眼外肌在重癥肌無力中選擇性受累機制研究進展

胡裕翔，吳曉蓉，邵毅，占敏艷，許曉璇，劉克政

(南昌大學(xué)第一附屬醫(yī)院，南昌330006)

?

眼外肌在重癥肌無力中選擇性受累機制研究進展

胡裕翔，吳曉蓉，邵毅，占敏艷，許曉璇，劉克政

(南昌大學(xué)第一附屬醫(yī)院，南昌330006)

重癥肌無力是一種經(jīng)典的由神經(jīng)肌肉接頭處傳遞功能障礙引起的獲得性自身免疫性疾病，其主要表現(xiàn)為骨骼肌的易疲勞和波動性的肌無力癥狀。眼外肌的受累最常見，眼部改變通常為其首發(fā)癥狀，眼外肌在組織結(jié)構(gòu)、肌球蛋白表達、運動單位、電生理、生化代謝、免疫學(xué)特性(抗乙酰膽堿受體抗體介導(dǎo)的免疫反應(yīng)、補體介導(dǎo)的免疫反應(yīng)、基因表達特性)上與骨骼肌等其他肌群的顯著區(qū)別可能是其在重癥肌無力中選擇性受累的主要原因。

眼外??；重癥肌無力；肌球蛋白；運動單位；電生理；生化代謝；免疫學(xué)特性

重癥肌無力(MG)是一種主要由乙酰膽堿受體抗體(AChR-Ab)介導(dǎo)、細胞免疫依賴、補體參與并造成神經(jīng)肌肉接頭(NMJ)損害的自身免疫性疾病，其典型臨床表現(xiàn)為易疲勞性和波動性的肌無力癥狀，而眼外肌往往是MG最先、最常受累的肌群。研究發(fā)現(xiàn)，眼外肌在組織結(jié)構(gòu)、功能、生化和免疫學(xué)特性上與骨骼肌等其他肌群有著顯著的區(qū)別，這些特點可能是眼外肌常常選擇性受累于MG的主要原因?，F(xiàn)對近年來眼外肌與MG相關(guān)的研究進展進行綜述，以揭示眼外肌易受累的機制。

1 眼外肌的組織結(jié)構(gòu)特點

眼外肌肌纖維與骨骼肌肌纖維在組織形態(tài)學(xué)上有著顯著差異，故一般將眼外肌分為眶層單神經(jīng)支配纖維(SIF)、眶層多神經(jīng)支配纖維(MIF)、球?qū)蛹tSIF、球?qū)又虚g型SIF、球?qū)影譙IF和球?qū)覯IF[1]6類。其中，SIF約占80%，這類肌纖維中線粒體和有氧代謝酶含量豐富，且毛細血管網(wǎng)發(fā)達，在提供肌張力的同時又具有較強的抗疲勞特性，除球?qū)影譙IF外，均表現(xiàn)為運動終板結(jié)構(gòu)單一，突觸后膜褶皺少，乙酰膽堿受體(AChR)和鈉通道(NaCh)也較少；而MIF僅占20%左右，其運動終板在形態(tài)學(xué)上相比骨骼肌等其他肌群更小，幾乎沒有突觸后折疊，且不具備動作電位，運動幅度僅與終板電位所致突觸后膜去極化的程度有關(guān)[1]。此外，不僅正常眼外肌相比膈肌和脛前肌NMJ面積更小，在重癥肌無力被動轉(zhuǎn)移(PTMG)小鼠中還發(fā)現(xiàn)，眼外肌NMJ結(jié)構(gòu)的改變相比膈肌和脛前肌也更明顯[2]。眼外肌的這些特性表明其具有一個相對較低的安全系數(shù)(SF，即神經(jīng)沖動所致終板電位與肌肉運動所需動作電位的差值，是衡量神經(jīng)肌肉傳遞效率的指標，其大小主要取決于AChR和NaCh的數(shù)量)，從而對NMJ的損傷更敏感，故眼外肌常常受累于MG[3]。

眼外肌與骨骼肌等其他肌群在中間絲(IF)的組成上也有顯著區(qū)別。IF是最穩(wěn)定的細胞骨架成分，主要起支撐作用，根據(jù)組織來源的免疫原性可分為角蛋白、結(jié)蛋白、膠質(zhì)纖維酸性蛋白、波形蛋白和巢蛋白5類。Janbaz等[4]發(fā)現(xiàn)，在眼外肌肌纖維中不含結(jié)蛋白或僅有微量存在，而以往認為結(jié)蛋白廣泛存在于所有肌肉中；另外，巢蛋白在成年眼外肌肌纖維中含量也很高，但在骨骼肌中通常出生后含量就逐漸減少。眼外肌所特有的肌束膜成纖維細胞在組織形態(tài)學(xué)、Thy-1表達模式、基因組標簽和成熟肌小管的支持等方面都與骨骼肌成纖維細胞有明顯區(qū)別，肌束膜成纖維細胞有助于眼外肌的高代謝需求、提升肌張力，但同時又是免疫環(huán)境的重要組成部分，這可能也是眼外肌易受累于MG的原因之一[5]。

2 眼外肌的肌球蛋白表達

眼外肌與骨骼肌的收縮特性不同，很大程度上取決于肌球蛋白表達的差異。在眼外肌中，肌球蛋白重鏈(MyHC)發(fā)育期亞型(MyHCemb和MyHCneo)在成年眼外肌眶層纖維中仍有表達，而骨骼肌纖維MyHCemb和MyHCneo的表達在發(fā)育過程中逐漸減少至發(fā)育成熟后完全消失；此外，眼外肌相比骨骼肌等其他肌群MyHC表達更復(fù)雜，在眼外肌SIF中MyHC的表達呈縱向變化，快MyHC亞型在中央神經(jīng)支配區(qū)占主導(dǎo)地位，而MyHCemb和MyHCneo在周邊部表達更活躍，且在眶層SIF中還存在共同表達，即同一肌纖維中存在多種MyHC亞型的表達[6]。這種復(fù)雜的MyHC亞型共同表達模式使眼外肌纖維在組織和生理學(xué)特性上表現(xiàn)出一種連續(xù)性，從而有助于提升眼外肌的收縮力和收縮速度，同時還能增加眼外肌運動的協(xié)調(diào)性[7]。眼外肌中還表達一種特殊的快MyHC亞型MyHCeom，而MyHCeom并不在骨骼肌中表達，且相比其他快MyHC亞型(Ⅱa、Ⅱb、Ⅱd)其ADP親和性要低的多[8]。眼外肌幾乎包含所有已知的MyHC亞型的表達，這種高度多樣性的表達能夠參與完成一系列精細的視覺關(guān)聯(lián)肌肉運動；但復(fù)雜的MyHC表達模式也可能更易受到免疫系統(tǒng)紊亂的影響或具備更多潛在的免疫攻擊靶點，從而增加了眼外肌對MG的易感性。研究發(fā)現(xiàn)，Pitx2是支配眼外肌發(fā)育成熟的重要調(diào)節(jié)因子，其在成年小鼠眼外肌中高表達[9]。Zhou等[10]發(fā)現(xiàn)，Pitx2缺失的小鼠眼外肌收縮力更強、收縮速度更快，但更易疲勞；同時，也改變了眼外肌纖維MIF的神經(jīng)支配模式和MyHC的表達模式。這些結(jié)果提示，Pitx2對成年眼外肌表型具有調(diào)控作用，是眼外肌抗疲勞特性的重要調(diào)節(jié)因子，故眼外肌對MG的選擇性受累也很可能與Pitx2表達的改變或缺失有關(guān)。

3 眼外肌的運動單位及電生理

眼外肌的運動單位較骨骼肌要小得多，且?guī)缀跛械倪\動單位都能夠參與眼球的運動，即使安靜狀態(tài)下也有70%以上的運動單位募集，而骨骼肌的快肌運動單位和慢肌運動單位分別參與各自運動[11]。眼外肌的運動神經(jīng)刺激激活頻率很高，且與眼球的運動和位置有關(guān)，眼位居中時約100 Hz，向外側(cè)注視時可能增加至200 Hz左右，而快速轉(zhuǎn)動時則可達600 Hz以上，遠遠大于骨骼肌的激活頻率(通常5 Hz，最大不超過100 Hz)[12]。正常情況下，由于眼外肌具有很強的耐疲勞性，高頻的運動神經(jīng)刺激并不會使眼外肌像骨骼肌那樣很快出現(xiàn)NMJ傳遞障礙；相反，眼外肌的運動主要靠改變運動神經(jīng)元刺激激活的頻率來調(diào)節(jié)[13]。但是，當眼外肌遭受外界或自身免疫系統(tǒng)侵害時，可能會造成運動單位募集不足，加之生理性高頻刺激，導(dǎo)致眼外肌較骨骼肌更早出現(xiàn)NMJ傳導(dǎo)阻滯，從而表現(xiàn)出肌無力等癥狀，這也部分解釋了為什么眼外肌易受累于MG。

4 眼外肌的生化代謝

眼外肌沒有糖原儲備，主要依靠葡萄糖和乳酸作為代謝底物；但是，眼外肌具有高度發(fā)達的微血管床，有充分的血流供應(yīng)，能夠為其提供豐富的營養(yǎng)物質(zhì)交換，而且眼外肌相比骨骼肌線粒體更豐富[1]。這意味著眼外肌能夠進行更多的氧化磷酸化反應(yīng)以滿足其能量供應(yīng)，但同時也產(chǎn)生了更多的氧自由基，線粒體DNA突變也較骨骼肌等其他肌群更多，從而造成眼外肌呼吸鏈功能減退[11]。此外，眼外肌中細胞色素C氧化酶(COX)因年齡相關(guān)出現(xiàn)衰退缺乏的比例要遠高于骨骼肌等其他肌群[14]。Greaves等[15]同樣發(fā)現(xiàn)，伴有線粒體DNA損傷的慢性進行性眼外肌麻痹(CPEO)患者眼外肌纖維中COX的缺乏率要遠高于骨骼肌，且眼外肌COX缺乏的突變閾值也更低。推測眼外肌自身COX缺陷也與MG的發(fā)病有關(guān)，而且眼外肌的高代謝率同樣可以造成局部致病性抗原、抗體和補體等積累，從而誘發(fā)MG的發(fā)生。

5 眼外肌的免疫學(xué)特性

5.1 AChR-Ab介導(dǎo)的免疫反應(yīng) 研究發(fā)現(xiàn)，在眼肌型MG(oMG)患者中，其血清AChR-Ab陽性率不高，且滴度較低[16]。在利用不同H-AChR亞單位免疫不同亞群的HLA轉(zhuǎn)基因小鼠而成功誘導(dǎo)的實驗性自身免疫MG(EAMG)模型中，同樣發(fā)現(xiàn)oEAMG小鼠血清AChR-Ab水平要明顯低于gEAMG小鼠[17～19]，并進一步提示AChR亞單位與HLA-Ⅱ類分子的相互作用可能是oMG的發(fā)病機制之一。Peeler等[20]通過對223例oMG患者進行回顧性隊列研究，發(fā)現(xiàn)向gMG進展的患者血清AChR-Ab水平要遠高于未進展為gMG的患者。這可能與眼外肌NMJ突觸后膜結(jié)構(gòu)較骨骼肌等肌群更簡單、AChR密度更小有關(guān)，使得眼外肌在較低水平的AChR-Ab攻擊下也能產(chǎn)生免疫損傷效應(yīng)。成熟眼外肌中同時表達胚胎型AChR(α2βγδ)和成熟型AChR(α2βεδ)，而成熟骨骼肌中則僅表達成熟型AChR，其區(qū)別在于骨骼肌中胚胎型AChR-γ亞單位在發(fā)育過程中逐漸被ε亞單位所替代[21]。提示成熟眼外肌所特有的胚胎型AChR可能是其易遭受自身免疫系統(tǒng)攻擊的敏感因素，Wu等[18]同樣證實，H-AChR γ亞單位免疫HLA-DQ8小鼠后，能成功誘發(fā)oEAMG的發(fā)生與發(fā)展，并提示γ亞單位免疫可能通過誘發(fā)針對眼外肌胚胎型AChR的自身免疫反應(yīng)，并大量產(chǎn)生致病性AChR-Ig攻擊位于眼外肌NMJ的AChR，從而導(dǎo)致眼部癥狀的發(fā)生。

5.2 補體介導(dǎo)的免疫反應(yīng) 補體介導(dǎo)的免疫反應(yīng)形成的膜攻擊復(fù)合物(MAC)能夠損傷突觸后膜的運動終板，造成NMJ結(jié)構(gòu)的破壞而出現(xiàn)肌無力，眼外肌相比骨骼肌更容易受到補體介導(dǎo)的免疫反應(yīng)的傷害，可能與眼外肌中補體相關(guān)調(diào)節(jié)因子表達減少有關(guān)[22]。Porter等[23]發(fā)現(xiàn)，在補體激活經(jīng)典途徑中，衰變加速因子(DAF，即CD55)在眼外肌的表達水平較骨骼肌低，CD59則相對較高；在替代途徑中，負調(diào)節(jié)因子如補體調(diào)節(jié)因子H相關(guān)蛋白(CFHP)和補體因子H(CFH)在眼外肌中表達較骨骼肌要高。研究發(fā)現(xiàn)，對EAMG小鼠進行系統(tǒng)性補體抑制后，其骨骼肌中的補體沉積很快消除，而眼外肌中的補體消除則不明顯[22]；對EAMG小鼠注射補體C5抗體治療后，其眼外肌中補體沉積的消除也不能達到膈肌和骨骼肌中補體清除的效果[24]。這些結(jié)果表明，眼外肌中補體調(diào)節(jié)因子表達水平較低可能是其易受累于MG的重要原因。值得注意的是，近期研究發(fā)現(xiàn)DAF和CD59的表達水平在PTMG大鼠模型所建立的實驗組和正常對照組中并沒有明顯變化[2]。此外，DAF調(diào)節(jié)區(qū)的單核苷酸多態(tài)性(SNP)會造成DAF在EAMG的關(guān)鍵時期表達不足，而眼外肌本身相比其他肌群DAF表達水平就較低，使得眼外肌在受到自身免疫攻擊的情況下更易出現(xiàn)嚴重損傷[25]。另一方面，潑尼松能夠抑制MG患者淋巴母細胞C>G DAF的表達和小鼠肌小管野生型DAF的表達，導(dǎo)致眼外肌內(nèi)源性補體調(diào)節(jié)蛋白的表達水平下降，從而增加了眼外肌對補體介導(dǎo)損傷的敏感性[26]。

5.3 基因表達特性 研究[27]發(fā)現(xiàn)，眼外肌中有338個基因表達不同于股四頭肌，CD9、CD74和B因子等與免疫應(yīng)答有關(guān)的基因表達水平較脛骨前肌上升，而與神經(jīng)肌肉突觸傳遞有關(guān)的基因表達水平則下降[2]。Zhou等[28]發(fā)現(xiàn)，在EAMG小鼠中，眼外肌同膈肌和趾長伸肌具有明顯不同的RNA表達印記，眼外肌相比膈肌和趾長伸肌有212個基因表達水平異常升高，且其中大部分基因與免疫反應(yīng)有關(guān)；同時，眼外肌還具有特有的基因表達減少，而膈肌和趾長伸肌則沒有。眼外肌強烈的RNA表達改變和廣泛的炎性浸潤都表明了EAMG對眼外肌造成了十分嚴重的損傷，進一步證明眼外肌NMJ更易受到抗體介導(dǎo)攻擊所造成的傷害。

眼外肌具有不同于骨骼肌的肌纖維類型、特異性的MyHC表達模式，以及高代謝、耐疲勞和獨特的免疫環(huán)境等，這些特點部分解釋了眼外肌易受累于MG的原因。同時，這些對眼外肌病理生理特性的深入研究也為相應(yīng)疾病的探索和治療提供了新的思路。然而基于現(xiàn)有技術(shù)條件和研究進展，我們?nèi)圆荒芡耆U明眼外肌的獨特性與其易遭受免疫攻擊機制的關(guān)聯(lián)，而且是否有更關(guān)鍵的因素決定眼外肌的易受累性也有待研究發(fā)現(xiàn)。近年來，基因組分析技術(shù)的成熟和廣泛應(yīng)用，可對眼外肌做出進一步深入的研究，以期在分子水平上發(fā)現(xiàn)和闡明眼外肌在MG中選擇性易受累的真正原因。

[1] Spencer RF, Porter JD. Biological organization of the extraocular muscles[J]. Prog Brain Res, 2006,151(1):43-80.

[2] Liu R, Xu H, Wang G, et al. Extraocular muscle characteristics related to myasthenia gravis susceptibility[J]. PLoS One, 2013,8(2):e55611.

[3] Serra A, Ruff R, Kaminski H, et al. Factors contributing to failure of neuromuscular transmission in myasthenia gravis and the special case of the extraocular muscles[J]. Ann N Y Acad Sci, 2011,1233(1):26-33.

[4] Janbaz AH, Lindstrom M, Liu J, et al. Intermediate filaments in the human extraocular muscles[J]. Invest Opthalmol Vis Sci, 2014,55(8):5151.

[5] Kusner LL, Young A, Tjoe S, et al. Perimysial fibroblasts of extraocular muscle, as unique as the muscle fibers[J]. Invest Opthalmol Vis Sci, 2010,51(1):192.

[6] Zhou Y, Liu D, Kaminski HJ. Myosin heavy chain expression in mouse extraocular muscle: more complex than expected[J]. Invest Opthalmol Vis Sci, 2010,51(12):6355.

[7] Mcloon LK, Park HN, Kim JH, et al. A continuum of myofibers in adult rabbit extraocular muscle: force, shortening velocity, and patterns of myosin heavy chain colocalization[J]. J Appl Physiol, 2011,111(4):1178-1189.

[8] Bloemink MJ, Deacon JC, Resnicow DI, et al. The Superfast human extraocular myosin is kinetically distinct from the fast skeletal Ⅱa, Ⅱb, and Ⅱd Isoforms[J]. J Biol Chem, 2013,288(38):27469-27479.

[9] Zhou Y, Cheng G, Dieter L, et al. An altered phenotype in a conditional knockout of pitx2 in extraocular muscle[J]. Invest Opthalmol Vis Sci, 2009,50(10):4531.

[10] Zhou Y, Gong B, Kaminski HJ. Genomic profiling reveals pitx2 controls expression of mature extraocular muscle contraction-related genes[J]. Invest Opthalmol Vis Sci, 2012,53(4):1821.

[11] Yu Wai Man CY, Chinnery PF, Griffiths PG. Extraocular muscles have fundamentally distinct properties that make them selectively vulnerable to certain disorders[J]. Neuromuscul Disord, 2005,15(1):17-23.

[12] Porter JD, Baker RS. Muscles of a different color: the unusual properties of the extraocular muscles may predispose or protect them in neurogenic and myogenic disease[J]. Neurology, 1996,46(1):30-37.

[13] Kaminski HJ, Li Z, Richmonds C, et al. Susceptibility of ocular tissues to autoimmune diseases[J]. Ann N Y Acad Sci, 2003,998(1):362-374.

[14] Yu-Wai-Man P, Lai-Cheong J, Borthwick GM, et al. Somatic mitochondrial dna deletions accumulate to high levels in aging human extraocular muscles[J]. Invest Opthalmol Vis Sci, 2010,51(7):3347.

[15] Greaves LC, Yu-Wai-Man P, Blakely EL, et al. Mitochondrial DNA defects and selective extraocular muscle involvement in CPEO[J]. Invest Opthalmol Vis Sci, 2010,51(7):3340.

[16] Conti-Fine BM, Milani M, Kaminski HJ. Myasthenia gravis: past, present, and future[J]. J Clin Invest, 2006,116(11):2843-2854.

[17] Wu X, Tuzun E, Saini SS, et al. Ocular myasthenia gravis induced by human acetylcholine receptor E subunit immunization in HLA DR3 transgenic mice[J]. Immunol Lett, 2015,168(2):306-312.

[18] Wu X, Tuzun E, Li J, et al. Ocular and generalized myasthenia gravis induced by human acetylcholine receptor γ subunit immunization[J]. Muscle Nerve, 2012,45(2):209-216.

[19] Yang H, Wu B, Tüzü NE, et al. A new mouse model of autoimmune ocular myasthenia gravis[J]. Invest Opthalmol Vis Sci, 2007,48(11):5101.

[20] Peeler CE, De Lott LB, Nagia L, et al. Clinical utility of acetylcholine receptor antibody testing in ocular myasthenia gravis[J]. JAMA Neurology, 2015,72(10):1170.

[21] Mishina M, Takai T, Imoto K, et al. Molecular distinction between fetal and adult forms of muscle acetylcholine receptor[J]. Nature, 1986,321(6068):406-411.

[22] Soltys J, Gong B, Kaminski HJ, et al. Extraocular muscle susceptibility to myasthenia gravis[J]. Ann N Y Acad Sci, 2008,1132(1):220-224.

[23] Porter JD, Khanna S, Kaminski HJ, et al. Extraocular muscle is defined by a fundamentally distinct gene expression profile[J]. Proc Natl Acad Sci USA, 2001,98(21):12062-12067.

[24] Zhou Y, Gong B, Lin F, et al. Anti-C5antibody treatment ameliorates weakness in experimentally acquired myasthenia gravis[J]. J Immunol, 2007,179(12):8562-8567.

[25] Heckmann JM, Uwimpuhwe H, Ballo R, et al. A functional SNP in the regulatory region of the decay-accelerating factor gene associates with extraocular muscle pareses in myasthenia gravis[J]. Genes Immun, 2009,11(1):1-10.

[26] Auret J, Abrahams A, Prince S, et al. The effects of prednisone and steroid-sparing agents on decay accelerating factor (CD55) expression: Implications in myasthenia gravis[J]. Neuromuscul Disord, 2014,24(6):499-508.

[27] Fischer MD, Budak MT, Bakay M, et al. Definition of the unique human extraocular muscle allotype by expression profiling[J]. Physiol Genomics, 2005,22(3):283-291.

[28] Zhou Y, Kaminski HJ, Gong B, et al. RNA expression analysis of passive transfer myasthenia supports extraocular muscle as a unique immunological environment[J]. Invest Opthalmol Vis Sci, 2014,55(7):4348.

國家自然科學(xué)基金資助項目(81360151)；江西省科技支撐計劃項目(20141BBG70027)；江西省教育廳科技計劃項目(GJJ13147)；江西省衛(wèi)計委科技計劃項目(20141031)；2012年江西省遠航工程。

吳曉蓉(E-mail: wxr98021@126.com)

10.3969/j.issn.1002-266X.2016.42.039

R746.1

A

1002-266X(2016)42-0109-04

2016-05-11)