się do rozwoju zaćmy.¹

Stres oksydacyjny związany z peroksydacją lipidów jest ważnym mechanizmem patogennym w powstawaniu zaćmy. Zaćmy starcze są związane ze zmniejszeniem zdolności antyoksydacyjnej w soczewce. Wzrost stresu oksydacyjnego w soczewce lub zmniejszenie zdolności do usuwania reaktywnych form tlenu może prowadzić do większego zmętnienia soczewki.²

Zmiany w strukturze białek soczewki

Soczewka składa się ze specjalizowanych białek (nazywanych krystallinami), których właściwości optyczne zależą od precyzyjnego układu ich trójwymiarowej struktury i uwodnienia.¹ Jednak w miarę starzenia się, pojawia się stres oksydacyjny, który odzwierciedla brak równowagi między ogólnoustrojowym występowaniem reaktywnych form tlenu a zdolnością systemu biologicznego do łatwego detoksykowania reaktywnych pośredników lub naprawy powstałych uszkodzeń.²

Przejrzystość soczewki zależy od regularnej organizacji komórek soczewki i wewnątrzkomórkowych białek soczewki. Czynniki genetyczne, metaboliczne, żywieniowe i środowiskowe oraz choroby oczne i ogólnoustrojowe zaburzają organizację komórkową i homeostazę wewnątrzkomórkową, ostatecznie powodując rozpraszanie i absorpcję światła, co pogarsza widzenie.²

Jednym z głównych mechanizmów prowadzących do zmętnienia soczewki jest przekształcanie rozpuszczalnych cytoplazmatycznych białek soczewki o niskiej masie cząsteczkowej w rozpuszczalne agregaty o wysokiej masie cząsteczkowej, nierozpuszczalne fazy i nierozpuszczalne macierze białek błonowych. Wynikające z tego zmiany białkowe powodują gwałtowne wahania współczynnika załamania światła soczewki, rozpraszają promienie świetlne i zmniejszają przejrzystość.¹

Typy zaćm związanych z wiekiem i ich patogeneza

Zaćmy związane z wiekiem można podzielić na 3 główne typy: zaćmę jądrową, zaćmę korową i zaćmę podtorebkową tylną. Zaćmy jądrowe wynikają z nadmiernego stwardnienia jądra i zażółcenia, z następczym tworzeniem centralnego zmętnienia soczewki. W niektórych przypadkach jądro może stać się bardzo nieprzezroczyste i brązowe, nazywane zaćmą jądrową brązowiejącą. Zmiany w składzie jonowym kory soczewki i ostateczna zmiana uwodnienia włókien soczewki powodują zaćmę korową. Tworzenie się ziarnistych i płytkowych zmętnień w korze podtorebkowej tylnej często zapowiada powstawanie zaćm podtorebkowych tylnych.²

Typ zaćmy	Lokalizacja	Główny mechanizm patogenetyczny	Czynniki ryzyka
Zaćma jądrowa	Centralna część soczewki (jądro)	Oksydacja, modyfikacje posyntezowe białek, agregacja białek, zmniejszenie glutationu	Wiek, palenie tytoniu, ekspozycja na dym z drewna, otyłość
Zaćma korowa	Kora soczewki	Zaburzenia równowagi jonowej, tworzenie wakuoli wodnych, zmiany uwodnienia włókien	Promieniowanie UV, podwyższony poziom glukozy we krwi
Zaćma podtorebkowa tylna (PSC)	Tylna podtorebkowa kora	Nieprawidłowa migracja komórek nabłonka soczewki, metaplazja włóknista	Palenie tytoniu, cukrzyca, promieniowanie, kortykosteroidy

Zaćmy jądrowe występują w centralnej części soczewki i wydają się obejmować przyspieszenie procesów, które zachodzą podczas starzenia nawet w normalnej soczewce. Białka gromadzą modyfikacje posyntezowe, szczególnie wynikające z utleniania, prowadzące do tworzenia agregatów białkowych, które rozpraszają światło.¹

Najbardziej wyraźną cechą molekularną zaćmy jądrowej jest utlenianie, które jest widoczne w modyfikacjach zachodzących w krystallinach soczewki (i innych białkach soczewki) oraz w obserwowanym zmniejszeniu kluczowego komórkowego związku redukującego – glutationu.²

Znaczenie utrzymywania bardzo niskiego poziomu tlenu w jądrze soczewki oraz znaczenie utleniania w rozwoju zaćmy jądrowej są silnie poparte dwoma sytuacjami klinicznymi: terapią tlenem hiperbarycznym oraz operacją witrektomii – obie prowadzą do wysokiej częstości występowania zaćmy jądrowej.¹

Rola czynników genetycznych w powstawaniu zaćmy

Komponent genetyczny jest silny w rozwoju zaćm, najczęściej poprzez mechanizmy, które chronią i utrzymują soczewkę. Obecność zaćmy w dzieciństwie lub wczesnym okresie życia może być czasami spowodowana określonym zespołem. Przykłady nieprawidłowości chromosomowych związanych z zaćmą obejmują zespół delecji 1q21.1, zespół kociego krzyku, zespół Downa, zespół Pataua, trisomię 18 (zespół Edwardsa) i zespół Turnera, a w przypadku neurofibromatozy typu 2 można zaobserwować młodzieńczą zaćmę po jednej lub obu stronach. Przykładami zaburzeń jednogenowych są zespół Alporta, zespół Conradiego, ksantomatoza móżdżkowa-ścięgnista, dystrofia miotoniczna oraz zespół móżdżkowo-oczno-nerkowy lub zespół Lowe’a.¹

Zaćmy wrodzone stanowią około 5-20% przypadków ślepoty u dzieci na całym świecie i 22-30% przypadków ślepoty dziecięcej w krajach rozwijających się. Zaburzenia genetyczne są główną przyczyną zaćm wrodzonych.¹

W ciągu ostatnich 10 lat poczyniono ogromne postępy w wyjaśnianiu molekularnych podstaw zaćmy wrodzonej, zidentyfikowano mutacje przyczynowe w genach kodujących wiele różnych białek, w tym wewnątrzkomórkowe białka soczewki (krystalliny), błonowe białka połączeń szczelinowych (koneksyny), białka kanałów wodnych (akwaporyny), białka cytoszkieletu (np. BFSP1 (filensin), BFSP2 (phakinin) i wimentyna) oraz czynniki transkrypcyjne (np. FOXE3, PAX6, PITX3 i MAFA).¹

Mechanizm powstawania zaćmy cukrzycowej

Szlak sorbitolowy, znany również jako szlak poliolowy, jest głównym szlakiem zaangażowanym w powstawanie zaćmy cukrzycowej. Zwiększone gromadzenie się sorbitolu i niższe stężenie fruktozy w soczewce powodują efekt hiperosmotyczny, co skutkuje przemieszczaniem się płynu do wnętrza soczewki w celu wyrównania gradientu osmotycznego. Początkowo zależne od energii pompy soczewkowe są w stanie to skompensować, ale w końcu zostają przeciążone. Prowadzi to do upłynnienia i obrzęku włókien soczewki, a następnie do ich degeneracji i zmętnienia.¹

Enzym reduktaza aldozy katalizuje redukcję glukozy do sorbitolu przez szlak poliolowy, proces związany z rozwojem zaćmy cukrzycowej. Intensywne badania koncentrowały się na głównej roli szlaku AR jako czynnika katalitycznego w powstawaniu zaćmy cukrzycowej. Odkrycia te doprowadziły do powstania osmotycznej hipotezy powstawania zaćmy cukrzycowej.¹

Dowody na udział stresu oksydacyjnego w rozwoju zaćmy cukrzycowej są również dostępne. Indukcja tego procesu w cukrzycy wynika z różnych mechanizmów. Hiperglikemia może prowadzić do autooksydacji glukozy i nieenzymatycznej glikacji, łącznie określanych jako glikoksydacja, skutkujących nadmierną produkcją wolnych rodników tlenowych w soczewce.²

Nowe odkrycia w patogenezie zaćmy

Najnowsze badania dotyczące szlaku autofagiczno-lizosomalnego wskazują na jego ogromne znaczenie w powstawaniu zaćm w hiperglikemii. Wiadomo, że szlak ten odgrywa istotną rolę w embriogenezie soczewki, odpowiadając za autofagię jądra i organelli komórkowych podczas różnicowania komórek nabłonkowych soczewki w komórki włókien soczewki, ostatecznie tworząc strefę pozbawioną organelli. Szlak ten jest również kluczowy w procesie usuwania uszkodzonych organelli i nieprawidłowo sfałdowanych białek, które są absorbowane przez autofagosomy, a następnie degradowane przez enzymy lizosomalne.¹

Zespół naukowców z Tufts University ustalił, że załamanie komunikacji między dwoma szlakami biochemicznymi w oku jest związane z powstawaniem zaćmy. Zaćmy są powodowane częściowo przez gromadzenie się nieprawidłowych białek. Autorzy zauważyli, że gdy szlak ubikwityny zawodzi, wapń wpływa do komórek soczewki, powodując aktywację trzeciego szlaku. To właśnie ten trzeci szlak powoduje uszkodzenia związane z zaćmą w oku. Odkryto, że szlak ubikwityny i szlak kalpainy komunikują się ze sobą. Gdy ich „rozmowa” idzie nie tak, komórki rozpoczynają błędne koło, w którym białka są nieprawidłowo degradowane. Prowadzi to do zmian w białkach i początku zaćmy soczewki.¹²

Nowo odkryty związek między szlakami ubikwityny i kalpainy zapewnia nową drogę do badania leków i podejść dietetycznych, które mogłyby przedłużyć funkcjonowanie tych szlaków i opóźnić wystąpienie zaćmy.¹

Pirotoza w patogenezie zaćmy

Zrozumienie mechanizmu powstawania zaćmy może zmniejszyć jej obciążenie dla opieki medycznej na całym świecie. Ustalono, że pirotoza jest związana ze stresem oksydacyjnym, jedną z przyczyn zaćmy, i może zapewnić nowe cele terapeutyczne w leczeniu zaćm. Badania wykazały, że pirotoza w komórkach nabłonka soczewki (HLECs) traktowanych H₂O₂ oraz ekspresja mRNA i białek kaspazy-1 i IL-1β były znacząco zwiększone w porównaniu z komórkami kontrolnymi. Ponadto ekspresja kaspazy-1 i IL-1β była znacząco zwiększona w próbkach tkanek z zaćmą w porównaniu z normalnymi grupami kontrolnymi.¹

Badania wykazały, że kaspaza-1 uległa zwiększonej ekspresji w komórkach nabłonka soczewki traktowanych H₂O₂ w sposób zależny od dawki, co stwierdzono za pomocą RT-qPCR i analizy western blot. Wyniki te zostały również potwierdzone w przednich torebkach soczewek pacjentów z zaćmą w porównaniu z normalnymi próbkami przedniej torebki soczewki. Podsumowując, wyniki badań dostarczają dowodów, że pirotoza uczestniczy w utlenianiu ludzkich komórek nabłonka soczewki i może być zaangażowana w inicjację i progresję zaćm niewrodzonych. Wyniki wskazują na potencjalną rolę pirotozy w powstawaniu zaćmy, co poszerza nasze zrozumienie zaćm i może zapewnić nowe skuteczne metody leczenia tego schorzenia.¹²

Czynniki ryzyka i patogeneza różnych typów zaćmy

Różne czynniki ryzyka zostały zidentyfikowane w rozwoju zaćm. Można je sklasyfikować na czynniki genetyczne, starzenie się (choroby ogólnoustrojowe, niedobory składników odżywczych i pierwiastków śladowych, palenie tytoniu, stres oksydacyjny itp.), urazowe, powikłane (choroby zapalne i zwyrodnieniowe oka), metaboliczne (cukrzyca, galaktozemia itp.), substancje toksyczne, w tym nadużywanie leków, alkohol itp., promieniowanie (ultrafioletowe, fale elektromagnetyczne itp.), które są wskazywane jako istotne czynniki ryzyka w rozwoju zaćmy.¹

Ryzyko zaćmy jądrowej związanej z wiekiem jest zwiększone przez ekspozycję na pewne czynniki środowiskowe, takie jak podwyższony poziom glukozy we krwi, palenie papierosów lub przewlekła ekspozycja na dym z drewna, lub otyłość.¹

Podobnie ryzyko zaćmy korowej związanej z wiekiem jest zwiększone przez światło ultrafioletowe i podwyższony poziom glukozy, a ryzyko zaćmy podtorebkowej tylnej związanej z wiekiem jest zwiększone przez palenie, cukrzycę, promieniowanie, kortykosteroidy i niektóre inne leki.¹

Zaćmy podtorebkowe tylne (PSC) są często spowodowane starzeniem się, ale mogą również wystąpić po urazie, po spożyciu kortykosteroidów, ekspozycji na promieniowanie jonizujące, nadmiernym spożyciu alkoholu i zapaleniu. Upośledzenie widzenia jest bardziej widoczne w jasnym świetle z powodu zwężenia źrenicy i akomodacji. Gdy źrenica staje się zwężona, światło musi przechodzić przez zmętnienie, aby wejść do oka, co prowadzi do rozmytego obrazu.¹

Mechanizm powstawania zaćmy pourazowej

Zaćmy pourazowe tworzą się po bezpośrednim lub tępym urazie oka, który zaburza włókna soczewki, prowadząc do ich zmętnienia. Uważa się, że zaćmy pourazowe tworzą się z powodu bezpośredniego pęknięcia torebki lub urazu coup contrecoup z rozszerzeniem równikowym w wyniku sił hydraulicznych przenoszących energię urazu na przeciwną stronę oka. Mechanizm urazu ma duży wpływ na rokowanie dotyczące widzenia.¹

Mechanizm zaćmy po witrektomii

Witrektomia to zabieg chirurgiczny polegający na usunięciu ciała szklistego w leczeniu patologii tylnego odcinka. Najczęstszym powikłaniem witrektomii przez część płaską ciała rzęskowego (PPV) jest powstawanie zaćmy, szczególnie zaćmy jądrowej. Chociaż dokładny mechanizm powstawania lub progresji zaćmy po PPV nie jest jasny, jedna z wiodących teorii zakłada, że zwiększone napięcie tlenu po PPV powoduje oksydacyjne uszkodzenie białek soczewki krystalicznej i progresję zaćmy. Inne teorie obejmują zmienione środowisko po usunięciu ciała szklistego, uraz i przyczyny jatrogenne. Starszy wiek, stosowanie tamponady i złożona rozszerzona PPV mogą być czynnikami przyczyniającymi się do progresji zaćmy po PPV.¹

Ciało szkliste zużywa tlen i chroni soczewkę przed utlenianiem – tak długo, jak jest żelem. W miarę jak ciało szkliste powoli upłynnia się z wiekiem, więcej tlenu krąży w tylnej komorze, powodując powolne postępowanie zaćmy jądrowej. Gdy ciało szkliste jest chirurgicznie usuwane, tlen dociera do soczewki szybciej, co prowadzi do szybkiego przyspieszenia powstawania zaćmy jądrowej. Idea, że utlenianie powoduje powstawanie zaćmy, stała się znana jako hipoteza tlenowa, koncepcja, która pojawiła się dopiero w ciągu kilku ostatnich lat.¹

Mechanizmy molekularne w zaćmie dziedzicznej

Warianty chorobotwórcze w 115 genach zostały zidentyfikowane w izolowanej i zespołowej dziedzicznej zaćmie. Trzydzieści osiem genów jest odpowiedzialnych za odrębną izolowaną zaćmę i można je podzielić na pięć głównych grup w oparciu o kodowane białka: (1) krystalliny, (2) białka błonowe, (3) czynniki transkrypcyjne, (4) białka cytoszkieletowe i (5) produkty genów o specjalnych rolach w soczewce.¹

Czas pojawienia się zaćmy zależy od tego, czy jest ona spowodowana szkodliwą mutacją, czy przede wszystkim nagromadzonym uszkodzeniem biomolekularnym. Soczewka opiera się na długowieczności biomolekularnej ze względu na długotrwałe zatrzymywanie swoich składników, a zwłaszcza białek.²

Identyfikacja wariantów genetycznych powodujących zaćmę wrodzoną nie tylko poprawiła nasze zrozumienie patogenezy zaćmy niemowlęcej, najczęściej poddającej się leczeniu przyczyny ślepoty w dzieciństwie, ale także jej bardziej powszechnego odpowiednika, zaćmy z początkiem w wieku dorosłym.³

Podsumowanie mechanizmów patogenetycznych zaćmy

Patogeneza zaćmy obejmuje szereg złożonych procesów, które prowadzą do zmętnienia soczewki i upośledzenia widzenia. Główne mechanizmy patogenetyczne możemy podsumować następująco:

Stres oksydacyjny, który prowadzi do uszkodzenia białek soczewki, ich agregacji i tworzenia zmętnień¹
Zaburzenia równowagi redoks, w tym zmniejszenie glutationu, kluczowego przeciwutleniacza w soczewce¹
Nieprawidłowe fałdowanie białek i formowanie agregatów o wysokiej masie cząsteczkowej¹
Zaburzenia równowagi jonowej, szczególnie w przypadku wapnia i innych jonów²
Osmotyczne efekty w zaćmie cukrzycowej – szlak poliolowy prowadzący do akumulacji sorbitolu¹
Zaburzenia w procesach autofagii i lizosomalnej degradacji białek¹
Nieprawidłowa komunikacja między szlakiem ubikwityny i kalpainy¹
Aktywacja procesu pirotozy w komórkach nabłonka soczewki¹
Genetyczne czynniki predysponujące do wad białek strukturalnych soczewki¹
Zaburzenia w różnicowaniu komórek nabłonka soczewki w komórki włókien soczewki¹

Zrozumienie tych złożonych mechanizmów patogenetycznych otwiera nowe perspektywy dla opracowania skutecznych strategii terapeutycznych, które mogłyby opóźnić lub zapobiec rozwojowi zaćmy, co ma ogromne znaczenie dla zdrowia publicznego, biorąc pod uwagę rozpowszechnienie tej choroby na całym świecie.¹¹

Kolejne rozdziały

Zapraszamy do dalszego czytania naszego leksykonu.

Wybierz kolejny rozdział z menu poniżej, aby otworzyć nową podstronę kompedium wiedzy i uzyskać szczegółowe informację o leku, substancji lub chorobie.

Materiały źródłowe

#1 Cataract – StatPearls – NCBI Bookshelf
https://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK539699/
A cataract is a clouding or opacification of the normally clear lens of the eye or its capsule (surrounding transparent membrane) that obscures the passage of light through the lens to the retina of the eye. This blinding disease can affect infants, adults, and older people, but it predominates in the latter group. It can be bilateral and vary in severity. The disease process progresses gradually without affecting daily activities early on, but with time, especially after the fourth or fifth decade, the cataract will eventually mature, making the lens completely opaque to light and interfering with routine activities. Cataracts are a significant cause of blindness worldwide. Treatment options include correction with refractive glasses only at earlier stages, and if cataracts mature enough to interfere with routine activities, surgery may be advised, which is very fruitful.
#1 Senile Cataract (Age-Related Cataract): Practice Essentials, Background, Pathophysiology
https://emedicine.medscape.com/article/1210914-overview
Senile cataract is a vision-impairing disease characterized by gradual, progressive thickening of the lens. It is the leading cause of blindness in the world today. […] The pathophysiology behind senile cataracts is complex and yet to be fully understood. In all probability, its pathogenesis is multifactorial involving complex interactions between various physiologic processes modulated by environmental, genetic, nutritional, and systemic factors. As the lens ages, its weight and thickness increases, whereas its accommodative power decreases. As the new cortical layers are added in a concentric pattern, the central nucleus is compressed and hardened in a process called nuclear sclerosis. […] Multiple mechanisms contribute to the progressive loss of transparency of the lens. The lens epithelium is believed to undergo age-related changes, particularly a decrease in lens epithelial cell density and an aberrant differentiation of lens fiber cells.
#1 Epidemiology, Pathophysiology, Causes, Morphology, and Visual Effects of Cataract | Ento Key
https://entokey.com/epidemiology-pathophysiology-causes-morphology-and-visual-effects-of-cataract/
Factors in cataract pathogenesis include lens protein oxidation, mitochondrial function, failure of protective mechanisms, protein modification, and abnormalities of calcium metabolism, cellular proliferation, and differentiation. […] The transparency of the lens is dependent on the regular organization of the lens cells and intracellular lens proteins. […] Genetic, metabolic, nutritional, and environmental insults and ocular and systemic diseases disrupt cellular organization and intracellular homeostasis, eventually causing light scattering and absorption, which compromise vision. […] Oxidation is a key feature in the pathogenesis of most cataracts. […] Free radicals can adversely affect nucleic acids, lipids, and proteins, altering the normal redox status and leading to increased oxidative stress and cataracts.
#1 Cataract – Wikipedia
https://en.wikipedia.org/wiki/Cataract
Cataract formation is primarily driven by oxidative stress, which damages lens proteins, leading to their aggregation and the accumulation of clumps of protein or yellow-brown pigment in the lens. This reduces the transmission of light to the retina at the back of the eye, impairing vision. Additionally, alterations in the lens’s metabolic processes, including imbalances in calcium and other ions, contribute to cataract development.[11][1] […] Oxidative stress associated with lipid peroxidation is an important pathogenic mechanism in cataract formation.[22][23] Senile cataracts are associated with a decrease in antioxidant capacity in the lens.[22] An increase in oxidative stress in the lens or a decrease in the ability to remove reactive oxygen species can lead to the lens becoming more opaque.[22]
#1 The Pathophysiology of Cataract and Major Interventions to Retarding Its Progression: A Mini Review – MedCrave online
https://medcraveonline.com/AOVS/the-pathophysiology-of-cataract-and-major-interventions-to-retarding-its-progression-a-mini-review.html
Cataracts are the principal cause of blindness, globally, affecting the older cohort (specifically those in their fifth decades and beyond). […] The pathophysiology of cataract is not fully understood albeit aldose-reductase inhibitors and antioxidants have proven beneficial in the prevention and management of this vision threatening condition in vitro and in vivo experimental studies. […] The lens is composed of specialized proteins (called crystallins), whose optical properties are dependent on the fine arrangement of their three-dimensional structure and hydration. […] However, as ageing takes place, oxidative stress occurs which reflects an imbalance between the systemic manifestation of reactive oxygen species and a biological system’s ability to readily detoxify the reactive intermediates or to repair the resulting damage.
#1 Senile Cataract (Age-Related Cataract): Practice Essentials, Background, Pathophysiology
https://emedicine.medscape.com/article/1210914-overview
Consequently, progressive oxidative damage to the lens with aging takes place, leading to senile cataract development. Various studies showing an increase in products of oxidation (eg, oxidized glutathione) and a decrease in antioxidant vitamins and the enzyme superoxide dismutase underscore the important role of oxidative processes in cataractogenesis. […] Another mechanism involved is the conversion of soluble low-molecular weight cytoplasmic lens proteins to soluble high molecular weight aggregates, insoluble phases, and insoluble membrane-protein matrices. The resulting protein changes cause abrupt fluctuations in the refractive index of the lens, scatter light rays, and reduce transparency. […] Senile cataract can be classified into 3 main types: nuclear cataract, cortical cataract, and posterior subcapsular cataract. Nuclear cataracts result from excessive nuclear sclerosis and yellowing, with consequent formation of a central lenticular opacity. In some instances, the nucleus can become very opaque and brown, termed a brunescent nuclear cataract. Changes in the ionic composition of the lens cortex and the eventual change in hydration of the lens fibers produce a cortical cataract. Formation of granular and plaquelike opacities in the posterior subcapsular cortex often heralds the formation of posterior subcapsular cataracts.
#1 Pathogenesis of Cataracts | Ento Key
https://entokey.com/pathogenesis-of-cataracts/
The vacuoles or lakes containing this water have a low refractive index relative to the protein-rich cytoplasm in the fibers, and the discontinuities create light scatter and cataract. […] Nuclear cataracts occur in the central region of the lens and appear to involve an acceleration of processes that occur during aging even in the normal lens. The proteins accumulate postsynthetic modifications, especially resulting from oxidation, leading to formation of protein aggregates that scatter light. […] The most prominent molecular feature of nuclear cataract is oxidation, which is evident in the modifications occurring to the lens crystallins (and other lens proteins) and in the decreases seen in the critical cellular reducing compound glutathione. […] It now appears that the fundamental processes involved in nuclear cataractogenesis are being established.
#1 Pathogenesis of Cataracts | Ento Key
https://entokey.com/pathogenesis-of-cataracts/
The importance of keeping nuclear oxygen extremely low and the significance of oxidation in nuclear cataract development are strongly supported by two clinical situations, hyperbaric oxygen therapy and vitrectomy surgery both of which produce a high incidence of nuclear cataract. […] Thus, compelling data from different laboratories, derived from a variety of experimental approaches, model systems, and clinical findings indicate that aging-related nuclear cataract is an oxidative disease and that the level of molecular oxygen to which the lens is exposed is a critical determinant in its etiology.
#1 Cataract – Wikipedia
https://en.wikipedia.org/wiki/Cataract
The genetic component is strong in the development of cataracts,[28] most commonly through mechanisms that protect and maintain the lens. The presence of cataracts in childhood or early life can occasionally be due to a particular syndrome. Examples of chromosome abnormalities associated with cataracts include 1q21.1 deletion syndrome, cri-du-chat syndrome, Down syndrome, Patau’s syndrome, trisomy 18 (Edward’s syndrome), and Turner’s syndrome, and in the case of neurofibromatosis type 2, juvenile cataract on one or both sides may be noted. Examples of single-gene disorder include Alport’s syndrome, Conradi’s syndrome, cerebrotendineous xanthomatosis, myotonic dystrophy, and oculocerebrorenal syndrome or Lowe syndrome.[29]
#1 Insight into Pathogenic Mechanism Underlying the Hereditary Cataract Caused by Î²B2-G149V Mutation
https://www.mdpi.com/2218-273X/13/5/864
Insight into Pathogenic Mechanism Underlying the Hereditary Cataract Caused by Î²B2-G149V Mutation […] Congenital cataracts account for approximately 5â20% of childhood blindness worldwide and 22â30% of childhood blindness in developing countries. Genetic disorders are the primary cause of congenital cataracts. In this work, we investigated the underlying molecular mechanism of G149V point missense mutation in Î²B2-crystallin, which was first identified in a three-generation Chinese family with two affected members diagnosed with congenital cataracts. The results showed that the G149V mutation significantly changed the secondary and tertiary structure of Î²B2-crystallin. The G149V mutation made the protein structure loose and the interaction between oligomers was reduced, which decreased the stability of the protein. Furthermore, we found that the G149V mutation makes Î²B2-crystallin more sensitive to environmental stresses (oxidative stress, UV irradiation, and heat shock) and more likely to aggregate and form precipitation. These features might be important to the pathogenesis of Î²B2-crystallin G149V mutant related to congenital cataracts.
#1 Inherited cataracts: molecular genetics, clinical features, disease mechanisms and novel therapeutic approaches | British Journal of Ophthalmology
https://bjo.bmj.com/content/104/10/1331
Cataract is the most common cause of blindness in the world; during infancy and early childhood, it frequently results in visual impairment. […] Significant progress has been made in identifying the molecular genetic basis of cataract; 115 genes to date have been found to be associated with syndromic and non-syndromic cataract and 38 disease-causing genes have been identified to date to be associated with isolated cataract. […] Over the last 10 years, enormous progress has been made in elucidating the molecular basis of congenital cataract, with causative mutations identified in genes encoding many different proteins including intracellular lens proteins (crystallins), membrane gap junction proteins (connexins), water channel proteins (aquaporins), cytoskeletal proteins (eg, BFSP1 (filensin), BFSP2 (phakinin) and vimentin) and transcription factors (TFs) (eg, FOXE3, PAX6, PITX3 and MAFA).
#1 Current Approach to the Pathogenesis of Diabetic Cataracts
https://www.mdpi.com/1422-0067/24/7/6317
The sorbitol pathway, also known as the polyol pathway, is the main pathway involved in diabetic cataract formation. An increased accumulation of sorbitol and a lower concentration of fructose in the lens result in a hyperosmotic effect, which results in the fluid moving into the interior of the lens to equalize the osmotic gradient. Initially, the energy-dependent lens pumps are capable of compensating for this but, eventually, become overloaded. This results in liquefaction and swelling of the lens fibers, leading to their degeneration and opacification. […] Evidence of the involvement of oxidative stress in the development of diabetic cataracts is also available. The induction of this process in diabetes results from a variety of mechanisms. Hyperglycemia may lead to auto-oxidation of glucose and non-enzymatic glycation, collectively referred to as glycoxidation, resulting in the overproduction of free oxygen radicals in the lens.
#1 The Pathophysiology of Cataract and Major Interventions to Retarding Its Progression: A Mini Review – MedCrave online
https://medcraveonline.com/AOVS/the-pathophysiology-of-cataract-and-major-interventions-to-retarding-its-progression-a-mini-review.html
It is extensively recognized that oxidative stress is a significant factor in the genesis of senile cataract (the commonest cataract type), both in experimental animals and in cultured lens models. […] Advanced that in the ageing eye, barriers develop that prevent glutathione and other protective antioxidants from reaching the nucleus in the lens, thus making it susceptible to oxidation. […] The enzyme aldose reductase catalyzes the reduction of glucose to sorbitol through the polyol pathway, a process linked to the development of diabetic cataract. […] Extensive research has focused on the principal role of the AR pathway as the catalytic factor in diabetic cataract formation. […] These findings have led to the Osmotic Hypothesis of sugar cataract formation. […] Oxidative stress and osmotic imbalance can also result from nutritional and trace metals deficiencies, smoking, toxic substances including drugs abuses, alcohol etc., radiation (ultraviolet, electromagnetic waves etc). Leading to cataract formation. […] Despite the multifactorial etiology of cataract, the diseases pathogenesis is largely interlaced, with oxidative stress and free radical formation being central to cataract development.
#1 Current Approach to the Pathogenesis of Diabetic Cataracts
https://www.mdpi.com/1422-0067/24/7/6317
Recent studies on the autophagy lysosomal pathway indicate its great importance in the formation of cataracts in hyperglycemia. This pathway is known to play an essential role in lens embryogenesis, being responsible for the autophagy of the nucleus and cell organelles during the differentiation of lens epithelial cells into lens fiber cells, ultimately forming the organelle-free zone. This pathway is also crucial in the process of removing damaged organelles and misfolded proteins, which are absorbed by autophagosomes and then degraded by lysosomal enzymes.
#1 Tufts University Researchers Identify Mechanism Involved in Causing Cataracts in Mice | Tufts Now
https://now.tufts.edu/2015/01/12/tufts-university-researchers-identify-mechanism-involved-causing-cataracts-mice
Cataract is one of the most common eye diseases, becoming more prevalent as people age. […] Now, a team of scientists has established that a breakdown in communication between two biochemical pathways in the eye is involved in causing cataracts. […] Cataracts are caused in part by the accumulation of abnormal proteins. […] The authors noticed when the ubiquitin pathway falters calcium flows into the cells of the lens, causing a third pathway to activate. It is this third pathway that causes cataract-related damage in the eye. […] We discovered that the ubiquitin pathway and the calpain pathway communicate with one another. When their conversation goes awry, cells start a vicious cycle in which proteins are improperly degraded. […] This leads to alterations in proteins and the beginning of the clouding of the lens that signals the onset of cataract.
#1 Tufts University Researchers Identify Mechanism Involved in Causing Cataracts in Mice | Tufts Now
https://now.tufts.edu/2015/01/12/tufts-university-researchers-identify-mechanism-involved-causing-cataracts-mice
The newfound relationship between the ubiquitin and calpain pathways provides a new avenue for researching drugs and dietary approaches that could prolong the function of these pathways and delay the onset of cataract. […] If it is, that would provide the opportunity to learn more about how abnormal proteins may accumulate in other disease states that are similar to cataract, including neurodegenerative diseases such as Alzheimers and Parkinsons.
#1 Pyroptosis, a novel mechanism implicated in cataracts
https://www.spandidos-publications.com/10.3892/mmr.2018.9188
An understanding of the mechanism of cataract formation may reduce its burden on medical care worldwide. It is established that pyroptosis is associated with oxidative stress, one of the causes of cataracts, and may provide novel therapeutic targets for the treatment of cataracts. […] The present study therefore investigated the role of pyroptosis in cataract formation. […] The results demonstrated that pyroptosis in H2O2-treated HLECs, and the mRNA and protein expression of caspase1 and IL1, was significantly increased compared with control cells. Furthermore, caspase1 and IL1 expression was significantly increased in cataract tissue samples compared with normal controls. […] In conclusion, the results of the present study demonstrate that pyroptosis may have a role in cataract formation, and the caspase1 and IL1 pathways may be involved in this pathological process. Pyroptosis appears to be a promising target in the prevention of cataract formation.
#1 Pyroptosis, a novel mechanism implicated in cataracts
https://www.spandidos-publications.com/10.3892/mmr.2018.9188?text=fulltext
The present study reported that pyroptosis may have an important role in human lens epithelial cells under oxidative stress. […] The present study demonstrated that caspase-1 expression was increased in lens epithelium cells treated with H2O2. In addition, the results also confirmed that caspase-1 was significantly upregulated in cataract lens anterior capsule samples compared with normal lens anterior capsule samples. […] The results of the current study demonstrate that caspase-1 expression was increased in H2O2-treated lens epithelial cells in a dose-dependent manner, as determined by RT-qPCR and western blot analysis. These results were also validated in the lens anterior capsules of cataract patients compared with normal lens anterior capsule samples. […] In conclusion, the results of the current study provide evidence that pyroptosis participates in the oxidation of human lens epithelial cells and may be involved in the initiation and progression of non-congenital cataracts. The results indicate a potential role of pyroptosis in cataract formation, which enhances our understanding of cataracts and may provide novel effective therapeutic methods for this condition.
#1
https://journals.lww.com/ijo/fulltext/2014/62020/etiopathogenesis_of_cataract__an_appraisal.2.aspx
Natural eye lens is a crystalline substance to produce a clear passage for light. Cataract is opacity within the clear lens of the eye and is the dominant cause of socio-medical problem i.e., blindness worldwide. […] Various risk factors have been identified in development of cataracts. They can be classified in to genetic factors, ageing (systemic diseases, nutritional and trace metals deficiencies, smoking, oxidative stress etc.), traumatic, complicated (inflammatory and degenerative diseases of eye), metabolic (diabetes, galactosemia etc.), toxic substances including drugs abuses, alcohol etc., radiation (ultraviolet, electromagnetic waves etc.) are implicated as significant risk factors in the development of cataract. […] Breakdown and aggregation of protein, damage to fiber cell membranes, deficiency of glutathione, oxidative damage, elevated calcium, abnormal lens epithelial cell migration etc., are some specific mechanisms responsible for senile cataract.
#1 Biology of Cataracts and Opportunities for Treatment
https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC6791712/
The slowly denaturing – and -crystallins are bound by -crystallins, which have a chaperone-like activity. […] However, complexing of the denatured -crystallins by -crystallins maintains their solubility and thus reduces light scattering, it does not result in their being recycled into the cytoplasm as would happen with true chaperones. […] With sufficient time and insults, even the high level of -crystallin in the lens is exhausted and the high molecular weight aggregates precipitate, joining the insoluble protein that increases with age and in cataractous lenses. […] Age-related cataracts, while not having as severe an impact on each affected individual as congenital cataracts, have a much greater overall burden on the population because they are extremely common. […] The risk of age-related nuclear cataract is increased by exposure to certain environmental factors such as elevated blood glucose levels, cigarette smoking or chronic exposure to wood smoke, or obesity.
#1 Biology of Cataracts and Opportunities for Treatment
https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC6791712/
Similarly, the risk of age related cortical cataracts is increased by ultraviolet light and elevated glucose levels, and the risk of age related PSC is increased by smoking, diabetes, radiation, corticosteroids, and some other drugs. […] Many epidemiological studies also support a role for genetic factors in age-related cataract. […] The best evidence supports a different pathogenic mechanism for age-related cataract, although in some cases they might share a final common pathway. […] Most age-related cataracts are the end point of an extended process in which crystallins undergo slow denaturation by a combination of environmental stress, sequence variants causing decreased stability, or disruption of cellular homeostasis. […] Thus, it seems likely that most age-related cataracts result from accumulation of HMW protein aggregates large enough to scatter light, with the lens cell architecture largely preserved. […] In some cases of age-related cataract, after depletion of free -crystallin and saturation of the HMW complexes, the UPR might be activated by unbound denatured protein.
#1
https://www.aao.org/education/image/posterior-subcapsular-cataract-5
Posterior subcapsular cataracts (PSC) are often due to aging, but they can also occur after trauma, ingestion of corticosteroids, exposure to ionizing radiation, excessive consumption of alcoholism, and inflammation. […] Visual impairment is more pronounced in bright lights due to pupillary constriction and accommodation. As the pupil becomes miotic, the light must pass through the opacity to enter the eye and this leads to a blurry image.
#1 Management of Traumatic Cataracts
https://eyesoneyecare.com/resources/management-of-traumatic-cataracts/
Traumatic cataracts form after direct or blunt ocular injury disrupts lenticular fibers, leading to their opacification. […] Traumatic cataracts are believed to form due to direct rupture of the capsule or coup contrecoup injury with equatorial expansion from hydraulic forces transferring traumatic energy to the opposite side of the eye. […] The mechanism of injury greatly impacts the visual prognosis.
#1 Cataract Surgery After Vitrectomy/Phacovitrectomy – EyeWiki
https://eyewiki.org/Cataract_Surgery_After_Vitrectomy/Phacovitrectomy
Vitrectomy is a surgical procedure to remove the vitreous gel in the treatment of posterior segment pathology. The most frequent complication of pars plana vitrectomy (PPV) is cataract formation, particularly nuclear sclerotic cataract. […] Although the exact mechanism of cataract formation or progression after PPV is not clear, with one of the leading theories postulating that increased oxygen tension after PPV causes oxidative damage of crystalline lens proteins and cataract progression. Other theories include altered milieu following vitreous removal, trauma, and iatrogenic causes. […] Older age, use of tamponade, and complex extended PPV can all be contributing factors to cataract progression after PPV. […] A meta-analysis of 51 studies found that the incidence of post-vitrectomy cataract varies considerably from 6-100%.
#1 Vitrectomy that prevents cataract formation – EyeWorld
https://www.eyeworld.org/2015/vitrectomy-prevents-cataract/
The vitreous consumes oxygen and protects the lens from oxidationso long as its a gel, Dr. Holekamp said. As the vitreous slowly liquefies with age, more oxygen circulates in the posterior chamber, causing a slowly progressive nuclear sclerotic cataract to form. […] When the vitreous is surgically removed, oxygen reaches the lens more quickly, resulting in a rapid acceleration of nuclear sclerotic cataract formation. […] The idea that oxidation causes cataract formation has come to be known as the oxygen hypothesis, an idea that has emerged only within the last several years. […] Now that we know its oxygen, we have to develop some mechanism for preventing oxygen from reaching the lens, she said. […] These strategies at this point are hypothetical, but theyre rational strategies because we now understand what causes post-vitrectomy cataracts, Dr. Holekamp said. And once we understand what causes post-vitrectomy cataracts, we can actually understand what causes age-related cataracts. So we should be able to devise strategies or methods for preventing age-related cataractsthats the end game.
#1 Inherited cataracts: molecular genetics, clinical features, disease mechanisms and novel therapeutic approaches | British Journal of Ophthalmology
https://bjo.bmj.com/content/104/10/1331
Disease-causing sequence variants in 115 genes have been identified in isolated and syndromic inherited cataract. Thirty-eight genes are responsible for distinct isolated cataract and can be divided into five main groups based on the encoded proteins: (1) crystallins, (2) membrane proteins, (3) transcription factors, (4) cytoskeletal proteins and (5) gene products with special roles in the lens. […] The timing of the appearance of cataract depends on whether it is due to a harmful mutation or primarily due to accumulated biomolecular damage. […] The lens relies on biomolecular longevity because of the lifelong retention of its components and particularly the proteins. […] The identification of genetic variants causing congenital cataract has not only improved our understanding of the pathogenesis of infantile cataract, the most frequently treatable cause of blindness in childhood, but also its more common counterpart, adult-onset cataract.
#1 Volume 1, Chapter 72B. Pathogenesis of Cataracts
http://www.oculist.net/downaton502/prof/ebook/duanes/pages/v1/v1c072b.html
The processes whereby lens epithelial cells proliferate and differentiate into lens fiber cells and the manner in which those fibers are arranged into a functional, continuously growing lens are complex and highly regulated but poorly understood. It is clear that any derangement in this process leads to lens opacity. […] It has been demonstrated that exposure of lens epithelial explants to TGF- causes morphologic and molecular changes resembling such transformation in other cell types. These changes are also similar to changes occurring in human anterior subcapsular cataracts and secondary cataract, including expression of smooth muscle actin and type I collagen, proteins not normally present in lens epithelial cells. Based on these findings, it was suggested that TGF- might be a causative factor in the formation of anterior subcapsular cataracts.
#1
#1 Focus on molecular mechanisms underlying cataract development
https://www.ophthalmologytimes.com/view/focus-on-molecular-mechanisms-underlying-cataract-development
Identifying the genetic variants causing congenital cataracts has not only improved our understanding of the pathogenesis of infantile cataracts, the most frequent treatable cause of childhood blindness, but also their more common counterpart, adult-onset cataracts. […] Such insults cause changes to the biomolecules and trigger homeostatic imbalance in the lens, leading to protein aggregation and cataracts, thus increasing light scatter to affect refraction and cause loss of vision. […] The timing of the appearance of cataracts, either during infancy or at other life stages, depends on whether they are due to a harmful sequence variant or primarily due to accumulated biomolecular damage. […] The identification of genetic variants causing congenital cataracts and the elucidation of their impact on the lens is of vital importance to develop new therapies for cataracts.
#2 Cataract – StatPearls – NCBI Bookshelf
https://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK539699/
Many degenerative processes denature and coagulate lens proteins present in lens fibers by different mechanisms, which result in loss of transparency and, ultimately, cataract formation. The various mechanisms involved are as follows: Disturbances occurring at any level of lens growth (congenital cataract), Fibrous metaplasia of lens epithelium (subcapsular cataract), Cortical hydration between lens fibers (cortical cataract), Deposition of certain pigments, i.e., urochrome (nuclear cataract). All these processes ultimately lead to an opaque lens behind the pupil, making it extremely difficult for the patient to carry on with routine activities.
#2 The Pathophysiology of Cataract and Major Interventions to Retarding Its Progression: A Mini Review – MedCrave online
https://medcraveonline.com/AOVS/the-pathophysiology-of-cataract-and-major-interventions-to-retarding-its-progression-a-mini-review.html
It is extensively recognized that oxidative stress is a significant factor in the genesis of senile cataract (the commonest cataract type), both in experimental animals and in cultured lens models. […] Advanced that in the ageing eye, barriers develop that prevent glutathione and other protective antioxidants from reaching the nucleus in the lens, thus making it susceptible to oxidation. […] The enzyme aldose reductase catalyzes the reduction of glucose to sorbitol through the polyol pathway, a process linked to the development of diabetic cataract. […] Extensive research has focused on the principal role of the AR pathway as the catalytic factor in diabetic cataract formation. […] These findings have led to the Osmotic Hypothesis of sugar cataract formation. […] Oxidative stress and osmotic imbalance can also result from nutritional and trace metals deficiencies, smoking, toxic substances including drugs abuses, alcohol etc., radiation (ultraviolet, electromagnetic waves etc). Leading to cataract formation. […] Despite the multifactorial etiology of cataract, the diseases pathogenesis is largely interlaced, with oxidative stress and free radical formation being central to cataract development.
#2 Cataract – Wikipedia
https://en.wikipedia.org/wiki/Cataract
Cataract formation is primarily driven by oxidative stress, which damages lens proteins, leading to their aggregation and the accumulation of clumps of protein or yellow-brown pigment in the lens. This reduces the transmission of light to the retina at the back of the eye, impairing vision. Additionally, alterations in the lens’s metabolic processes, including imbalances in calcium and other ions, contribute to cataract development.[11][1] […] Oxidative stress associated with lipid peroxidation is an important pathogenic mechanism in cataract formation.[22][23] Senile cataracts are associated with a decrease in antioxidant capacity in the lens.[22] An increase in oxidative stress in the lens or a decrease in the ability to remove reactive oxygen species can lead to the lens becoming more opaque.[22]
#2 The Pathophysiology of Cataract and Major Interventions to Retarding Its Progression: A Mini Review – MedCrave online
https://medcraveonline.com/AOVS/the-pathophysiology-of-cataract-and-major-interventions-to-retarding-its-progression-a-mini-review.html
Cataracts are the principal cause of blindness, globally, affecting the older cohort (specifically those in their fifth decades and beyond). […] The pathophysiology of cataract is not fully understood albeit aldose-reductase inhibitors and antioxidants have proven beneficial in the prevention and management of this vision threatening condition in vitro and in vivo experimental studies. […] The lens is composed of specialized proteins (called crystallins), whose optical properties are dependent on the fine arrangement of their three-dimensional structure and hydration. […] However, as ageing takes place, oxidative stress occurs which reflects an imbalance between the systemic manifestation of reactive oxygen species and a biological system’s ability to readily detoxify the reactive intermediates or to repair the resulting damage.
#2 Epidemiology, Pathophysiology, Causes, Morphology, and Visual Effects of Cataract | Ento Key
https://entokey.com/epidemiology-pathophysiology-causes-morphology-and-visual-effects-of-cataract/
Factors in cataract pathogenesis include lens protein oxidation, mitochondrial function, failure of protective mechanisms, protein modification, and abnormalities of calcium metabolism, cellular proliferation, and differentiation. […] The transparency of the lens is dependent on the regular organization of the lens cells and intracellular lens proteins. […] Genetic, metabolic, nutritional, and environmental insults and ocular and systemic diseases disrupt cellular organization and intracellular homeostasis, eventually causing light scattering and absorption, which compromise vision. […] Oxidation is a key feature in the pathogenesis of most cataracts. […] Free radicals can adversely affect nucleic acids, lipids, and proteins, altering the normal redox status and leading to increased oxidative stress and cataracts.
#2 Senile Cataract (Age-Related Cataract): Practice Essentials, Background, Pathophysiology
https://emedicine.medscape.com/article/1210914-overview
Consequently, progressive oxidative damage to the lens with aging takes place, leading to senile cataract development. Various studies showing an increase in products of oxidation (eg, oxidized glutathione) and a decrease in antioxidant vitamins and the enzyme superoxide dismutase underscore the important role of oxidative processes in cataractogenesis. […] Another mechanism involved is the conversion of soluble low-molecular weight cytoplasmic lens proteins to soluble high molecular weight aggregates, insoluble phases, and insoluble membrane-protein matrices. The resulting protein changes cause abrupt fluctuations in the refractive index of the lens, scatter light rays, and reduce transparency. […] Senile cataract can be classified into 3 main types: nuclear cataract, cortical cataract, and posterior subcapsular cataract. Nuclear cataracts result from excessive nuclear sclerosis and yellowing, with consequent formation of a central lenticular opacity. In some instances, the nucleus can become very opaque and brown, termed a brunescent nuclear cataract. Changes in the ionic composition of the lens cortex and the eventual change in hydration of the lens fibers produce a cortical cataract. Formation of granular and plaquelike opacities in the posterior subcapsular cortex often heralds the formation of posterior subcapsular cataracts.
#2 Pathogenesis of Cataracts | Ento Key
https://entokey.com/pathogenesis-of-cataracts/
The vacuoles or lakes containing this water have a low refractive index relative to the protein-rich cytoplasm in the fibers, and the discontinuities create light scatter and cataract. […] Nuclear cataracts occur in the central region of the lens and appear to involve an acceleration of processes that occur during aging even in the normal lens. The proteins accumulate postsynthetic modifications, especially resulting from oxidation, leading to formation of protein aggregates that scatter light. […] The most prominent molecular feature of nuclear cataract is oxidation, which is evident in the modifications occurring to the lens crystallins (and other lens proteins) and in the decreases seen in the critical cellular reducing compound glutathione. […] It now appears that the fundamental processes involved in nuclear cataractogenesis are being established.
#2 Current Approach to the Pathogenesis of Diabetic Cataracts
https://www.mdpi.com/1422-0067/24/7/6317
The sorbitol pathway, also known as the polyol pathway, is the main pathway involved in diabetic cataract formation. An increased accumulation of sorbitol and a lower concentration of fructose in the lens result in a hyperosmotic effect, which results in the fluid moving into the interior of the lens to equalize the osmotic gradient. Initially, the energy-dependent lens pumps are capable of compensating for this but, eventually, become overloaded. This results in liquefaction and swelling of the lens fibers, leading to their degeneration and opacification. […] Evidence of the involvement of oxidative stress in the development of diabetic cataracts is also available. The induction of this process in diabetes results from a variety of mechanisms. Hyperglycemia may lead to auto-oxidation of glucose and non-enzymatic glycation, collectively referred to as glycoxidation, resulting in the overproduction of free oxygen radicals in the lens.
#2 Researchers Identify Mechanism Involved in Causing Cataracts in Mice | Lab Manager
https://www.labmanager.com/researchers-identify-mechanism-involved-in-causing-cataracts-in-mice-12422
A team of scientists has established that a breakdown in communication between two biochemical pathways in the eye is involved in causing cataracts in mice. […] Cataracts are caused in part by the accumulation of abnormal proteins. Normally, obsolete or damaged proteins are removed by the ubiquitin and lysosomal pathways. […] The authors noticed when the ubiquitin pathway falters calcium flows into the cells of the lens, causing a third pathway to activate. It is this third pathway that causes cataract-related damage in the eye. […] We discovered that the ubiquitin pathway and the calpain pathway communicate with one another. When their conversation goes awry, cells start a vicious cycle in which proteins are improperly degraded. […] This leads to alterations in proteins and the beginning of the clouding of the lens that signals the onset of cataract.
#2 Pyroptosis, a novel mechanism implicated in cataracts
https://www.spandidos-publications.com/10.3892/mmr.2018.9188?text=fulltext
The present study reported that pyroptosis may have an important role in human lens epithelial cells under oxidative stress. […] The present study demonstrated that caspase-1 expression was increased in lens epithelium cells treated with H2O2. In addition, the results also confirmed that caspase-1 was significantly upregulated in cataract lens anterior capsule samples compared with normal lens anterior capsule samples. […] The results of the current study demonstrate that caspase-1 expression was increased in H2O2-treated lens epithelial cells in a dose-dependent manner, as determined by RT-qPCR and western blot analysis. These results were also validated in the lens anterior capsules of cataract patients compared with normal lens anterior capsule samples. […] In conclusion, the results of the current study provide evidence that pyroptosis participates in the oxidation of human lens epithelial cells and may be involved in the initiation and progression of non-congenital cataracts. The results indicate a potential role of pyroptosis in cataract formation, which enhances our understanding of cataracts and may provide novel effective therapeutic methods for this condition.
#2 Inherited cataracts: molecular genetics, clinical features, disease mechanisms and novel therapeutic approaches | British Journal of Ophthalmology
https://bjo.bmj.com/content/104/10/1331
Disease-causing sequence variants in 115 genes have been identified in isolated and syndromic inherited cataract. Thirty-eight genes are responsible for distinct isolated cataract and can be divided into five main groups based on the encoded proteins: (1) crystallins, (2) membrane proteins, (3) transcription factors, (4) cytoskeletal proteins and (5) gene products with special roles in the lens. […] The timing of the appearance of cataract depends on whether it is due to a harmful mutation or primarily due to accumulated biomolecular damage. […] The lens relies on biomolecular longevity because of the lifelong retention of its components and particularly the proteins. […] The identification of genetic variants causing congenital cataract has not only improved our understanding of the pathogenesis of infantile cataract, the most frequently treatable cause of blindness in childhood, but also its more common counterpart, adult-onset cataract.
#3 Inherited cataracts: molecular genetics, clinical features, disease mechanisms and novel therapeutic approaches | British Journal of Ophthalmology
https://bjo.bmj.com/content/104/10/1331
Disease-causing sequence variants in 115 genes have been identified in isolated and syndromic inherited cataract. Thirty-eight genes are responsible for distinct isolated cataract and can be divided into five main groups based on the encoded proteins: (1) crystallins, (2) membrane proteins, (3) transcription factors, (4) cytoskeletal proteins and (5) gene products with special roles in the lens. […] The timing of the appearance of cataract depends on whether it is due to a harmful mutation or primarily due to accumulated biomolecular damage. […] The lens relies on biomolecular longevity because of the lifelong retention of its components and particularly the proteins. […] The identification of genetic variants causing congenital cataract has not only improved our understanding of the pathogenesis of infantile cataract, the most frequently treatable cause of blindness in childhood, but also its more common counterpart, adult-onset cataract.