神經(jīng)生長因子前體蛋白在糖尿病視網(wǎng)膜神經(jīng)細胞病變中的作用

周琳琳 楊曉春 梅妍

1昆明理工大學(xué)醫(yī)學(xué)院（昆明 650500）；2云南省第一人民醫(yī)院昆明理工大學(xué)附屬醫(yī)院（昆明650532）；3陰正勤專家工作站（昆明 650032）

糖尿病視網(wǎng)膜病變（diabetic retinopathy，DR）是糖尿病患者的眼部并發(fā)癥，是全世界范圍內(nèi)失明的重要原因之一。隨著全球糖尿病發(fā)病率呈指數(shù)增長，其DR的患病率也將增加。根據(jù)目前的預(yù)測，美國糖尿病患者的人數(shù)將從2007年的2 780萬人增加到2030年的6 070萬人［1］。目前尚無徹底治療DR的方法，因而這種并發(fā)癥發(fā)生率的增加，將使患者和醫(yī)生面臨一個嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)，也將給社會和家庭帶來極大的負擔(dān)。近年來，有研究發(fā)現(xiàn)血清和玻璃體的神經(jīng)生長因子前體蛋白（pro?nerve growth factor，proNGF）與神經(jīng)生長因子（nerve growth factor，NGF）比例失衡是DR發(fā)生的潛在因素之一［2］。因此，proNGF與糖尿病視網(wǎng)膜病理生理機制的改變密不可分，它對DR的臨床治療具有重要的指導(dǎo)作用。本文以NGF和其前體蛋白及其受體TrkA和p75營養(yǎng)因子受體（p75 Neurotrophin Receptors，p75NTR）在DR的作用予以綜述。

1 DR的神經(jīng)細胞病變

大量的研究表明DR不僅是一種血管疾病，而且還具有神經(jīng)退行性成分，視網(wǎng)膜中所有類型的細胞基本上都受到影響，最終導(dǎo)致視覺功能的慢性喪失［3］。DR涉及的視網(wǎng)膜上的神經(jīng)細胞，包括視網(wǎng)膜神經(jīng)節(jié)細胞（retinal ganglion cell，RGC）、視錐和視桿細胞、雙極細胞及視網(wǎng)膜神經(jīng)膠質(zhì)細胞等，此外還有視網(wǎng)膜外核層明顯變薄，視錐和視桿細胞凋亡［4］。小膠質(zhì)細胞是負責(zé)監(jiān)測眼睛炎癥反應(yīng)的主要免疫細胞之一?；罨疊細胞（nuclear transcription factor?κB，NFκB）和細胞外信號調(diào)節(jié)激酶（extracellular sig?nal?regulated kinase，ERK）信號通路的核因子κ?輕鏈增強劑介導(dǎo)的活化小膠質(zhì)細胞中的轉(zhuǎn)錄變化，導(dǎo)致各種促炎介質(zhì)（包括細胞因子，趨化因子，半胱天冬酶和谷氨酸鹽）的釋放［5］。在DR中，活化的小膠質(zhì)細胞遷移并釋放炎性細胞因子，這有助于破壞血液?視網(wǎng)膜屏障，神經(jīng)元丟失和增強的活性氧產(chǎn)生，導(dǎo)致神經(jīng)元凋亡增加并隨后使視覺喪失［6］。Müller細胞是視網(wǎng)膜神經(jīng)膠質(zhì)細胞，是唯一跨越整個視網(wǎng)膜寬度的細胞類型，與視網(wǎng)膜中的幾乎每種細胞類型都有接觸，因此它們具有獨特的定位功能，可以執(zhí)行維持視網(wǎng)膜動態(tài)平衡所需的各種功能，如介導(dǎo)神經(jīng)元功能障礙，產(chǎn)生促血管生成因子導(dǎo)致新血管形成，建立慢性炎性視網(wǎng)膜環(huán)境和最終誘導(dǎo)細胞死亡［7］，同時它們還表現(xiàn)出成纖維細胞樣表型和在DR中的遷移能力［8］。RGC是晚期分化的中樞神經(jīng)系統(tǒng)神經(jīng)元，它們在受傷后具有有限的內(nèi)源性再生能力，因此RGC死亡會導(dǎo)致永久性的視覺損失［9］。DR早期的視網(wǎng)膜神經(jīng)細胞病變主要涉及RGC細胞，表現(xiàn)為細胞數(shù)量的明顯減少［10］。YANG等［10］在其報道中指出在糖尿病小鼠模型中，糖尿病發(fā)病后6和12周，糖尿病小鼠的眼壓水平顯著升高，而且在糖尿病小鼠中發(fā)生視網(wǎng)膜神經(jīng)細胞減少，這說明RGC減少可能是糖尿病視網(wǎng)膜病變的重要組成部分。

2 糖尿病RGC受損的機制

目前研究發(fā)現(xiàn)多種機制參與了DR，主要包括如下幾種：（1）Nogo?NgR機制。Nogo受體是神經(jīng)元凋亡的重要因子，Nogo蛋白受體（NgR）有抑制神經(jīng)再生的功能，多種致盲性疾病導(dǎo)致RGC凋亡的機制可能與NgR表達上調(diào)Caspase?3表達、誘發(fā)氧化應(yīng)激有關(guān)［11］。GUO等［12］發(fā)現(xiàn)在鏈脲佐菌素誘導(dǎo)的糖尿病大鼠模型中，糖尿病發(fā)病后12周，視網(wǎng)膜nogo受體和Rho激酶表達明顯增加，視網(wǎng)膜神經(jīng)節(jié)細胞凋亡明顯，而用RNA干擾抑制大鼠視網(wǎng)膜Nogo受體的表達，可明顯抑制視網(wǎng)膜Rho激酶的表達，明顯降低糖尿病大鼠視網(wǎng)膜神經(jīng)節(jié)細胞的凋亡。（2）基質(zhì)金屬蛋白酶?9（matrix metalloproteinase?9，MMP?9）機制。小膠質(zhì)細胞在DR期間的神經(jīng)炎癥和病理變化中的有著重要的作用。ZHU等［13］通過用高糖刺激小膠質(zhì)細胞Bv2細胞模擬糖尿病微環(huán)境，研究發(fā)現(xiàn)芍藥甙通過上調(diào)細胞因子信號傳導(dǎo)3（suppressor of cytokine signaling?3，SOCS3）在糖尿病視網(wǎng)膜病變中抑制TLR4/NF?κB途徑抑制高葡萄糖誘導(dǎo)的視網(wǎng)膜小膠質(zhì)細胞MMP?9的表達和炎癥反應(yīng)，此外，DR相關(guān)的神經(jīng)元損傷或血管損傷可通過此通路治療減輕。（3）proNGF及p75NTR途徑。p75NTR是proNGF的高親和力受體，當(dāng)p75NTR水平較高時，proNGF能介導(dǎo)神經(jīng)系統(tǒng)的不同損傷，并介導(dǎo)神經(jīng)細胞的凋亡。IBáN?ARIAS等［14］在其報告中指出新的DHEA環(huán)氧衍生物BNN27通過激活NGF的原肌球蛋白相關(guān)激酶A（Tropomyosin?related kinase A，TrkA）受體，降低p75NTR的表達和膠質(zhì)細胞的活化，逆轉(zhuǎn)糖尿病所致的視網(wǎng)膜損傷。這提示proNGF?p75NTR途徑對保護糖尿病患者的視覺功能具有非常重要的意義。

3 NGF、proNGF生物學(xué)特點

NGF是一種廣泛存在于人類組織中的多能介質(zhì)，它最初被認(rèn)為僅在神經(jīng)元動態(tài)平衡和病理生理學(xué)中是重要的，但是后來的研究發(fā)現(xiàn)它也涉及炎癥，上皮分化和傷口愈合的病理生理學(xué)［15］。NGF是前腦膽堿能神經(jīng)元存活和功能維持所必需的，主要分布和產(chǎn)生在大腦皮層和海馬，但成熟的NGF（Mngf）具有存活/分化的作用，其前體能引起膽堿能神經(jīng)元的凋亡［16］。它除了活躍于廣泛的非神經(jīng)系統(tǒng)細胞外，還由一系列細胞類型合成，這些細胞類型被認(rèn)為不是NGF依賴性神經(jīng)元神經(jīng)支配的經(jīng)典靶點，這些細胞包括免疫?造血系統(tǒng)的細胞和腦中參與神經(jīng)內(nèi)分泌功能的群體［17］。在視覺系統(tǒng)中，這種神經(jīng)營養(yǎng)素及其受體TrkA和p75NTR在大多數(shù)眼內(nèi)組織（包括晶狀體、玻璃體、脈絡(luò)膜、虹膜和小梁網(wǎng)）中存在，這也突顯了NGF在眼部病變中的重要作用［18］。

proNGF的編碼基因位于第一對染色體的近短臂上，是NGF的前體的形式，經(jīng)過蛋白水解裂解產(chǎn)生的成熟形式NGF。它能激活2個獨特的受體，分別是原肌球蛋白的酪氨酸激酶受體（tyrosine kinase，TrK）和p75NTR［19］。NGF以成熟形式和前體形式存在。這兩種形式對神經(jīng)元具有相反的作用：NGF誘導(dǎo)增殖，而proNGF通過結(jié)合常見的神經(jīng)營養(yǎng)因子受體（p75NTR和sortilin）形成復(fù)合物誘導(dǎo)細胞凋亡［20］，但它也會發(fā)揮神經(jīng)營養(yǎng)作用。proNGF發(fā)揮的這兩種作用，其取決于相應(yīng)受體水平。當(dāng)其低親和力受體TrK水平較高時，其主要表現(xiàn)為神經(jīng)營養(yǎng)活性。然而當(dāng)高親和力受體p75NTR水平較高時，ProNGF能介導(dǎo)神經(jīng)系統(tǒng)的不同損傷。一般認(rèn)為NGF主要通過TrkA發(fā)揮作用，誘導(dǎo)酪氨酸激酶啟動的級聯(lián)反應(yīng)，而proNGF與p75NTR結(jié)合更強［21］。proNGF對神經(jīng)系統(tǒng)的正確發(fā)育至關(guān)重要。

p75NTR是TNF?α受體超家族的成員，它的分布十分廣泛，在施萬細胞、少突膠質(zhì)細胞及運動神經(jīng)元等均有表達。p75NTR能與所有NT結(jié)合，主要調(diào)節(jié)其促凋亡作用，且它是眼睛、腦、心臟和周圍肢體的多種缺血性血管疾病的主要參與者，其在這些疾病中表達明顯增加并伴有神經(jīng)血管損傷［22］。神經(jīng)營養(yǎng)因子前體蛋白（pro?neurotrophin，proNT）和p75NTR作用后能夠促進細胞凋亡、抑制生長、減弱突觸功能。在細胞受損，比如炎癥、外傷和病變等情況下，P75NTR會表達上調(diào)，介導(dǎo)proNGF誘導(dǎo)神經(jīng)細胞凋亡。proNGF現(xiàn)在被認(rèn)為是一種生物活性信號分子，在誘導(dǎo)視網(wǎng)膜細胞減少中的作用在神經(jīng)退化的條件下顯得尤為重要［23］。因此，越來越多的證據(jù)支持神經(jīng)營養(yǎng)因子蛋白在視網(wǎng)膜疾病中的新興作用，特別是在DR中［19］。

4 proNGF與NGF失衡介導(dǎo)糖尿病視網(wǎng)膜神經(jīng)細胞損傷

糖尿病誘導(dǎo)的氧化應(yīng)激改變視網(wǎng)膜NGF的穩(wěn)態(tài)，導(dǎo)致其前體proNGF的積累。而其前體是在中樞神經(jīng)系統(tǒng)中的主要形式，以犧牲NGF為代價，其在保護神經(jīng)元和視網(wǎng)膜功能中起關(guān)鍵作用。而這種不平衡與實驗性DR損傷相吻合。糖尿病所導(dǎo)致的proNGF/NGF的不平衡這一表征進一步提示其可能為糖尿病并發(fā)癥的早期標(biāo)志物［2］。此外，proNGF/NGF的失衡對提示DR的病程不再處于早期有重要意義，其可能預(yù)示著視網(wǎng)膜炎癥、神經(jīng)變性、血管通透性和無細胞毛細血管的發(fā)展［19］。TRABJERQ等［20］通過比較NGF和proNGF的成熟部分中的氫/氘交換，發(fā)現(xiàn)proNGF的前體部分的存在導(dǎo)致成熟部分中的3個環(huán)區(qū)域的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定化，其作用可能是通過分子直接相互作用。Trabjerq E使用串聯(lián)質(zhì)譜分析，進一步發(fā)現(xiàn)了proNGF的前端中兩個N?連接和兩個O?連接部位出現(xiàn)糖基化。這些結(jié)果助于為NGF和proNGF在分子水平上的多種生物效應(yīng)提供理論依據(jù)。越來越多的證據(jù)支持proNGF失調(diào)與早期視網(wǎng)膜炎癥，神經(jīng)和微血管變性之間存在著非常密切的聯(lián)系［19］。研究還表明，糖尿病引起的神經(jīng)營養(yǎng)因子失衡在于增加其前體形成，這與在視網(wǎng)膜中上調(diào)p75NTR受體相關(guān)。MYSONA的研究發(fā)現(xiàn)：糖尿病改變了NGF的平衡，NGF的減少，并導(dǎo)致了受體p75NTR的聚集，提示proNGF?p75NTR軸在DR的病理生理機制中具有重要作用［24］。

5 proNGF和p75NTR、sortilin相互作用，直接介導(dǎo)糖尿病視網(wǎng)膜神經(jīng)細胞損傷

TrkA、TrkB和TrkC是神經(jīng)營養(yǎng)素的另一類主要受體，兩者結(jié)合后具有較強的修復(fù)和促存活功能。ProNGF與其各種受體間存在著相互聯(lián)系、相互影響，又相互獨立的關(guān)系。MEEKER等［25］發(fā)現(xiàn)：盡管Trk受體被特定的神經(jīng)營養(yǎng)因子直接激活，但p75NTR作為一種多功能受體，通過與TrkA，TrkB，TrkC，sortilin或Nogo受體的異二聚體相互作用來發(fā)揮其作用，以調(diào)節(jié)多種細胞功能。P75NTR能通過與不同的配體結(jié)合，調(diào)節(jié)成熟proNGF與受體的結(jié)合，激活不同的信號傳導(dǎo)途徑，進而影響細胞的生長、存活及死亡。LOANNOU等［26］系統(tǒng)地改變TrkA受體水平，啟動細胞因子，利用輕微干擾RNA，并利用誘變PC12nnr5細胞系，發(fā)現(xiàn)在不存在TrkA的情況下，即使p75NTR和sortilin水平降低，也會發(fā)生proNGF誘導(dǎo)的細胞死亡，結(jié)果表明proNGF可以響應(yīng)于TrkA受體水平的變化而在神經(jīng)營養(yǎng)和凋亡活性之間切換，而成熟的NGF不能。proNGF能夠以高親和力與p75NTR和Sortilin結(jié)合，并且啟動神經(jīng)細胞凋亡程序引起神經(jīng)元的凋亡、抑制生長、減弱突觸的功能作用。proNGF/p75NTR/Sortilin結(jié)合形成的三聚體是誘導(dǎo)神經(jīng)凋亡的必要條件，其中Sortilin起輔受體及分子開關(guān)作用，控制P75NTR，介導(dǎo)ProNGF誘導(dǎo)凋亡前信號。而且，P75NTR與NFκB相互作用可以導(dǎo)致促炎性細胞的激活，因P75ICD可以與蛋白質(zhì)相互作用在細胞質(zhì)中或可以改變原子的位置，這有可能直接調(diào)控轉(zhuǎn)錄。p75NTR缺失可使糖尿病引起的視網(wǎng)膜 NGF 表達減弱，而 ProNGF、NFκB、P?nfκB和TNF?α表達增加，同時p75NTR的缺失也能抑制糖尿病誘導(dǎo)的膠質(zhì)纖維酸性蛋白表達、神經(jīng)節(jié)細胞丟失和血管通透性［24］。因此，控制p75NTR能減弱糖尿病引起的視網(wǎng)膜炎、神經(jīng)膠質(zhì)激活缺失，神經(jīng)節(jié)細胞丟失和血管通透性。

6 proNGF介導(dǎo)炎癥，間接誘導(dǎo)糖尿病視網(wǎng)膜神經(jīng)細胞損傷

炎癥是DR發(fā)病的重要因素。DR中出現(xiàn)的神經(jīng)感覺缺陷與炎癥相關(guān)，并且發(fā)生在臨床可識別的血管并發(fā)癥之前，糖尿病神經(jīng)缺陷與視網(wǎng)膜神經(jīng)膠質(zhì)細胞及神經(jīng)元對高血糖反應(yīng)的異常反應(yīng)有關(guān)［27］。p75NTR在成人視網(wǎng)膜中的表達于Müller細胞。在DR中，Müller細胞經(jīng)歷了激活和膠質(zhì)化，導(dǎo)致p75NTR和ProNGF的水平升高，它們的自分泌結(jié)合促進TNF、α2M等促炎細胞因子的產(chǎn)生和釋放。BAR?CELONE等［28］使用鏈脲佐菌素誘導(dǎo)的小鼠糖尿病模型進行研究，發(fā)現(xiàn)糖尿病非常早期p75NTR在神經(jīng)膠質(zhì)細胞和周細胞中表達上調(diào)，以介導(dǎo)配體依賴性誘導(dǎo)炎癥細胞因子表達，促使神經(jīng)—神經(jīng)膠質(zhì)—血管單元破壞，以及血—視網(wǎng)膜屏障受損，細胞水腫和神經(jīng)元死亡。在糖尿病誘導(dǎo)早期，白細胞介素?1β（Interleukin?1β，IL?1β）在視網(wǎng)膜的表達增加，并隨著疾病進展而持續(xù)增加，這一改變與膠質(zhì)細胞活化標(biāo)志物的上調(diào)在時間上相關(guān)［29］。MOHAMED等［30］用鏈脲佐菌素（STZ）分別誘導(dǎo)野生型和p75NTR基因敲除（p75ko）小鼠糖尿病模型，觀察調(diào)節(jié)p75NTR對糖尿病視網(wǎng)膜病變的保護作用，數(shù)據(jù)顯示，糖尿病介導(dǎo)的p75NTR的表達可引起視網(wǎng)膜炎癥，IL?1β和應(yīng)激激酶JNK表達增加，并表達caspase?3，介導(dǎo)細胞凋亡。而敲除p75NTR則減少了視網(wǎng)膜炎癥和proNGF表達。p75NTR基因缺失抑制了長期糖尿病所致的IL?1β炎癥，可恢復(fù)NGF和TrkA的活化。

7 結(jié)論

綜上所述，近年來針對DR的診斷和治療方法有一定的進展。自動篩查、光學(xué)相干斷層掃描、系統(tǒng)性危險因素控制，以及手術(shù)、微脈沖激光和新藥物治療的應(yīng)用，都豐富了對該疾病的控制手段。然而，這些治療方法并不能取得令人滿意的效果?；颊咚P(guān)注的視功能的維持和恢復(fù)，仍是DR治療的重點和難點。而視網(wǎng)膜神經(jīng)細胞的損傷對患者視覺質(zhì)量的影響仍是一個非常重要的因素。ProNGF/p75NTR通過直接或間接作用，介導(dǎo)糖尿病視網(wǎng)膜神經(jīng)細胞損傷的作用已在許多的實驗中得到證實，而其介導(dǎo)損傷的機制正待進一步完全闡明?？梢灶A(yù)見，針對ProNGF/p75NTR的干預(yù)將有可能是治療和預(yù)防DR視網(wǎng)膜神經(jīng)細胞損傷的新策略，因此在ProNGF/p75NTR的干預(yù)科研方面應(yīng)投入更多的心血和精力。