青光眼视神经压力损伤相关分子机制研究进展

颜繁诚 王宁利

(1. 中南大学爱尔眼科学院，长沙 410015；2. 首都医科大学附属北京同仁医院 北京同仁眼科中心 北京市眼科研究所 眼科学与视觉科学北京市重点实验室，北京 100730)

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青光眼视神经压力损伤相关分子机制研究进展

颜繁诚1王宁利2*

(1. 中南大学爱尔眼科学院，长沙 410015；2. 首都医科大学附属北京同仁医院 北京同仁眼科中心 北京市眼科研究所 眼科学与视觉科学北京市重点实验室，北京 100730)

青光眼是一组具有特征性视神经损害及视野缺损，且以视网膜神经节细胞死亡为病理改变的疾病，是全球最常见的不可逆性致盲眼病。目前有关视神经损害的机制并不完全清楚，临床上亦缺乏有效的视神经保护治疗方法，尤其缺乏从分子水平提高视网膜神经节细胞对抗压力损害的干预方式。因此探讨视神经压力损伤的分子机制，比如经机械应力信号通路和炎性反应因素引起的视网膜继发性损伤机制等成为本领域研究热点。本文就上述研究进展进行综述。

视网膜神经节细胞；肿瘤坏死因子-α；整合素

青光眼是全球第一位不可逆致盲性眼病[1]。据推算，2020年全球青光眼病人将增至7 960万[2]。美国每年直接用于青光眼治疗的费用高达28.6亿美元[3]。我国目前尚无青光眼相关治疗费用的统计，依据我国青光眼病人数量约为美国的5～6倍推算[4-5]，如果对我国所有青光眼病人都进行治疗，直接的治疗费用可达150～180亿美元。深入了解青光眼的发病机制，研发有效的青光眼诊断和治疗方案，具有非常重要的社会和经济意义。

青光眼是一组以视网膜神经节细胞(retinal ganglion cells, RGCs)及其轴突进行性丢失为特征的视神经变性疾病，主要表现为进行性的视神经损伤、萎缩和视野缺损[6]。青光眼主要分为原发性闭角型青光眼(primary angle-closure glaucoma，PACG)和原发性开角型青光眼(primary open-angle glaucoma，POAG)两类。PACG主要因房角关闭导致房水外流受阻、眼压升高损害视神经，其发病机制较为明确。而POAG占我国青光眼病人总数的74%，其发病原因至今未明[2]。

目前临床上某些POAG病人眼压尽管控制在正常范围，但视网膜神经节细胞仍持续的损害丢失。正常眼压类型的青光眼病人，进一步降低眼压缺乏有效治疗药物。因此，探索青光眼视神经损害分子机制，从分子水平为视网膜神经节细胞对抗压力损害探寻干预靶点成为多青光眼学者的迫切需求。

1 炎性反应免疫因素

青光眼视神经损伤主要分为原发性损伤和继发性损伤两类，其中炎性反应免疫因素是继发性损伤机制中的主要因素，主要包括细胞表面非选择性跨膜通道蛋白泛连接蛋白介导炎性反应发生、肿瘤坏死因子-α(tumor necrosis factor-α, TNF-α)在青光眼损害中的相关通路机制以及核转录因子-κB(nuclear factor-κB, NF-κB)在青光眼调节炎性反应及免疫反应的作用等方面。

泛连接蛋白主要参与组成非选择性跨膜通道。在受到压力因素刺激时，泛连接蛋白除了介导钙离子内移及对ATP增强渗透性以外，还具有介导炎性反应的作用[7-9]。在泛连接蛋白敲除的动物模型中，由泛连接蛋白调节的caspase-1及炎性反应相关因子——白介素-1β(interleukin-1β, IL-1β)和白介素-18(interleukin-18, IL-18)激活调控停止，从而影响白介素分泌至细胞外参与炎性反应的发生[10-12]。有研究[13]证实，大量表达泛连接蛋白1的视网膜神经节细胞对一些病理性或促炎性反应刺激而产生的神经毒性反应尤为敏感。其调节神经毒性的作用，可以通过内源性神经元炎性反应小体介导加强[10,13]。而在泛连接蛋白1敲除的老鼠模型中，当对其进行神经损伤干预后，此类动物表现出较强的神经保护作用，进一步证实其可介导神经元损害的作用[14-15]。

TNF-α是视网膜介导炎性反应的一类重要因子。已有研究[16-19]表明，青光眼病人视网膜和视神经中由胶质细胞分泌的TNF-α增多，通过TNF受体信号通路而导致RGCs死亡。TNF受体主要包括2种亚型：肿瘤坏死因子受体1(tumor necrosis factor receptor 1,TNFR1)和肿瘤坏死因子受体2(tumor necrosis factor receptor 2, TNFR2)。其中，TNFR1在青光眼神经退行性病变及炎性反应中起到作用，原因与其受体本身包含位于细胞内段的死亡结构域有关，该死亡结构域可以介导细胞的凋亡[16]。近期视网膜蛋白质组学的研究[18]显示，在青光眼病人视网膜中TNFR介导的凋亡通路及其他炎性反应信号通路被大量激活，TNF-α、TNFR1显著增高，通路下游的相互作用蛋白，如TNFR1相关死亡结构域(tnf receptor associated death domain, TRADD)、TNFR相关因子家族以及在TNF-α/TNFR1信号通路中相关的蛋白激酶均升高，进一步确认了TNF-α在青光眼RGCs损害中的重要作用。

NF-κB是TNF受体激活后的细胞内下游通路蛋白[20]。研究[18-19]显示，青光眼病人视网膜特异性蛋白激酶的表达主要是NF-kB激活通路相关蛋白，主要包括受体相互作用蛋白激酶(receptor interacting protein kinase,RIPK)，NF-κB诱导的激酶抗体(nuclear factor-kappa B-inducing kinase, NIK)等。Yang等[18-19]发现青光眼病人视网膜中TNF-α/TNFR1通路中相关上下游的蛋白除了表达量增多，其中NF-κB作为一个调节免疫反应的关键调节器也被激活，由此可见，NF-κB通路在青光眼性神经元退行性变中是TNFR介导促炎性反应通路中重要环节，可将其作为治疗青光眼继发性损伤的首选靶点进行后续研究[21-22]。

2 机械应力信号通路与青光眼

细胞表面存在对机械应力敏感的受体，这些受体能将所感应的机械力信号通过细胞表面特殊的分子通道传递至胞内不同结构部件上，实现力化学转化，从而调节细胞的生理机能，对细胞产生生物学影响，其主要包括整合素(integrin)系统和离子通道系统[23]。

已有实验证据[24-25]表明，视网膜神经节细胞的膜表面具有机械应力感受受体，主要包括离子通道和整合素，这些受体可以感受压力的变化，促进细胞内信号转导，引发细胞相关生物学反应，有可能是青光眼压力相关的视神经损害分子机制之一。

整合素是一种细胞膜表面受体，其通过细胞内骨架蛋白与细胞外环境产生联系，并且参与很多细胞内的信号转导通路[26]。相关的配体主要为细胞外基质(extracellular matrix, ECM)蛋白, 如胶原蛋白、纤粘连蛋白、层粘连蛋白等。所有的整合素均是非共价键链接，异质二聚体包含2个亚组，分别是α和β，每组α、β的组合都有特殊的作用模式。大部分的整合素分别只识别几种细胞外基质蛋白，与此相反，各种细胞外基质蛋白都能分别结合多种整合素。整合素的细胞外结合能力是细胞由内到外的信号传导进行调节的，而细胞外基质结合能力的引导信号由细胞外向内传导[27]。

研究[28-30]显示，当神经元细胞受到外力时，细胞外基质等跨膜粘连蛋白与细胞表面整合素受体结合，形成细胞外基质-局部粘连复合体-细胞骨架网络系统，细胞内外的机械-生物信号转换由此传导：细胞内聚集黏附激酶(focal adhesion kinase, FAK)磷酸化，激活RAS蛋白、丝裂原活化蛋白激酶(mitogen activated protein kinase, MAPK)途径，进而通过细胞骨架调节蛋白或胞内信号通路分子，调节细胞骨架蛋白(F-肌动蛋白、肌球蛋白、波形蛋白等)，导致细胞骨架重塑，功能细胞器位置异常，最终引发细胞生命活动变化。同时FAK磷酸化可激活磷脂酰三磷酸肌醇(phosphoinositide 3-kinase, PI3K)和丝氨酸苏氨酸蛋白激酶信号通路，调控线粒体BclXL的蛋白表达，从而调节线粒体启动细胞凋亡途径。

Vecino等[31]研究显示，在不同类别细胞外基质中培养的RGCs，胞体及轴突生长的速率并不一致，而且不同种类的RGCs对相同的细胞外基质的反应亦不相同，说明RGCs表面的整合素对不同种类的细胞外基质的反应并不相同。提示未来研究与整合素通路传导相关的神经节细胞损害机制要注意区别不同种类的RGCs。除了RGCs和整合素的相关研究，Morrison等[32]还观察了整合素在视盘周围的分布及定位，发现整合素的一些亚型在视盘周围的星形胶质细胞、小胶质细胞及血管内皮细胞上均有表达，提示整合素的不同亚型其作用也是不尽相同的。

离子通道(ion channel)广泛存在于生命体中，在多种生命活动中发挥重要作用，这其中包括了一部分应力敏感离子通道，例如瞬时感受器电位香草酸受体4(transient receptor potential vanilloid 4, TRPV4)、P2X7受体(P2X7 receptor, P2X7R)等。已有研究[24]显示离子通道受体在视网膜神经节细胞表面作为相应的机械应力感受器及效应器，在各种化学及物理的刺激下发挥调节渗透及多种调节分子的整合功能。其中在压力增高作用下，压力敏感离子相关通道蛋白开放，促使细胞内相应离子浓度迅速增高(如Ca2+)，可促使大量ATP向细胞外释放，最终导致线粒体耗竭。同时，细胞内较高浓度的Ca2+激活细胞凋亡相关基因发生转录，如P53等。

当前对青光眼的治疗方式仍然局限于降低眼压等物理影响因素，缺乏从分子水平提高视网膜神经节细胞对抗压力损害的治疗方式。因此探讨压力相关的损害传导机制以及因机械应力感受器和炎性反应因素引起的视网膜继发性损伤机制成为本领域研究热点。如上所述，整合素的不同构型在RGCs中的作用以及与其他信号分子之间的相互作用等，仍需要进一步研究。细胞应力引起细胞内离子浓度波动的机制是复杂且多方面的，虽然在钙离子浓度变化的机制研究中取得一些进展，但由离子通道信号转导引起的视神经继发性损伤机制也需要进一步研究。同时，视网膜神经节细胞和相关周围细胞如血管内皮细胞、星形胶质细胞、Müller细胞和小胶质细胞之间的相互影响也需要重点考虑。希望为青光眼视神经损害机制提供新的理论基础，从分子水平为视网膜神经节细胞对抗压力梯度损害探寻干预靶点。

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编辑 孙超渊

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

国家自然科学基金(81470635)，中南大学中央高校基本科研业务费专项资金(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)。

时间：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