溶血磷脂酸在眼部疾病作用中的研究进展

宋钊曦 综述 谭薇 审校

遵义医科大学第三附属医院眼科，贵州 遵义 563000

溶血磷脂酸(lysophosphatidic acid，LPA)属于甘油基溶血磷脂家族，是磷脂胞外活性信号分子，参与细胞信号传导、增殖、炎症反应、细胞保护和促进伤口愈合等多种细胞活动[1-2]，在眼部细胞的新陈代谢和生理过程中起着重要的作用。无论是眼前节的角膜伤口愈合/眼内压升高诱发青光眼及晶状体的浑浊，还是眼后节的视网膜血管性疾病，LPA在眼部疾病的发生发展过程中均扮演着重要的作用。正常LPA 浓度(参考范围为0.14～1.64 μmol/L[3])对维持正常组织结构、保护视力受损和遏制视觉下降有积极的作用。在许多情况下，LPA 浓度在细胞中比例的改变，以及LPA 受体在损伤或炎症部位的活性增加，可能对疾病的发生发展有着决定性的作用[4]。

1 LPA

LPA是一种具有生物活性的天然甘油磷脂，化学结构包含一个磷酸头基、中心甘油主链和脂肪酸链[2]，特征是在SN-3 位增加了磷酸基甘油骨架，在SN-1或SN-2 位增加了羟基和脂肪酸链。脂肪酸链的长度差异和脂肪酸不饱和度决定了LPA受体类型的差异[2，5]。LPA 由两种主要途径产生[2，6]：(1)自体趋化蛋白(autotaxin，ATX)对溶血磷脂酰胆碱(lysophosphatidylcholine，LPC)、溶血磷脂酰丝氨酸和溶血磷脂酰乙醇胺水解，产生体液循环中的大部分LPA；ATX 能将LPC 转化为具有生物活性的LPA和胆碱。(2)甘油-3-磷酸酰基转移酶、磷脂酶和甘油酰基激酶负责细胞内LPA的产生。LPA通过激活细胞信号调控许多细胞功能，特异性地通过LPA 受体(LPAR1～LPAR6)[4，7]与G 蛋白偶联(G protein-coupled recrptor，GPCR)结合，GPCR选择性激活Gα12/13、Gαq/11、Gαs和Gαi/o亚基后参与平滑肌收缩、血小板聚集、Ca2+移动、神经递质释放、细胞增殖和转化、细胞骨架形成与重塑、血管生成等生理过程。

2 LPA与角膜伤口愈合

角膜的特殊性在于它是不含血管的透明组织，独立的微循环机制是维持角膜透明最重要的机制之一[8]。早期的动物实验表明磷脂生长因子(phospholipid growth factor，PLGF)的家族成员参与角膜伤口的愈合[9]，LPA作为PLGF的成员对角膜伤口愈合有着重要意义。角膜中的LPA通过剂量依赖的方式刺激角膜上皮细胞、基质细胞和内皮细胞增殖[10]。RT-PCR 定量检测兔角膜受体的mRNA 水平，与正常对照组比较，发现角膜损伤后PLGF 和LPA 浓度和活性升高，损伤的角膜细胞中PLGF 转录数明显减少，而上皮细胞的转录数增加。在愈合后的兔角膜内皮细胞中发现LPA 诱导的Ca2+瞬时电位明显减少，并观察到LPA 增加了兔角膜内皮细胞的密度，表明损伤的角膜中Ca2+瞬时电位增强，可能促进炎症好转并改善伤口愈合[11]。药物实验证实LPA 增加单层角膜上皮细胞和内皮细胞跨细胞耐药性，阻止跨细胞通透性增加，增加了上皮细胞和内皮细胞中的肌动蛋白应激纤维的形成[11-13]。这表明LPA促进受损角膜的细胞再生，参与角膜伤口的愈合，维持正常角膜的完整性和透明性。进一步的实验发现角膜基质细胞具有由LPA激活Cl电流的特性，该电流也可被环状磷脂酸(phosphatidic acid，PA)和鞘氨醇磷酸胆碱(sphingosine phosphocholine，SPC)激活，而在未受伤的角膜细胞中未发现CL-被激活的证据[14-15]。角膜创伤后PLGF 和LPA 活性增强及浓度升高，正反馈刺激角膜细胞增殖，微循环中发现Cl-和Ca2+离子活动增强，这可能是刺激Na+-K+-ATP转运效率提高后维持角膜细胞渗透压、促进角膜水肿消退和伤口愈合的重要途径。然而目前LPA促进角膜伤口愈合的机制及通路仍不完全清楚，未来的研究还需进一步探索。

3 LPA与青光眼

青光眼是一组以特征性视神经萎缩改变和视野缺损为共同特征的疾病，病理生理学涉及小梁网(human trabecular mesh-work，HTM)、施勒姆管(Schlemm，SC)和视乳头的细胞外基质(extracellular matrix，ECM)重构失调[16]。这些区域的纤维化分别导致眼内压(intraocular pressure，IOP)升高、视网膜神经节细胞(retinal ganglion cell，RGC)轴突不可逆损害和视网膜神经纤维层进行性变薄。病理性眼压升高是青光眼主要的危险因素。一项对房水(aqueous humour，AH)中LPA浓度比例的临床回顾性研究显示，房水中ATX和LPA的浓度与IOP升高呈正比例关系[17-18]。在房水流通途径中，HTM 和SC 内皮细胞对房水的通透性是致使IOP 升高的最大的组织结构。在兔眼动物实验中，经LPA 处理0.5～2 h 和24 h 后，使用RT-PCR 及免疫荧光分析LPA 的表达水平，同时测量HTM 和SC 的渗透性，发现经LPA处理后的兔眼中，HTM和SC渗透性均降低，IOP升高[19]，同时发现LPA参与HTM、SC和巩膜筛板(lamina cribrosa，LC)中细胞外基质(extracellular matrix，ECM)的形成过程，诱导组织纤维化[20-22]。这一结果显示LPA 对AH 引流具有一定的调节作用，同时LPA 通过改变ECM 纤维结构重塑及组织硬度来增加对房水流出的抵抗力，导致IOP 升高。长期高眼压环境可压缩、拉伸和重塑后破坏LC 结构，致使LC 继发性变薄并导致RGC 数量减少和轴突变性，神经纤维进行性变薄，形成不可逆视野损害[23]。 LPA 通过降低HTM 和SC 渗透性延缓甚至阻止AH 流通致使IOP升高可能是延缓青光眼进展的潜在治疗方式，但暂无相关药理学研究和文献报道，还需要进一步的研究探索。

4 LPA与白内障

晶状体的结构特征是外由基底膜完全包裹，内为单层晶状体上皮细胞(lens epithelial cell，LECs)和晶状体纤维。晶状体纤维细胞是晶状体的主体部分，然而成熟的晶状体纤维细胞没有细胞器或细胞核，因此LEC 是房水和晶状体纤维细胞之间的天然屏障，是晶状体中代谢最活跃的部分。LEC 内游离钙浓度([Ca2+]i)的改变引起的晶状体透明度下降是目前研究白内障形成原因的主要方向之一[24-25]。临床上在白内障手术后对患者LEC中的总钙水平进行量化，与正常无白内障对照组的LEC比较显示，白内障患者的总钙水平明显高于对照组[24]。血浆中的LPA可以使Ca2+对培养的平滑肌细胞、肺上皮细胞和LEC的机械应力反应更加敏感，机械刺激引起细胞内[Ca2+]i 以波的形式从被刺激细胞延伸到相邻细胞，从而破坏细胞间的稳态环境。细胞内[Ca2+]i升高是机械转导起始阶段的重要信号，是细胞内稳态维持的关键因素之一[26]。通过跟踪LEC 内[Ca2+]i 的动态变化，发现在较严重的白内障患者中，Ca2+在LEC 中的传播速度比在较轻的白内障患者中更快[24]。体外培养牛LEC 并通过免疫荧光染色检测LPA 是否促进Ca2+的内流，结果观察到多处区域内[Ca2+]i 局部升高并汇聚形成钙斑，证明LPA 促进LEC内Ca2+内流，[Ca2+]i增加，而单独添加LPA和在没有LPA 的情况下都不会影响[Ca2+]i[21，27-18]。机械刺激Ca2+信号传导后进行横向对比，发现Ca2+在LEC 中的传播速度取决于白内障的阶段，而不是白内障的类型，说明越严重的白内障对晶状体的稳态环境破坏越严重。表明LPA 通过LEC 增加[Ca2+]i 诱导白内障的发展。

Ca2+作为重要的第二信使在细胞信号转导中对某些疾病有着重要的决定性作用。LPA 特异性结合GPCR 后，经G 蛋白效应器有效刺激第二信使后通过ERK/Akt信号通路产生广泛的信号转导。机械刺激引起细胞膜应激后触发细胞中三磷酸肌醇(inositol triphosphate，IP3)的活性增强[29]。IP3 是内质网中Ca2+释放的激动剂和诱发[Ca2+]i 变化的基础，而机械刺激导致的质膜破坏也是Ca2+释放后进入细胞外液并引起相应病理性改变的基础。早期的文献已证实细胞质中的钙由血浆和内质网膜上的IP3 控制，这种病理机制同样在LEC中存在。Ca2+信号在LEC间是以间隙连接的方式传播，当晶状体钙含量上升时，LEC 的间隙结构被破坏而刺激Ca2+在细胞内的传播，从而加速白内障的发展。动物实验证实LPA 促进LEC 内Ca2+内流，[Ca2+]i 增加，表明LPA 通过增加LEC 内钙含量和[Ca2+]i浓度诱导白内障的发展。这可能是缓解白内障进展的一个重要的潜在靶点。

5 LPA在视网膜中的作用

人视网膜是由特殊细胞层组成的复杂结构，在神经胶质细胞的参与下，视信息通过光感受器和神经节细胞(retinal ganglion cell，RGC)在视网膜内形成的视觉神经冲动需要视网膜结构和功能的完整性[30]。LPA 及其受体在视网膜的完整性和功能中起着重要作用[6，31]。

视网膜色素上皮细胞(retina pigment epithelium，RPE)参与构成血-视网膜外屏障(outer blood-retinal barrier，OBRB)，是调节溶质、营养物质和代谢终产物进出视网膜的关键结构[6，32]，并通过有效地吸收光来保护视网膜免受光氧化。OBRB的破坏和随后的视觉功能下降是许多视网膜疾病的常见原因。利用人视网膜多能干细胞(human pluripotent stem cell，hPSC)的研究发现，LPA能通过调节肌动蛋白和肌球蛋白的细胞骨架并诱导光感受器的形态重排，增强外层视网膜与RPE 之间的紧密连接，继而增强OBRB 屏障功能[6]。ATX-LPA轴在视网膜中尤其在RPE细胞中高表达[33]，证实LPA 可以有效刺激RPE 增殖。高浓度的LPA 可降低RPE对感光细胞外节的吞噬作用，并通过对光感受器的形态重排，潜在地改变RPE细胞与邻近细胞之间的相互作用，致使RPE细胞对脱落的感光细胞外节段吞噬能力下降，降低光感受器的兴奋性和接收视觉信号的能力。在炎症或疾病中，视网膜脱离和增殖性糖尿病视网膜病变(proliferative diabetic retinopathy，PDR)患者，ATX促进RPE细胞中LPA生成增加，诱导细胞发生损伤后致使信号转导失调，会对维持光感受器的健康和功能、保护视网膜免受光氧化以及调节视网膜的动态平衡微环境产生重要的后果[6]。

视网膜胶质细胞由大胶质细胞(Müller 细胞和星形胶质细胞)和小胶质细胞组成。Müller 细胞与视网膜各类型的神经元胞体相互作用，通过介导跨细胞离子、水和HCO3-转运，为光感受器和神经元提供营养和抗氧化支持，引导光线通过视网膜内部组织并协同神经冲动传导，在视网膜的结构和代谢功能中起重要作用[30，34-35]。使用血清对牛Müller 细胞离子通道活性的影响的研究发现，暴露在血清中Müller 细胞，膜去极化外向整流电流和超极化内向整流电流均发生，这种变化反应在视网膜电图(electroretinograms，ERG)上是慢PⅢ波幅下降，说明Müller 细胞对光感受器附近发生的由[K+]i诱发的动作电位幅度是下降的[36]，而在血清洗脱后慢PⅢ波幅恢复到正常水平。使用LPA观察牛视网膜Müller细胞的离子通道活性的改变，同在血清下观察的结果相似，LPA 引起牛Müller 细胞在超极化电位下表现出内向电流的趋势，在去极化电位处表现出外向电流的趋势。进一步使用百日咳毒素(pertussis toxin，PTX)测试LPA 在Müller 细胞中诱导电流能力的影响，结果显示PTX 不能显著阻断LPA 对Müller细胞离子通道的影响[37-38]。这说明LPA可能是调节Müller 细胞生理的血清衍生分子之一，在Müller细胞中参与K+的重新分配，继而对Na+-K+-ATP 泵产生影响。

RGC是神经视网膜中唯一的投射神经元，接收并整合来自视觉上游视网膜神经元的视觉信号，并将其传输到大脑视觉中枢[39]。RGC缺乏显著的再生能力，功能障碍可以通过ERG 进行评估。已报道LPA/S1P可通过细胞内G12/13-Rho-ROCK 途径对动物视网膜神经突起具有抑制作用，导致RGC细胞锥体萎缩和轴突回缩[40]，致使传导障碍。在视觉传导过程中，LPA对一过性、轻度、全身性低氧、缺氧和随之而来的细胞凋亡特别敏感，与RGC 发生凋亡密切相关并影响RGC的存活率[41-42]。研究发现在缺氧和高氧条件下RGC内LPA的表达均显著增加，但低氧显著诱导RGC轴突回缩并显著降低RGC 细胞存活率，而高氧对RGC 细胞无明显影响[43]。视网膜血管内皮细胞(human retinal endothelial cells，hRECs)是体内代谢最活跃的血管细胞之一，血管细胞的老化和包括糖尿病、高血压、高脂血症等生活方式相关疾病会严重影响hRECs 的正常生理功能。动物实验证实小鼠体内由Enpp2基因编码的ATX的缺失会导致胚胎死亡[44]，这表明ATX和LPA信号在血管正常发育中起关键作用。然而血管中过度产生的ATX或LPA会加速内皮细胞的迁移，诱导视网膜血管内皮细胞发生破坏和退化，致使血管退化、萎缩甚至发生渗漏[45]。临床试验已证实LPA通过低密度脂蛋白(LDL)在人类动脉粥样硬化病变中作为血栓形成分子积聚，导致内皮屏障的功能和结构完整性改变[46-47]，致使内皮的通透性增加。动物实验和细胞实验均发现，玻璃体腔内LPA浓度的增高会诱导hRECs发生破坏[45，48]，然而高浓度的LPA 是否直接或间接造成hRECs 发生破坏或凋亡，迄今未检索到文献报道，但高浓度LPA 降低RPE 对脱落的感光细胞外节段吞噬能力已得到证实。

6 结语

LPA 是一种由胞内外酶系统合成的磷脂生长因子，在重要脏器如心脑血管、肺、肾脏、肝脏和腹部器官如肠道系统和泌尿生殖系统内，LPA 及它的受体已成为各组织器官疾病的新兴治疗靶点[2]。LPA受体在药物中的研究发现脂类和非脂类类似物拮抗剂在LPA信号通路障碍形成的相关疾病中，如肺纤维化、癌症、动脉粥样硬化、炎症等均有积极的临床治疗意义[49]。根据LPA 的分子结构在SN-1 或SN-2 位可被取代的特性，LPA作为新型分子靶标药物治疗眼部疾病的研究已有报道，如ATX-LPA 轴作为新型分子靶标抑制IOP 升高[50]，然而迄今为止LPA 在眼部疾病中的研究多局限于分子机制，通路机制仍在深入探索中。

实现眼睛的正常视觉功能需要保持从角膜到视网膜结构和功能的完整性，任何解剖结构的形态学及生理功能的改变均会引起视力的改变。LPA是一种特异性结合GPCR 后发挥作用的磷脂胞外活性信号分子，在眼睛各组织细胞中均有表达并有不同的生理功能，正常浓度的LPA对视力的保护和视觉质量下降的遏制有积极的作用。目前，LPA对眼部各种疾病的作用机制、通路以及应用于临床的靶点药物，仍然在持续地深入进行，随着临床不断拓展对LPA 的研究，深入了解LAP对眼部疾病的作用机制，缓解眼部疾病造成的困扰和视力丧失，LPA作为临床药物靶点也必将迎来新的突破。