青光眼視神經(jīng)壓力損傷相關(guān)分子機(jī)制研究進(jìn)展

顏繁誠(chéng) 王寧利

(1. 中南大學(xué)愛(ài)爾眼科學(xué)院，長(zhǎng)沙 410015；2. 首都醫(yī)科大學(xué)附屬北京同仁醫(yī)院 北京同仁眼科中心 北京市眼科研究所 眼科學(xué)與視覺(jué)科學(xué)北京市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100730)

· 眼病診療新技術(shù) ·

青光眼視神經(jīng)壓力損傷相關(guān)分子機(jī)制研究進(jìn)展

顏繁誠(chéng)1王寧利2*

(1. 中南大學(xué)愛(ài)爾眼科學(xué)院，長(zhǎng)沙 410015；2. 首都醫(yī)科大學(xué)附屬北京同仁醫(yī)院 北京同仁眼科中心 北京市眼科研究所 眼科學(xué)與視覺(jué)科學(xué)北京市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100730)

青光眼是一組具有特征性視神經(jīng)損害及視野缺損，且以視網(wǎng)膜神經(jīng)節(jié)細(xì)胞死亡為病理改變的疾病，是全球最常見(jiàn)的不可逆性致盲眼病。目前有關(guān)視神經(jīng)損害的機(jī)制并不完全清楚，臨床上亦缺乏有效的視神經(jīng)保護(hù)治療方法，尤其缺乏從分子水平提高視網(wǎng)膜神經(jīng)節(jié)細(xì)胞對(duì)抗壓力損害的干預(yù)方式。因此探討視神經(jīng)壓力損傷的分子機(jī)制，比如經(jīng)機(jī)械應(yīng)力信號(hào)通路和炎性反應(yīng)因素引起的視網(wǎng)膜繼發(fā)性損傷機(jī)制等成為本領(lǐng)域研究熱點(diǎn)。本文就上述研究進(jìn)展進(jìn)行綜述。

視網(wǎng)膜神經(jīng)節(jié)細(xì)胞；腫瘤壞死因子-α；整合素

青光眼是全球第一位不可逆致盲性眼病[1]。據(jù)推算，2020年全球青光眼病人將增至7 960萬(wàn)[2]。美國(guó)每年直接用于青光眼治療的費(fèi)用高達(dá)28.6億美元[3]。我國(guó)目前尚無(wú)青光眼相關(guān)治療費(fèi)用的統(tǒng)計(jì)，依據(jù)我國(guó)青光眼病人數(shù)量約為美國(guó)的5～6倍推算[4-5]，如果對(duì)我國(guó)所有青光眼病人都進(jìn)行治療，直接的治療費(fèi)用可達(dá)150～180億美元。深入了解青光眼的發(fā)病機(jī)制，研發(fā)有效的青光眼診斷和治療方案，具有非常重要的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)意義。

青光眼是一組以視網(wǎng)膜神經(jīng)節(jié)細(xì)胞(retinal ganglion cells, RGCs)及其軸突進(jìn)行性丟失為特征的視神經(jīng)變性疾病，主要表現(xiàn)為進(jìn)行性的視神經(jīng)損傷、萎縮和視野缺損[6]。青光眼主要分為原發(fā)性閉角型青光眼(primary angle-closure glaucoma，PACG)和原發(fā)性開(kāi)角型青光眼(primary open-angle glaucoma，POAG)兩類。PACG主要因房角關(guān)閉導(dǎo)致房水外流受阻、眼壓升高損害視神經(jīng)，其發(fā)病機(jī)制較為明確。而POAG占我國(guó)青光眼病人總數(shù)的74%，其發(fā)病原因至今未明[2]。

目前臨床上某些POAG病人眼壓盡管控制在正常范圍，但視網(wǎng)膜神經(jīng)節(jié)細(xì)胞仍持續(xù)的損害丟失。正常眼壓類型的青光眼病人，進(jìn)一步降低眼壓缺乏有效治療藥物。因此，探索青光眼視神經(jīng)損害分子機(jī)制，從分子水平為視網(wǎng)膜神經(jīng)節(jié)細(xì)胞對(duì)抗壓力損害探尋干預(yù)靶點(diǎn)成為多青光眼學(xué)者的迫切需求。

1 炎性反應(yīng)免疫因素

青光眼視神經(jīng)損傷主要分為原發(fā)性損傷和繼發(fā)性損傷兩類，其中炎性反應(yīng)免疫因素是繼發(fā)性損傷機(jī)制中的主要因素，主要包括細(xì)胞表面非選擇性跨膜通道蛋白泛連接蛋白介導(dǎo)炎性反應(yīng)發(fā)生、腫瘤壞死因子-α(tumor necrosis factor-α, TNF-α)在青光眼損害中的相關(guān)通路機(jī)制以及核轉(zhuǎn)錄因子-κB(nuclear factor-κB, NF-κB)在青光眼調(diào)節(jié)炎性反應(yīng)及免疫反應(yīng)的作用等方面。

泛連接蛋白主要參與組成非選擇性跨膜通道。在受到壓力因素刺激時(shí)，泛連接蛋白除了介導(dǎo)鈣離子內(nèi)移及對(duì)ATP增強(qiáng)滲透性以外，還具有介導(dǎo)炎性反應(yīng)的作用[7-9]。在泛連接蛋白敲除的動(dòng)物模型中，由泛連接蛋白調(diào)節(jié)的caspase-1及炎性反應(yīng)相關(guān)因子——白介素-1β(interleukin-1β, IL-1β)和白介素-18(interleukin-18, IL-18)激活調(diào)控停止，從而影響白介素分泌至細(xì)胞外參與炎性反應(yīng)的發(fā)生[10-12]。有研究[13]證實(shí)，大量表達(dá)泛連接蛋白1的視網(wǎng)膜神經(jīng)節(jié)細(xì)胞對(duì)一些病理性或促炎性反應(yīng)刺激而產(chǎn)生的神經(jīng)毒性反應(yīng)尤為敏感。其調(diào)節(jié)神經(jīng)毒性的作用，可以通過(guò)內(nèi)源性神經(jīng)元炎性反應(yīng)小體介導(dǎo)加強(qiáng)[10,13]。而在泛連接蛋白1敲除的老鼠模型中，當(dāng)對(duì)其進(jìn)行神經(jīng)損傷干預(yù)后，此類動(dòng)物表現(xiàn)出較強(qiáng)的神經(jīng)保護(hù)作用，進(jìn)一步證實(shí)其可介導(dǎo)神經(jīng)元損害的作用[14-15]。

TNF-α是視網(wǎng)膜介導(dǎo)炎性反應(yīng)的一類重要因子。已有研究[16-19]表明，青光眼病人視網(wǎng)膜和視神經(jīng)中由膠質(zhì)細(xì)胞分泌的TNF-α增多，通過(guò)TNF受體信號(hào)通路而導(dǎo)致RGCs死亡。TNF受體主要包括2種亞型：腫瘤壞死因子受體1(tumor necrosis factor receptor 1,TNFR1)和腫瘤壞死因子受體2(tumor necrosis factor receptor 2, TNFR2)。其中，TNFR1在青光眼神經(jīng)退行性病變及炎性反應(yīng)中起到作用，原因與其受體本身包含位于細(xì)胞內(nèi)段的死亡結(jié)構(gòu)域有關(guān)，該死亡結(jié)構(gòu)域可以介導(dǎo)細(xì)胞的凋亡[16]。近期視網(wǎng)膜蛋白質(zhì)組學(xué)的研究[18]顯示，在青光眼病人視網(wǎng)膜中TNFR介導(dǎo)的凋亡通路及其他炎性反應(yīng)信號(hào)通路被大量激活，TNF-α、TNFR1顯著增高，通路下游的相互作用蛋白，如TNFR1相關(guān)死亡結(jié)構(gòu)域(tnf receptor associated death domain, TRADD)、TNFR相關(guān)因子家族以及在TNF-α/TNFR1信號(hào)通路中相關(guān)的蛋白激酶均升高，進(jìn)一步確認(rèn)了TNF-α在青光眼RGCs損害中的重要作用。

NF-κB是TNF受體激活后的細(xì)胞內(nèi)下游通路蛋白[20]。研究[18-19]顯示，青光眼病人視網(wǎng)膜特異性蛋白激酶的表達(dá)主要是NF-kB激活通路相關(guān)蛋白，主要包括受體相互作用蛋白激酶(receptor interacting protein kinase,RIPK)，NF-κB誘導(dǎo)的激酶抗體(nuclear factor-kappa B-inducing kinase, NIK)等。Yang等[18-19]發(fā)現(xiàn)青光眼病人視網(wǎng)膜中TNF-α/TNFR1通路中相關(guān)上下游的蛋白除了表達(dá)量增多，其中NF-κB作為一個(gè)調(diào)節(jié)免疫反應(yīng)的關(guān)鍵調(diào)節(jié)器也被激活，由此可見(jiàn)，NF-κB通路在青光眼性神經(jīng)元退行性變中是TNFR介導(dǎo)促炎性反應(yīng)通路中重要環(huán)節(jié)，可將其作為治療青光眼繼發(fā)性損傷的首選靶點(diǎn)進(jìn)行后續(xù)研究[21-22]。

2 機(jī)械應(yīng)力信號(hào)通路與青光眼

細(xì)胞表面存在對(duì)機(jī)械應(yīng)力敏感的受體，這些受體能將所感應(yīng)的機(jī)械力信號(hào)通過(guò)細(xì)胞表面特殊的分子通道傳遞至胞內(nèi)不同結(jié)構(gòu)部件上，實(shí)現(xiàn)力化學(xué)轉(zhuǎn)化，從而調(diào)節(jié)細(xì)胞的生理機(jī)能，對(duì)細(xì)胞產(chǎn)生生物學(xué)影響，其主要包括整合素(integrin)系統(tǒng)和離子通道系統(tǒng)[23]。

已有實(shí)驗(yàn)證據(jù)[24-25]表明，視網(wǎng)膜神經(jīng)節(jié)細(xì)胞的膜表面具有機(jī)械應(yīng)力感受受體，主要包括離子通道和整合素，這些受體可以感受壓力的變化，促進(jìn)細(xì)胞內(nèi)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)，引發(fā)細(xì)胞相關(guān)生物學(xué)反應(yīng)，有可能是青光眼壓力相關(guān)的視神經(jīng)損害分子機(jī)制之一。

整合素是一種細(xì)胞膜表面受體，其通過(guò)細(xì)胞內(nèi)骨架蛋白與細(xì)胞外環(huán)境產(chǎn)生聯(lián)系，并且參與很多細(xì)胞內(nèi)的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路[26]。相關(guān)的配體主要為細(xì)胞外基質(zhì)(extracellular matrix, ECM)蛋白, 如膠原蛋白、纖粘連蛋白、層粘連蛋白等。所有的整合素均是非共價(jià)鍵鏈接，異質(zhì)二聚體包含2個(gè)亞組，分別是α和β，每組α、β的組合都有特殊的作用模式。大部分的整合素分別只識(shí)別幾種細(xì)胞外基質(zhì)蛋白，與此相反，各種細(xì)胞外基質(zhì)蛋白都能分別結(jié)合多種整合素。整合素的細(xì)胞外結(jié)合能力是細(xì)胞由內(nèi)到外的信號(hào)傳導(dǎo)進(jìn)行調(diào)節(jié)的，而細(xì)胞外基質(zhì)結(jié)合能力的引導(dǎo)信號(hào)由細(xì)胞外向內(nèi)傳導(dǎo)[27]。

研究[28-30]顯示，當(dāng)神經(jīng)元細(xì)胞受到外力時(shí)，細(xì)胞外基質(zhì)等跨膜粘連蛋白與細(xì)胞表面整合素受體結(jié)合，形成細(xì)胞外基質(zhì)-局部粘連復(fù)合體-細(xì)胞骨架網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，細(xì)胞內(nèi)外的機(jī)械-生物信號(hào)轉(zhuǎn)換由此傳導(dǎo)：細(xì)胞內(nèi)聚集黏附激酶(focal adhesion kinase, FAK)磷酸化，激活RAS蛋白、絲裂原活化蛋白激酶(mitogen activated protein kinase, MAPK)途徑，進(jìn)而通過(guò)細(xì)胞骨架調(diào)節(jié)蛋白或胞內(nèi)信號(hào)通路分子，調(diào)節(jié)細(xì)胞骨架蛋白(F-肌動(dòng)蛋白、肌球蛋白、波形蛋白等)，導(dǎo)致細(xì)胞骨架重塑，功能細(xì)胞器位置異常，最終引發(fā)細(xì)胞生命活動(dòng)變化。同時(shí)FAK磷酸化可激活磷脂酰三磷酸肌醇(phosphoinositide 3-kinase, PI3K)和絲氨酸蘇氨酸蛋白激酶信號(hào)通路，調(diào)控線粒體BclXL的蛋白表達(dá)，從而調(diào)節(jié)線粒體啟動(dòng)細(xì)胞凋亡途徑。

Vecino等[31]研究顯示，在不同類別細(xì)胞外基質(zhì)中培養(yǎng)的RGCs，胞體及軸突生長(zhǎng)的速率并不一致，而且不同種類的RGCs對(duì)相同的細(xì)胞外基質(zhì)的反應(yīng)亦不相同，說(shuō)明RGCs表面的整合素對(duì)不同種類的細(xì)胞外基質(zhì)的反應(yīng)并不相同。提示未來(lái)研究與整合素通路傳導(dǎo)相關(guān)的神經(jīng)節(jié)細(xì)胞損害機(jī)制要注意區(qū)別不同種類的RGCs。除了RGCs和整合素的相關(guān)研究，Morrison等[32]還觀察了整合素在視盤(pán)周圍的分布及定位，發(fā)現(xiàn)整合素的一些亞型在視盤(pán)周圍的星形膠質(zhì)細(xì)胞、小膠質(zhì)細(xì)胞及血管內(nèi)皮細(xì)胞上均有表達(dá)，提示整合素的不同亞型其作用也是不盡相同的。

離子通道(ion channel)廣泛存在于生命體中，在多種生命活動(dòng)中發(fā)揮重要作用，這其中包括了一部分應(yīng)力敏感離子通道，例如瞬時(shí)感受器電位香草酸受體4(transient receptor potential vanilloid 4, TRPV4)、P2X7受體(P2X7 receptor, P2X7R)等。已有研究[24]顯示離子通道受體在視網(wǎng)膜神經(jīng)節(jié)細(xì)胞表面作為相應(yīng)的機(jī)械應(yīng)力感受器及效應(yīng)器，在各種化學(xué)及物理的刺激下發(fā)揮調(diào)節(jié)滲透及多種調(diào)節(jié)分子的整合功能。其中在壓力增高作用下，壓力敏感離子相關(guān)通道蛋白開(kāi)放，促使細(xì)胞內(nèi)相應(yīng)離子濃度迅速增高(如Ca2+)，可促使大量ATP向細(xì)胞外釋放，最終導(dǎo)致線粒體耗竭。同時(shí)，細(xì)胞內(nèi)較高濃度的Ca2+激活細(xì)胞凋亡相關(guān)基因發(fā)生轉(zhuǎn)錄，如P53等。

當(dāng)前對(duì)青光眼的治療方式仍然局限于降低眼壓等物理影響因素，缺乏從分子水平提高視網(wǎng)膜神經(jīng)節(jié)細(xì)胞對(duì)抗壓力損害的治療方式。因此探討壓力相關(guān)的損害傳導(dǎo)機(jī)制以及因機(jī)械應(yīng)力感受器和炎性反應(yīng)因素引起的視網(wǎng)膜繼發(fā)性損傷機(jī)制成為本領(lǐng)域研究熱點(diǎn)。如上所述，整合素的不同構(gòu)型在RGCs中的作用以及與其他信號(hào)分子之間的相互作用等，仍需要進(jìn)一步研究。細(xì)胞應(yīng)力引起細(xì)胞內(nèi)離子濃度波動(dòng)的機(jī)制是復(fù)雜且多方面的，雖然在鈣離子濃度變化的機(jī)制研究中取得一些進(jìn)展，但由離子通道信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)引起的視神經(jīng)繼發(fā)性損傷機(jī)制也需要進(jìn)一步研究。同時(shí)，視網(wǎng)膜神經(jīng)節(jié)細(xì)胞和相關(guān)周圍細(xì)胞如血管內(nèi)皮細(xì)胞、星形膠質(zhì)細(xì)胞、Müller細(xì)胞和小膠質(zhì)細(xì)胞之間的相互影響也需要重點(diǎn)考慮。希望為青光眼視神經(jīng)損害機(jī)制提供新的理論基礎(chǔ)，從分子水平為視網(wǎng)膜神經(jīng)節(jié)細(xì)胞對(duì)抗壓力梯度損害探尋干預(yù)靶點(diǎn)。

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編輯 孫超淵

Progress in the molecular mechanism of optic nerve damage caused by stress in glaucoma

Yan Fancheng1, Wang Ningli2*

(1.AierSchoolofOphthalmology,CentralSouthUniversity,Changsha410015,China; 2.BeijingInstituteofOphthalmology,BeijingTongrenEyeCenter,BeijingTongrenHospital,CapitalMedicalUniversity；BeijingOphthalmology&VisualSciencesKeyLaboratory,Beijing100730,China)

Glaucoma is a disease characterized by optic nerve damage, visual field defect, and retinal ganglion cells (RGCs) death，which is one of the most common irreversible blinding eye disease in the world. However, the mechanism of the optic nerve damage is not clear. By now, there are no effective clinical neuroprotective treatment methods, especially it was proposed that intervention mode through the RGCs confront against the stress-related damage through molecular methods should be developed. So to explore molecular mechanisms of stress-related damage, such as mechanosensitivity signaling pathways and inflammatory factors of retinal secondary damage mechanism, are becoming hot spots in this field of research. This article summarizes the research progress in the above mentioned fields.

retinal ganglion cells; tumor necrosis factor-α; integrin

國(guó)家自然科學(xué)基金(81470635)，中南大學(xué)中央高?；究蒲袠I(yè)務(wù)費(fèi)專項(xiàng)資金(2016zzts162)。This study was supported by National Natural Science Foundation of China (81470635)， Fundamental Research Funds for the Central Universities of Central South University(2016zzts162)。

時(shí)間：2017-01-17 23∶54

http://www.cnki.net/kcms/detail/11.3662.R.20170117.2354.048.html

10.3969/j.issn.1006-7795.2017.01.008]

R 77

2016-09-10)

*Corresponding author， E-mail： wningli@vip.163.com