近視性鞏膜重塑相關(guān)因子研究進(jìn)展△

徐福如 蔣文君 吳建峰 畢宏生

近年來(lái)，近視患病率逐年增高，已成為影響青少年視力健康的重大問(wèn)題。據(jù)估計(jì)到2025年，全球青少年近視人口將達(dá)3.24億[1]。流行病學(xué)調(diào)查研究顯示，上海大學(xué)生和山東地區(qū)學(xué)齡兒童(4～17歲)近視患病率超過(guò)80%[2-3]。軸性近視是近視的主要類(lèi)型，常伴隨鞏膜葡萄腫、脈絡(luò)膜退化、視網(wǎng)膜萎縮和脫離以及黃斑病變等眼部病理改變，嚴(yán)重?fù)p害患者視力。有研究認(rèn)為近視與鞏膜重塑有關(guān)[4]：近視發(fā)展過(guò)程中，鞏膜基質(zhì)降解增加、膠原合成減少、膠原纖維直徑變細(xì)、蛋白聚糖含量減少，鞏膜組織變薄，眼軸進(jìn)行性延長(zhǎng)。研究表明，鞏膜重塑過(guò)程受視網(wǎng)膜-脈絡(luò)膜-鞏膜級(jí)聯(lián)信號(hào)調(diào)控，異常視覺(jué)信號(hào)刺激視網(wǎng)膜產(chǎn)生的信號(hào)因子經(jīng)過(guò)脈絡(luò)膜到達(dá)最終靶點(diǎn)組織鞏膜，其中基質(zhì)金屬蛋白酶(matrix metalloproteinases，MMPs)及其抑制劑、生長(zhǎng)因子、視黃酸等相關(guān)因子在近視性鞏膜重塑過(guò)程中發(fā)揮了重要作用。本文就影響近視性鞏膜基質(zhì)重塑的相關(guān)因子及其在近視發(fā)展中的作用進(jìn)行綜述。

1 MMPs及其抑制劑

1.1 MMPsMMPs是一類(lèi)高度保守的能夠降解細(xì)胞外基質(zhì)(extracellular,ECM)

一系列成分的鈣離子依賴(lài)性含鋅內(nèi)肽酶。目前已知人源性MMPs有26種，按照底物特異性和同源性分為膠原酶、明膠酶、間質(zhì)溶解素、基質(zhì)溶解因子、膜性MMPs及其他[5]。

MMPs與近視發(fā)展關(guān)系密切。有研究發(fā)現(xiàn)，近視患者房水MMP-2高表達(dá)[13]。動(dòng)物研究發(fā)現(xiàn)，誘導(dǎo)近視形成后，鞏膜組織中MMP-2表達(dá)上調(diào)，此外，球后注射腺相關(guān)病毒8型包裝的MMP-2過(guò)表達(dá)載體(AAV8-MMMP-2)4周后，處于正常視覺(jué)環(huán)境的小鼠鞏膜組織中MMP-2上調(diào)并形成近視[6]。MMP-2屬于明膠酶，主要降解鞏膜ECM含量最多的Ⅰ型膠原，使膠原含量減少，鞏膜生物力學(xué)功能減弱，眼球在受到相同眼壓的情況下，鞏膜易于變形。體外人鞏膜成纖維細(xì)胞模型研究表明，極低頻電磁場(chǎng)(0.2 mT，50 Hz)、MMPs激動(dòng)劑和MMPs抑制劑能夠分別促進(jìn)和抑制MMP-2的表達(dá)與活性，同時(shí)下調(diào)和上調(diào)Ⅰ型膠原表達(dá)[7-8]，提示MMP-2是調(diào)控Ⅰ型膠原合成的關(guān)鍵因子，并在近視性鞏膜重塑中發(fā)揮關(guān)鍵作用。

MMP-2作為某些信號(hào)通路的下游分子參與了近視形成。在近視發(fā)展過(guò)程中，鞏膜組織中MMP-2、胰島素樣生長(zhǎng)因子-1(insulin-like growth factor-1，IGF-1)、信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)和轉(zhuǎn)錄活化因子-3(signal transducer and activator of transcription -3，STAT-3)的表達(dá)隨近視程度加深明顯增加，并具有時(shí)間依賴(lài)性，提示近視鞏膜中IGF-1/STAT-3信號(hào)通路可能介導(dǎo)了MMP-2的過(guò)表達(dá)[9]。此外，Chen等[10]通過(guò)玻璃體內(nèi)注射Shh信號(hào)通路激動(dòng)劑(氨基末端肽SHH-N)能夠誘導(dǎo)正常豚鼠發(fā)生近視及眼軸延長(zhǎng)，鞏膜組織MMP-2表達(dá)上調(diào)；向形覺(jué)剝奪性近視(form-deprivation myopia，F(xiàn)DM)豚鼠玻璃體內(nèi)注射Shh信號(hào)通路抑制劑(環(huán)磷酰胺)能夠延緩近視發(fā)展及使眼軸延長(zhǎng)，鞏膜組織MMP-2表達(dá)下調(diào)，兩者作用均呈劑量依賴(lài)性，提示MMP-2是Shh信號(hào)通路的下游分子，該通路的激活可導(dǎo)致MMP-2的表達(dá)增加并影響近視形成。綜上所述，MMP-2受多個(gè)信號(hào)通路的調(diào)控，在近視形成過(guò)程中表達(dá)上調(diào)，從而影響鞏膜重塑。

1.2 基質(zhì)金屬蛋白酶抑制劑鞏膜成纖維細(xì)胞分泌天然抑制劑基質(zhì)金屬蛋白酶抑制劑(tissue inhibitor of matrix metalloproteinases，TIMPs)是各種活性MMPs的內(nèi)源特異性抑制劑，可影響鞏膜基質(zhì)的降解，參與鞏膜重塑的過(guò)程。TIMP-2對(duì)MMP-2起激活和抑制的雙重作用，TIMP-2與膜性MMP(MT1-MMP)形成復(fù)合物，能夠活化MMP-2前體，TIMP-2還可抑制活性MMP-2。體外細(xì)胞模型中，低劑量重組TIMP-2可促進(jìn)樹(shù)鼩鞏膜成纖維細(xì)胞中的MMP-2活化，呈現(xiàn)劑量依賴(lài)性，高劑量重組TIMP-2可抑制MMP-2活性；誘導(dǎo)樹(shù)鼩形覺(jué)剝奪近視前，結(jié)膜下注射外源性TIMP-2，12 d后與單純形覺(jué)剝奪近視組相比，膠原降解程度明顯降低，眼軸明顯縮短，近視程度明顯減輕[11]。此外，轉(zhuǎn)染TIMP-2基因可促進(jìn)豚鼠鞏膜成纖維細(xì)胞增生，抑制MMP-2的表達(dá)，促進(jìn)形成新的ECM[12]。綜上所述，外源性補(bǔ)充TIMP-2能夠減少鞏膜基質(zhì)的降解以及延緩近視的發(fā)展。

1.3 MMPs與TIMPs的共同作用引起鞏膜基質(zhì)重塑的關(guān)鍵在于維系ECM合成與降解代謝之間動(dòng)態(tài)平衡的MMPs/TIMPs的水平。Jia等[13]研究發(fā)現(xiàn)高度近視患者靜止期房水中MMPs和TIMPs的含量同步增加；然而，實(shí)驗(yàn)性近視動(dòng)物鞏膜組織中MMPs表達(dá)增加，TIMPs含量下降，近視恢復(fù)時(shí)MMPs表達(dá)下降，TIMPs含量不變或者上升。經(jīng)哌侖西平治療后近視眼鞏膜中MMP-2表達(dá)減少，TIMP-2表達(dá)增加[14]。提示MMP-2 與TIMP-2的平衡在近視的治療過(guò)程中發(fā)揮作用。

2 生長(zhǎng)因子

2.1 轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子-β轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子-β(transforming growth factor-β，TGF-β)是與組織結(jié)構(gòu)相關(guān)的多功能生長(zhǎng)因子大家族，參與胚胎發(fā)育，ECM重塑和癌癥進(jìn)展等生理病理過(guò)程。TGF-β在維持鞏膜成纖維細(xì)胞的正常形態(tài)和功能方面起重要作用。鞏膜成纖維細(xì)胞是構(gòu)成鞏膜的主要細(xì)胞，合成并分泌鞏膜ECM以及各種活性生物分子。人鞏膜成纖維細(xì)胞表達(dá)TGF-β受體蛋白，外源性TGF-β能通過(guò)與成纖維細(xì)胞表面受體結(jié)合發(fā)揮作用。TGF-β可增加α-平滑肌肌動(dòng)蛋白(α-smooth muscle actin，α-SMA)的表達(dá)，使鞏膜成纖維細(xì)胞分化形成更多肌成纖維細(xì)胞，后者可通過(guò)纖維蛋白連接復(fù)合體與ECM相互作用，參與調(diào)控ECM的合成和降解。體外培養(yǎng)鞏膜成纖維細(xì)胞中，TGF-β1、2、3可促進(jìn)豚鼠鞏膜成纖維細(xì)胞增殖并增加α-SMA表達(dá)，呈劑量依賴(lài)性，其中 TGF-β1促進(jìn)豚鼠鞏膜成纖維細(xì)胞增殖作用最強(qiáng)，TGF-β3增加α-SMA 表達(dá)作用最強(qiáng)[15]。

TGF-β1作為信號(hào)通路的上下游分子，可調(diào)控ECM主要成分Ⅰ型膠原的合成，其表達(dá)在近視發(fā)展過(guò)程中下調(diào)[16]。研究發(fā)現(xiàn)體外培養(yǎng)的FDM豚鼠鞏膜成纖維細(xì)胞中，Wnt3和β-catenin蛋白表達(dá)增加，TGF-β1明顯下降，Ⅰ型膠原減少排列紊亂。培養(yǎng)基中加入TGF-β1中和抗體后，Ⅰ型膠原排列更加紊亂。培養(yǎng)基加入Wnt/β-catenin通路拮抗劑后，Wnt3和β-catenin蛋白表達(dá)下降，TGF-β1表達(dá)增加，Ⅰ型膠原增加，排列規(guī)則，Wnt3/β-catenin信號(hào)通路可通過(guò)抑制TGF-β1表達(dá)，減少Ⅰ型膠原的合成，提示TGF- β1是Wnt3/β-catenin通路的下游分子，參與細(xì)胞內(nèi)外跨膜信號(hào)的轉(zhuǎn)導(dǎo)以及調(diào)節(jié)鞏膜ECM重塑[17]。TGF-β1是轉(zhuǎn)錄因子特異性蛋白1(transcription factor specific protein，Sp1)的上游分子，在FDM豚鼠中發(fā)現(xiàn)Sp1-mRNA和蛋白表達(dá)減少，具有時(shí)間依賴(lài)性，且Sp1與Ⅰ型膠原蛋白表達(dá)之間存在明顯正相關(guān)性，表明近視鞏膜中TGF-β1-Sp1通路影響Ⅰ型膠原蛋白的產(chǎn)生[18]。另外，發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)基因小鼠中TGF-β1水平升高可誘導(dǎo)TIMP-2的高表達(dá)來(lái)抑制MMP-2的活性，最終抑制ECM的降解影響鞏膜重塑[19]。

TGF-β2主要調(diào)節(jié)鞏膜成纖維細(xì)胞的增殖和ECM的產(chǎn)生，研究發(fā)現(xiàn)，TGF-β2可明顯促進(jìn)大鼠鞏膜成纖維細(xì)胞的增殖，使鞏膜變厚，呈劑量依賴(lài)性[20]。但TGF-β2表達(dá)具有物種特異性，F(xiàn)DM小雞和透鏡誘導(dǎo)近視(lens induced myopia，LIM)豚鼠后極部鞏膜中TGF-β2表達(dá)增加，F(xiàn)DM樹(shù)鼩鞏膜中TGF-β2表達(dá)減小[21-23]。另外，Jia等[24]發(fā)現(xiàn)，近視患者房水中TGF-β2 的濃度與眼軸長(zhǎng)度呈正相關(guān)關(guān)系，提示TGF-β2 可能是近視發(fā)展和眼軸延長(zhǎng)的關(guān)鍵因素。有研究報(bào)道，高度近視眼房水中TGF-β2和TIMPs水平均增加，二者水平呈正相關(guān)，提示TGF-β2促進(jìn)了TIMPs的細(xì)胞代償作用，從而減少和限制了MMPs對(duì)ECM的強(qiáng)烈降解[25]。

骨形態(tài)發(fā)生蛋白(bone morphogenetic protein，BMPs)是TGF-β最大的亞家族，已在多種眼組織中發(fā)現(xiàn)并在眼部發(fā)育和組織分化中起重要作用。研究證實(shí)，人鞏膜中可表達(dá)多種BMPs(BMP-2、-4、-5、-RIA、-RIB、-RII)發(fā)揮調(diào)節(jié)鞏膜組織穩(wěn)態(tài)的作用。FDM豚鼠后極部鞏膜中BMP-2和BMP-5的表達(dá)顯著降低[26]。LIM豚鼠后極部鞏膜BMP-2水平減少，近視恢復(fù)1周后BMP-2水平恢復(fù)至正常水平，BMP-2與透鏡誘導(dǎo)近視和恢復(fù)期間的鞏膜重塑有關(guān)。BMP-2作用于體外培養(yǎng)人鞏膜成纖維細(xì)胞，結(jié)果顯示Ⅰ、Ⅲ型膠原表達(dá)增多，且糖胺聚糖與蛋白多聚糖合成增加，磷酸化Smad1/5/8表達(dá)增加，人鞏膜成纖維細(xì)胞明顯增殖，分化形成更多肌成纖維細(xì)胞[27]。提示近視發(fā)展中BMP-2的減少可能抑制了Smad1/5/8通路，從而引起鞏膜組織中膠原和蛋白多糖減少，影響鞏膜重塑。

綜上所述，TGF-β的不同亞型對(duì)近視性鞏膜重塑的影響及作用機(jī)制不同，主要是TGF-β1和BMP-2的減少和TGF-β2 的增加參與近視性鞏膜重塑。

2.2 堿性成纖維細(xì)胞生長(zhǎng)因子堿性成纖維細(xì)胞生長(zhǎng)因子(basic fibroblast growth factor，b-FGF)是促進(jìn)血管生成和神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)功能的多向性生長(zhǎng)因子，在調(diào)節(jié)鞏膜成纖維細(xì)胞的生長(zhǎng)增殖中也起關(guān)鍵作用。隨著時(shí)間推移，b-FGF的表達(dá)在FDM大鼠中持續(xù)降低[28]，LIM豚鼠前后鞏膜組織中的b-FGF均下降[22]。鞏膜成纖維細(xì)胞表達(dá)b-FGF受體蛋白，外源性b-FGF可通過(guò)與成纖維細(xì)胞表面受體結(jié)合發(fā)揮作用。外源性b-FGF有效改善FDM小雞眼軸過(guò)度伸長(zhǎng)，并通過(guò)降低caspase-3活性減少視網(wǎng)膜神經(jīng)細(xì)胞凋亡[29]。Tian等[30]發(fā)現(xiàn)外源性注射b-FGF不僅可抑制形覺(jué)剝奪對(duì)豚鼠造成的近視，增加鞏膜基質(zhì)中Ⅰ型膠原的合成，還可增加與鞏膜重塑相關(guān)聯(lián)的整合素α2和β1的表達(dá)水平，說(shuō)明b-FGF在近視鞏膜基質(zhì)重塑過(guò)程發(fā)揮著關(guān)鍵作用。

2.3 肝細(xì)胞生長(zhǎng)因子肝細(xì)胞生長(zhǎng)因子(hepatocyte growth factor，HGF)是具有多種生物學(xué)功能的生長(zhǎng)因子，通過(guò)與其特異性受體(Met)結(jié)合引起酪氨酸激酶磷酸化，激活細(xì)胞內(nèi)多個(gè)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路，發(fā)揮相應(yīng)的生物學(xué)效應(yīng)，如促進(jìn)有絲分裂、促使細(xì)胞運(yùn)動(dòng)、抗凋亡、抗纖維化等作用，并和形態(tài)發(fā)生有關(guān)。在中國(guó)漢族高度近視患者單核苷酸多態(tài)性研究中發(fā)現(xiàn)，高度近視與HGF受體(Met)遺傳變異有關(guān)[31]。LIM豚鼠變薄的鞏膜后極部組織HGF和MMP-2 mRNA、蛋白及受體(Met)蛋白表達(dá)水平均顯著高于對(duì)照組，且HGF與MMP-2水平呈正相關(guān)[32]。在體外培養(yǎng)的鞏膜成纖維細(xì)胞模型中，進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)HGF以劑量依賴(lài)性方式上調(diào)MMP-2，而在HGF siRNA轉(zhuǎn)染的鞏膜成纖維細(xì)胞中，MMP-2蛋白表達(dá)顯著降低[33]，提示HGF是豚鼠鞏膜成纖維細(xì)胞中MMP-2的上游分子，HGF通過(guò)改變MMP-2的水平，影響鞏膜基質(zhì)的降解，調(diào)控鞏膜重塑。

3 視黃酸

視黃酸又稱(chēng)全反式維甲酸(retinoic acid，RA)，是維生素A在體內(nèi)的自然衍生物，是細(xì)胞分化增殖和程序性死亡的關(guān)鍵調(diào)節(jié)因子，參與胚胎發(fā)育、組織分化、腫瘤細(xì)胞的生長(zhǎng)過(guò)程。建立外源性視黃酸誘導(dǎo)的近視豚鼠模型[34]，電鏡發(fā)現(xiàn)鞏膜膠原纖維數(shù)量減少，膠原直徑變小，分裂明顯，呈毛刷狀，膠原結(jié)構(gòu)稀疏，說(shuō)明RA誘導(dǎo)鞏膜發(fā)生重塑。視黃酸可能局部調(diào)節(jié)了鞏膜蛋白多糖合成和降解，引起鞏膜重塑。脈絡(luò)膜含有較多的視黃酸，它可被運(yùn)送到鞏膜抑制蛋白多糖合成。有研究報(bào)道，視黃酸能夠上調(diào)培養(yǎng)的豚鼠和人鞏膜成纖維細(xì)胞中衰老關(guān)鍵蛋白抗原(fibulin-1)的表達(dá)，該作用與劑量具有相關(guān)性[35]。fibulin-1可與Ⅰ型血小板結(jié)合蛋白基序的解聚素樣基質(zhì)金屬蛋白酶(ADAMTS-1)結(jié)合，提高后者降解蛋白多糖的效率。視黃酸呈劑量依賴(lài)性增加microRNA-328表達(dá)，通過(guò)下調(diào)RPE細(xì)胞中轉(zhuǎn)錄因子Pax6影響近視，用Pax6表達(dá)減少的培養(yǎng)基處理鞏膜細(xì)胞，使鞏膜細(xì)胞活力呈劑量依賴(lài)性下降，細(xì)胞中Ⅰ型膠原和整合素β1水平顯著降低，MMP-2表達(dá)水平上升[36]，提示視黃酸可能通過(guò)抑制轉(zhuǎn)錄因子Pax6的表達(dá)，增加MMP-2水平，造成基質(zhì)降解增加，膠原合成減少。總之，視黃酸通過(guò)增加fibulin-1和microRNA-328的表達(dá)，影響鞏膜重塑促進(jìn)形成近視。

4 賴(lài)氨酰氧化酶

賴(lài)氨酰氧化酶(lysyl oxidase，LOX)是一種含銅的胺氧化酶，可催化膠原蛋白和彈性蛋白的交聯(lián)。LOX家族包括LOX和LOX-L1-4(LOXL1-4)，是一種重要的ECM酶類(lèi)，通過(guò)賴(lài)氨酸殘基氧化成醛啟動(dòng)膠原蛋白和彈性蛋白的共價(jià)交聯(lián)，膠原蛋白交聯(lián)活性增強(qiáng)，將膠原蛋白組裝成不溶性膠原纖維。由于膠原降解增加及合成減少，近視后鞏膜中小直徑膠原纖維數(shù)量增加，但仍存在大直徑膠原纖維，因此鞏膜重塑與小膠原纖維數(shù)量增加密切相關(guān)。FDM豚鼠鞏膜膠原纖維直徑減少，LOX和Ⅰ型膠原mRNA及蛋白水平均下降，F(xiàn)DM豚鼠玻璃體內(nèi)注射LOX抑制劑(β-氨基丙腈)，膠原纖維直徑進(jìn)一步減少，極限應(yīng)變?cè)黾?，極限應(yīng)力和彈性模量下降，鞏膜生物力學(xué)減弱，彈性、應(yīng)力、抵抗力均減弱，導(dǎo)致鞏膜發(fā)生重塑，進(jìn)一步加重眼球形變和近視程度；FDM豚鼠玻璃體內(nèi)注射TGF-β1(LOX激活劑)后，LOX活性增加，膠原直徑增加，極限應(yīng)力和彈性模量增加，極限應(yīng)變下降，鞏膜生物力學(xué)增加，鞏膜抵抗力增加，減緩眼軸延長(zhǎng)[16]。因此明確LOX在鞏膜生物力學(xué)的作用有助于尋找抵抗鞏膜重塑和眼軸延長(zhǎng)的干預(yù)方式。

5 第二信使

第二信使環(huán)磷酸腺苷(cyclic adenosine monophosphate，cAMP)、環(huán)磷鳥(niǎo)苷(cyclic guanosine monophosphate，cGMP)是介導(dǎo)許多生理活動(dòng)的重要細(xì)胞信號(hào)分子，如神經(jīng)傳遞、免疫調(diào)節(jié)、細(xì)胞凋亡和基因調(diào)節(jié)等。兩者參與視覺(jué)信號(hào)和其他神經(jīng)遞質(zhì)轉(zhuǎn)導(dǎo)以及膠原的合成。FDM豚鼠模型鞏膜中cAMP和cGMP的水平表達(dá)增加，正常豚鼠結(jié)膜下注射AC或GC活化劑后，屈光度向近視偏移，注射AC或GC抑制劑能減緩FDM豚鼠眼軸延長(zhǎng)[37-38]。體外培養(yǎng)的人鞏膜成纖維細(xì)胞中，加入AC活化劑可抑制Ⅰ、Ⅲ、Ⅴ膠原及其mRNA的表達(dá)，該作用可被AC抑制劑逆轉(zhuǎn)。鞏膜生長(zhǎng)和鞏膜重塑是眼睛發(fā)育過(guò)程中兩種獨(dú)立機(jī)制。AC和GC抑制劑減少了cAMP和cGMP，選擇性地減弱FDM豚鼠近視的發(fā)生，不影響正常的視覺(jué)發(fā)育。以上研究表明cGMP和cGMP在近視過(guò)程中抑制鞏膜成纖維細(xì)胞膠原的合成，并影響鞏膜重塑。

6 結(jié)論與展望

以上相關(guān)因子均參與了鞏膜基質(zhì)重塑的過(guò)程，并在近視形成和發(fā)展過(guò)程中發(fā)揮作用。進(jìn)一步理解相關(guān)細(xì)胞因子在近視發(fā)展進(jìn)程中的作用，將有助于深入認(rèn)識(shí)近視的發(fā)病機(jī)制，為精準(zhǔn)治療近視提供候選干預(yù)靶點(diǎn)。近視發(fā)病機(jī)制復(fù)雜，近視性鞏膜基質(zhì)重塑的相關(guān)因子具體影響通路和機(jī)制尚不十分明確。因此，未來(lái)還需進(jìn)一步開(kāi)展與近視性鞏膜基質(zhì)重塑的相關(guān)因子實(shí)驗(yàn)研究，深入探究其作用機(jī)制。