炎癥相關(guān)機(jī)制在青光眼視網(wǎng)膜視神經(jīng)損傷與保護(hù)中的作用

吳嘉雯 張圣海

(復(fù)旦大學(xué)附屬眼耳鼻喉科醫(yī)院眼科 上海 200031)

青光眼已經(jīng)成為世界上最常見(jiàn)的致盲性眼病之一，2040年全球青光眼人數(shù)將增加至1.118 億[1]。臨床上，青光眼的治療以降低眼壓為主的藥物治療和濾過(guò)性手術(shù)、防止并發(fā)癥為主[2]，但是無(wú)論何種方式都無(wú)法完全阻止青光眼視神經(jīng)退行性病變[3]。傳統(tǒng)學(xué)說(shuō)認(rèn)為，青光眼視神經(jīng)損傷的機(jī)制主要包括機(jī)械學(xué)說(shuō)、血管學(xué)說(shuō)以及兩種學(xué)說(shuō)的結(jié)合。近年來(lái)，學(xué)者認(rèn)為炎癥反應(yīng)是視神經(jīng)損傷的共同特征[4-5]，低水平的炎癥反應(yīng)對(duì)維持視網(wǎng)膜及其附近的穩(wěn)態(tài)具有重要作用，但是當(dāng)炎癥反應(yīng)過(guò)度則會(huì)造成視神經(jīng)損傷，視網(wǎng)膜神經(jīng)節(jié)細(xì)胞(retinal ganglion cells,RGCs)死亡等一系列不可逆的退行性病 變[6]。因此，本文通過(guò)對(duì)青光眼炎癥相關(guān)機(jī)制在視神經(jīng)損傷和保護(hù)中的深入闡述，以期為青光眼的視神經(jīng)保護(hù)治療策略提供借鑒意義。

1 炎癥相關(guān)機(jī)制在青光眼視網(wǎng)膜視神經(jīng)損傷中的作用

1.1 免疫失衡 雖然存在血-視網(wǎng)膜屏障，但免疫細(xì)胞仍可參與青光眼的病理過(guò)程，免疫失衡是青光眼炎癥反應(yīng)的重要機(jī)制[7]。升高的眼壓(intraocular pressure，IOP)會(huì)上調(diào)熱休克蛋白，引發(fā)包括小膠質(zhì)細(xì)胞激活、T細(xì)胞和巨噬細(xì)胞浸潤(rùn)在內(nèi)的固有和適應(yīng)性免疫反應(yīng)，持續(xù)和過(guò)度的免疫反應(yīng)會(huì)導(dǎo)致RGCs凋亡和視力喪失[8]。Margeta等[7]在13例捐贈(zèng)的青光眼患眼的視神經(jīng)和視乳頭中均找到了CD163+的巨噬細(xì)胞。T細(xì)胞在青光眼神經(jīng)退行性病變中的轉(zhuǎn)移會(huì)導(dǎo)致正常IOP小鼠的RGCs及其軸突逐漸丟失[8]。研究人員在視網(wǎng)膜中找到了與經(jīng)典補(bǔ)體途徑(C1qa、C1qg，C3，C4)和旁路途徑相關(guān)(B因子、C3)的基因，表明補(bǔ)體系統(tǒng)參與了RGCs的死亡過(guò)程[8]。在急性青光眼大鼠、小鼠以及人中均可找到炎癥小 體[9]。Chi等[10]發(fā)現(xiàn)急性升高的眼壓激活了TLR-4，進(jìn)而觸發(fā)了caspase-8的生成，Caspase-8激活炎癥小體NLRP1和NLRP3，L-1β水平上升，RGCs死亡。在小鼠青光眼模型中，高遷移率族蛋白B1(high-mobility group box 1，HMGB1)由壞死細(xì)胞釋放，觸發(fā)HMGB1的釋放，進(jìn)而激活caspase-1依賴性NLRP3炎癥小體和通過(guò)caspase-8激活 IL-1β[9]。

1.2 膠質(zhì)細(xì)胞的活化 由于血-視網(wǎng)膜屏障的存在，生理狀態(tài)下血源性的免疫細(xì)胞無(wú)法進(jìn)入視網(wǎng)膜，因此膠質(zhì)細(xì)胞成為了視網(wǎng)膜中主要的免疫細(xì)胞，發(fā)揮維持視網(wǎng)膜的穩(wěn)態(tài)、清除雜質(zhì)以及修復(fù)組織的保護(hù)作用[6]。軸突運(yùn)輸障礙、高眼壓、興奮毒性等因素可引起膠質(zhì)細(xì)胞過(guò)度活化，并使其在視網(wǎng)膜和視神經(jīng)中重新分布，改變形態(tài)，生成細(xì)胞因子和白介素等影響RGCs的存活[11]。星形膠質(zhì)細(xì)胞、Müller細(xì)胞和小膠質(zhì)細(xì)胞是視網(wǎng)膜和視神經(jīng)中3種類型的常駐免疫細(xì)胞[12]。近來(lái)，眾多研究[13-15]表明，3種膠質(zhì)細(xì)胞在青光眼視神經(jīng)損傷中均具有保護(hù)和損傷雙重作用。M1型小膠質(zhì)細(xì)胞產(chǎn)生蛋白水解酶和促炎細(xì)胞因子(TNF-α，IL-1β，IL-6，IL-12和NO等)促進(jìn)組織炎癥發(fā)生[16-18]；M2型小膠質(zhì)細(xì)胞上調(diào)CD68，CD206和Ym1的表達(dá)，產(chǎn)生抗炎介質(zhì)(如IL-10、IL-4、IL-13、TGF-β)和神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子(IGF-1)參與組織修復(fù)和生長(zhǎng)刺激[14,19]。A1型星形膠質(zhì)細(xì)胞上調(diào)炎性介質(zhì)產(chǎn)生損傷作用而A2型促進(jìn)愈合修復(fù)[6]。Sterling等[7]在微磁珠誘導(dǎo)的高眼壓小鼠青光眼模型中研究了A1型星形膠質(zhì)細(xì)胞，發(fā)現(xiàn)在高IOP的作用下，IL-1α、TNF-α和C1q的水平升高。此外，促炎因子(IL-1，IL-8和TNF-α)還可以調(diào)節(jié)金屬基質(zhì)蛋白酶(matrix metalloproteinase，MMP)的表達(dá)，導(dǎo)致星形膠質(zhì)細(xì)胞周?chē)M織中的彈性蛋白和膠原沉積[20]。Müller細(xì)胞一方面在激活早期增加谷氨酸攝取、分泌抗氧化物質(zhì)和神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子起到保護(hù)RGCs的作用，另一方面過(guò)度激活分泌NO、TNF-α、IL-1β、MMP-9等也會(huì)導(dǎo)致和加重視神經(jīng)的損傷[13,21]。

1.3 氧化應(yīng)激和線粒體功能損傷 氧化應(yīng)激被認(rèn)為是青光眼重要的致病危險(xiǎn)因素，其產(chǎn)物活性氧(reactive oxygen species,ROS)可作為驅(qū)動(dòng)信號(hào)參與炎癥，升高的眼壓和缺氧引起的氧化應(yīng)激導(dǎo)致青光眼視神經(jīng)的萎縮和杯盤(pán)比的增大[22]。細(xì)胞內(nèi)外晚期糖基化終末產(chǎn)物累積增加，氧化應(yīng)激觸發(fā)NF-κB，調(diào)節(jié)炎癥分子(包括IL-6，TNF-α，iNOS)、細(xì)胞間黏附分子ICAM-1、MMP-9和凋亡抑制因子Bcl-2的表達(dá)[23]。缺血/缺氧或氧化應(yīng)激可能會(huì)損傷線粒體功能，在青光眼中，氧化應(yīng)激產(chǎn)生的線粒體DNA(mtDNA)的損傷過(guò)度激活了線粒體功能障礙，導(dǎo)致了RGCs的凋亡[22,24]。功能失調(diào)的線粒體也會(huì)釋放多種損傷相關(guān)的分子模式(damage associated molecular patterns,DAMPs，如ATP、ROS和mtDNA)，這些DAMPs會(huì)激活NLRP3炎癥小體，這又觸發(fā)了促炎癥細(xì)胞因子前體蛋白水解(如IL-1β)并導(dǎo)致NF-κB通路的激活[25]。近來(lái)，Soo-Ho Choi等[26]研究表明，基因敲除定位于線粒體的AIBP蛋白會(huì)導(dǎo)致RGCs和Müller細(xì)胞的線粒體功能障礙，激活TLR4介導(dǎo)的免疫反應(yīng)。

1.4 缺血/缺氧 缺血會(huì)直接上調(diào)TNF-α，通過(guò)TNF受體1和COX-2直接導(dǎo)致RGCs的死亡，也可以通過(guò)間接損傷Müller細(xì)胞攝取谷氨酸的能力，導(dǎo)致谷氨酸的過(guò)度堆積，造成谷氨酸細(xì)胞毒性作用[27]。缺氧已經(jīng)被認(rèn)為在青光眼視神經(jīng)損傷中發(fā)揮重要作用，高水平的缺氧誘導(dǎo)因子-1α(hypoxia inducible factor-1α，HIF-α)存在于星形膠質(zhì)細(xì)胞和Müller細(xì)胞當(dāng) 中[28]，可誘導(dǎo)血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子(vascular endothelial growth factor,VEGF)和一氧化氮合酶的產(chǎn)生，可能引起青光眼血-視網(wǎng)膜屏障破壞[29]。缺氧也使RGCs和Müller細(xì)胞的線粒體造成了損傷，導(dǎo)致了谷氨酸異常聚集，NMDA和AMPA受體的異?；罨?，增加了細(xì)胞鈣內(nèi)流，capase信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)異常以及RGCs的死亡[30]。

2 抗炎癥相關(guān)機(jī)制在青光眼視網(wǎng)膜視神經(jīng)保護(hù)中的作用

近年來(lái)，關(guān)于視神經(jīng)保護(hù)策略的研究主要包括補(bǔ)充神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子、抑制谷氨酸興奮毒性、抑制凋亡過(guò)程、抗氧化應(yīng)激作用、阻斷NO的神經(jīng)毒性、抑制膠質(zhì)細(xì)胞的過(guò)度活化[31]。炎癥相關(guān)機(jī)制貫穿著所有青光眼類型的病程始終，因此調(diào)節(jié)青光眼的炎癥相關(guān)反應(yīng)也是未來(lái)不可或缺的視神經(jīng)保護(hù)策略的一環(huán)。

2.1 抑制炎癥因子的釋放 炎癥因子的釋放是青光眼炎癥相關(guān)機(jī)制不可避免的一步。因此，通過(guò)抑制炎癥因子的釋放可以減輕青光眼炎癥反應(yīng)，對(duì)視神經(jīng)具有一定的保護(hù)作用。在鞏膜靜脈灼燒(EVC)誘導(dǎo)的高IOP大鼠中，飲水中給予咖啡因(1 g/L)可抑制總體炎癥反應(yīng)和預(yù)防視網(wǎng)膜小膠質(zhì)細(xì)胞的活化，提高RGCs的存活率[32]?？Х缺揭阴ヒ驳玫搅祟愃频男Ч档土搜装Y細(xì)胞因子(IL-6、IL-8、iNOS、COX-2、TNF-α、CCL-2/MCP-1)的表達(dá)[33]。對(duì)EVC誘導(dǎo)的高IOP小鼠模型進(jìn)行伊納西普腹腔注射給藥可抑制視網(wǎng)膜中TNF-α的產(chǎn)生，預(yù)防RGC丟失和軸突變性[34]。生酮飲食(高脂肪、低碳水飲食)則可抑制在DBA/2J小鼠中炎癥因子的表達(dá)，誘導(dǎo)抗炎因子的產(chǎn)生[35]。上述研究均可以表明抑制炎癥因子的釋放對(duì)視神經(jīng)具有一定的保護(hù)作用，也為后續(xù)靶向治療視神經(jīng)提供了借鑒。

2.2 調(diào)節(jié)免疫機(jī)制 調(diào)節(jié)免疫機(jī)制不失為可行的策略，通過(guò)抑制caspase-8、NLRP3、HMGB1可顯著減少RGCs的丟失和死亡。在嚙齒動(dòng)物模型中，通過(guò)玻璃體內(nèi)注射caspase-1和caspase-8抑制劑可抑制對(duì)NLRP1和NLRP3，減輕急性發(fā)作的青光眼的嚴(yán)重程度[36]。激活TLR-4/Caspase-8/IL-1β軸可加速急性高眼壓RGCs的死亡，通過(guò)基因敲除NLRP3的小鼠延緩了RGCs的丟失和視軸的存活時(shí)間[37]，通過(guò)抑制HMGB1，NLRP3，caspase-8和IL-1β的水平降低，減少了RGCs的死亡和阻止了視網(wǎng)膜變薄[38]。山柰酚(Kaempferol)可以通過(guò)抑制急性青光眼中的NF-κB和JNK途徑抑制NLRP/NLRP3炎性小體和caspase-8，從而減輕了RGCs的死亡[39]。一研究利用AAV2為載體的基因療法在DBA/2J小鼠模型腹腔注射C3抑制劑CR2-Crry，發(fā)現(xiàn)視網(wǎng)膜C3沉積減少，RGCs的變性和進(jìn)展延緩[40]。在DBA/2J自發(fā)性青光眼小鼠，C1qa mRNA水平與疾病的進(jìn)展有關(guān)，C1q抑制劑能夠阻止早期RGCs的丟失[41]。近年來(lái)，研究人員還發(fā)現(xiàn)Fas信號(hào)通路也可通過(guò)炎癥反應(yīng)參與青光眼的發(fā)病機(jī)制。Fas受體抑制劑小分子肽ONL1204抑制了小膠質(zhì)細(xì)胞的活化，細(xì)胞因子和趨化因子(GFAP、caspase-8、TNF-α、IL-1β、IL-6、IL-18、MIP-1α、MIP-1β、MIP-2、MCPI和IP10)，補(bǔ)體級(jí)聯(lián)(C3,C1Q)成分，Toll樣受體通路(TLR4)和炎癥小體通路(NLRP3)的基因表達(dá)，可以為視神經(jīng)提供保護(hù)作用[42]。

2.3 抑制膠質(zhì)細(xì)胞的活化和表型轉(zhuǎn)換 膠質(zhì)細(xì)胞過(guò)度活化和表型轉(zhuǎn)換是引起青光眼炎癥的重要途徑。因此，在青光眼早期抑制膠質(zhì)細(xì)胞的過(guò)度活化和表型轉(zhuǎn)換是有效的視神經(jīng)保護(hù)策略。胰高血糖素樣肽-1(GLP-1)受體激動(dòng)劑NLY01減少了小膠質(zhì)細(xì)胞、巨噬細(xì)胞分泌IL-1α、TNF-α和C1q，減少了A1型星型膠質(zhì)細(xì)胞的轉(zhuǎn)換，保護(hù)了RGCs的死亡[43]。Guttenplan 等[15]使用視神經(jīng)截?cái)嗪臀⒅樽⑸湔T導(dǎo)的高眼壓小鼠，通過(guò)基因敲除IL-1α、TNF-α和C1qa，可以抑制反應(yīng)性星型膠質(zhì)細(xì)胞(A1)的活化,顯著減少RGCs的死亡和防止急慢性青光眼的視神經(jīng)損傷。米諾環(huán)素[44]、皮質(zhì)醇、染料木素[45]等可以通過(guò)抑制小膠質(zhì)細(xì)胞的增殖，促炎因子的釋放來(lái)保護(hù)RGCs；枸杞可通過(guò)小膠質(zhì)細(xì)胞和巨噬細(xì)胞的表型轉(zhuǎn)換增加大鼠部分視神經(jīng)橫斷后視網(wǎng)膜神經(jīng)節(jié)細(xì)胞的存活率[46]。

2.4 抗氧化應(yīng)激和線粒體功能障礙 考慮到氧化應(yīng)激在炎癥發(fā)展過(guò)程中所起的作用，靶向抑制慢性氧化應(yīng)激相關(guān)通路和線粒體相關(guān)機(jī)制可能是有效抑制視神經(jīng)退行性病變的方法。在微磁珠注射誘導(dǎo)的高Iop小鼠中使用抗氧化劑Tempol可使促炎性細(xì)胞因子(包括IL-1，IL-2，IFN-γ和TNF-α)下降一半[47]。輔酶Q10是線粒體電子傳遞鏈的重要組成部分，是一種有效的抗氧化劑，其在青光眼的體內(nèi)外模型中均具有預(yù)防RGCs死亡的功能；α-硫辛酸和超氧化物歧化酶也是有效的抗氧化劑；中藥如銀杏葉提取物和枸杞提取物分別對(duì)正常眼壓性青光眼和高IOP青光眼患者具有神經(jīng)保護(hù)作用[31]。而一些天然植物如人參提取物、綠茶、大豆提取物、姜黃素等也具有抗炎抗氧化的神經(jīng)保護(hù)作用[48]，為青光眼的視神經(jīng)保護(hù)策略提供了借鑒意義。

3 展望

炎癥機(jī)制是青光眼進(jìn)展過(guò)程中是復(fù)雜卻不可忽視的影響因素，它對(duì)疾病具有保護(hù)和損害雙重作用，調(diào)節(jié)眼內(nèi)炎癥環(huán)境對(duì)預(yù)防和治療視神經(jīng)退行性病變有著不可忽視的意義。當(dāng)然，僅僅依靠調(diào)節(jié)炎癥相關(guān)機(jī)制還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，未來(lái)，我們需要更進(jìn)一步探索各類青光眼發(fā)病機(jī)制，以求可以解決青光眼視神經(jīng)退行性病變這一難題。尋找能夠針對(duì)其發(fā)病機(jī)制的具有多重作用的治療方法可能是今后視神經(jīng)保護(hù)策略的研究方向。