膠質(zhì)細(xì)胞活化相關(guān)炎癥在青光眼視神經(jīng)病變中的研究進(jìn)展△

李麗萍 張旭 雷苑

(1.復(fù)旦大學(xué)附屬眼耳鼻喉科醫(yī)院 衛(wèi)生部近視眼重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 上海市視覺損害與重建重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 上海 200031；2.南昌大學(xué)附屬眼科醫(yī)院 江西省眼科學(xué)和視覺科學(xué)研究所 江西省眼科學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 南昌 330006)

青光眼是一種以視網(wǎng)膜神經(jīng)節(jié)細(xì)胞(retinal ganglion cells，RGCs)及其軸突凋亡為特征的視神經(jīng)退行性病變，通常認(rèn)為有多方面的成因，包括眼壓產(chǎn)生的機(jī)械和/或血管壓力、衰老、氧化應(yīng)激以及基因和環(huán)境等危險(xiǎn)因素，而越來越多的研究表明炎癥和免疫反應(yīng)在青光眼視神經(jīng)病變中具有重要作用[1]。

目前認(rèn)為，青光眼視神經(jīng)損害的原發(fā)部位是視盤篩板區(qū)[2]，且在高眼壓動(dòng)物實(shí)驗(yàn)中，抑制早期膠質(zhì)細(xì)胞活化及減少炎癥因子釋放，對RGCs和視神經(jīng)具有保護(hù)作用。例如，臨床上發(fā)現(xiàn)部分青光眼患者的視盤出血[3]以及視盤周圍脈絡(luò)膜視網(wǎng)膜萎縮帶[4]。出血可能是造成損傷的原始因素，也可能是某些神經(jīng)炎癥的繼發(fā)性作用[5]；免疫抑制劑西羅莫司(雷帕霉素)可以通過抑制缺血再灌注的視網(wǎng)膜及視盤星形膠質(zhì)細(xì)胞活化，減少RGCs丟失[6]；米諾環(huán)素(二甲胺四環(huán)素，四環(huán)素衍生物)也可通過抑制青光眼動(dòng)物模型中膠質(zhì)細(xì)胞活化，進(jìn)而抑制視神經(jīng)退行性病變[7]；臨床上，溴芬酸通過眼局部給藥即可在視網(wǎng)膜脈絡(luò)膜中產(chǎn)生并維持一定濃度，起到抗視網(wǎng)膜膠質(zhì)化和調(diào)節(jié)炎癥介質(zhì)的釋放等作用[8]，并且溴芬酸對正常RGCs沒有影響，也不加速視神經(jīng)損傷的軸突病變，長時(shí)間(9 d以后)來看，溴芬酸對RGCs有一定的保護(hù)作用[8]。

青光眼視神經(jīng)病變中視盤篩板處由膠質(zhì)細(xì)胞等介導(dǎo)的炎癥和免疫反應(yīng)與中樞神經(jīng)系統(tǒng)(central nervous system, CNS)退行性疾病的一些典型的機(jī)制相似，但具體機(jī)制尚未明確[2,5]。本文重點(diǎn)就星形膠質(zhì)細(xì)胞和小膠質(zhì)細(xì)胞活化及其產(chǎn)生的炎癥因子，特別是視網(wǎng)膜及視盤部膠質(zhì)細(xì)胞釋放的炎癥因子在青光眼視神經(jīng)病變過程中的作用及相關(guān)機(jī)制進(jìn)行綜述。

1 星形膠質(zhì)細(xì)胞和小膠質(zhì)細(xì)胞活化

青光眼早期即有視盤部位星形膠質(zhì)細(xì)胞和小膠質(zhì)細(xì)胞活化[9]。星形膠質(zhì)細(xì)胞和小膠質(zhì)細(xì)胞是視網(wǎng)膜及視乳頭篩板上重要的2種膠質(zhì)細(xì)胞：星形膠質(zhì)細(xì)胞分布于神經(jīng)纖維層和神經(jīng)節(jié)細(xì)胞層，且星形膠質(zhì)細(xì)胞在視盤篩板處數(shù)量較多，是篩板部位的主要細(xì)胞類型，對維持RGCs的正常生理功能具有重要意義[10]；小膠質(zhì)細(xì)胞分布于整個(gè)神經(jīng)組織中，在視盤篩板處及視網(wǎng)膜血管周圍也有分布，主要參與視網(wǎng)膜免疫應(yīng)答[11]。在人的青光眼視乳頭標(biāo)本和動(dòng)物實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)膠質(zhì)細(xì)胞的活化：星形膠質(zhì)細(xì)胞活化后胞體增大、突起增多變粗[12]，且在高眼壓動(dòng)物實(shí)驗(yàn)早期RGC軸突損傷之前，即可檢測到大量星形膠質(zhì)細(xì)胞相關(guān)的通路基因和蛋白表達(dá)改變，如感知元件模式識(shí)別受體(pattern recognition receptors, PRRs)、銜接蛋白和效應(yīng)分子相關(guān)的表達(dá)上調(diào)[11,13]，以及補(bǔ)體沉積和表皮生長因子受體(epidermal growth factor receptor, EGFR)上調(diào)及其產(chǎn)生的誘導(dǎo)型一氧化氮合酶(inducible nitric oxide synthase, iNOS)及環(huán)氧酶-2(cyclo-oxygen-ase-2, COX-2)等促炎因子的增加[14-17]；小膠質(zhì)細(xì)胞活化后不僅表達(dá)炎癥因子及補(bǔ)體、主要組織相容性復(fù)合體(major histocompatibility complex, MHC)等[1]，而且可招募循環(huán)系統(tǒng)中的免疫細(xì)胞協(xié)同促進(jìn)炎癥反應(yīng)[18]。青光眼視盤星形膠質(zhì)細(xì)胞及小膠質(zhì)細(xì)胞的活化所引起的神經(jīng)炎癥，可影響應(yīng)激的閾值，損傷神經(jīng)元[1,10]，最終形成膠質(zhì)瘢痕，抑制RGC軸突生長[9]。早期膠質(zhì)細(xì)胞活化或輕度活化可能對視神經(jīng)有一定的保護(hù)作用，隨著病程發(fā)展，膠質(zhì)細(xì)胞持續(xù)的過度活化則會(huì)對視神經(jīng)產(chǎn)生損傷[9,19]。

2 膠質(zhì)細(xì)胞活化激活相關(guān)炎癥信號(hào)通路

Toll樣受體(Toll-like receptors, TLR)是PRRs中一種重要的受體，可識(shí)別病原體相關(guān)分子模式(pathogen-associated molecular patterns, PAMP)和損傷相關(guān)分子模式(damage-associated molecular pattern, DAMP)，如TLR3可對微生物雙鏈RNA產(chǎn)生反應(yīng)，而TLR4可對細(xì)胞應(yīng)激時(shí)產(chǎn)生的內(nèi)源性物質(zhì)如熱休克蛋白(heat shock proteins，HSPs)產(chǎn)生反應(yīng)。至今，對人和小鼠分別報(bào)道了10種和13種TLRs[20]，所有類型的TLRs在小膠質(zhì)細(xì)胞上均有表達(dá)，但星形膠質(zhì)細(xì)胞上只表達(dá)TLR2、TLR3、TLR4、TLR5和 TLR9[21]，各自識(shí)別PAMP和DAMP的不同組分，直接對病原或損傷做出反應(yīng)[20]。在人青光眼視網(wǎng)膜和動(dòng)物模型上發(fā)現(xiàn)TLRs表達(dá)上升，且通過體外實(shí)驗(yàn)證明，HSPs和氧化應(yīng)激都可以通過上調(diào)TLRs，產(chǎn)生炎癥因子和免疫刺激因子，激發(fā)固有免疫和適應(yīng)性免疫[11,13]。人青光眼視盤上調(diào)的肌腱蛋白-C即是TLR4的一種內(nèi)源性配體[12]。肌腱蛋白-C在關(guān)節(jié)炎中可激活TLR4[22]。因此我們推測，青光眼RGCs發(fā)生改變、釋放DAMPs之前，肌腱蛋白-C可能通過TLR4激活炎癥反應(yīng)[16]。TLRs通路激活后，可通過髓樣分化因子(myeloid differentiationfactor88, MyD88)激活核因子-κB(nuclear factor-κ-gene binding κ, NF-κB)和激活蛋白-1(activator protein-1, AP-1)，促進(jìn)腫瘤壞死因子-α(tumor necrosis factor，TNF-α)、白細(xì)胞介素-1(interleukin-1，IL-1)、白細(xì)胞介素-6(interleukin-6，IL-6)和趨化因子等的表達(dá)[13]；TLRs也可通過TIR結(jié)構(gòu)域銜接蛋白(TIR-domain-containing adaptor inducing interferon-β, TRIF)途徑激活干擾素調(diào)節(jié)因子等的表達(dá)[20]。咖啡酸苯乙酯可抑制膠質(zhì)細(xì)胞活化與遷移，減弱NF-κB介導(dǎo)的炎癥反應(yīng)，防止視網(wǎng)膜神經(jīng)節(jié)細(xì)胞死亡[19]。

TNF-α是介導(dǎo)神經(jīng)炎癥的一個(gè)重要細(xì)胞因子。星形膠質(zhì)細(xì)胞和小膠質(zhì)細(xì)胞均可產(chǎn)生TNF-α和表達(dá)TNF受體l(TNF-R1)，且在視盤上，TNF-α主要由星形膠質(zhì)細(xì)胞產(chǎn)生[23]。TNF-α在青光眼視網(wǎng)膜和視盤中均有增加，TNF-R1在RGC及其神經(jīng)軸突中表達(dá)也增加[24]。雖然有研究[25]表示，在視神經(jīng)損傷模型中，早期TNF-α對RGCs具有一定的保護(hù)作用；但大量研究[15]表明，TNF-α可通過TNF受體介導(dǎo)半胱氨酸的天冬氨酸蛋白水解酶(cysteinyl aspartate specific proteinase, Caspase)激活、線粒體功能障礙和氧化應(yīng)激等引起RGCs死亡，在青光眼神經(jīng)病變中有重要作用。TNF-α可通過與RGC細(xì)胞膜上的TNF-R1結(jié)合，激活下游的TNF受體相關(guān)死亡結(jié)構(gòu)域(TNF receptor associated death domain, TRADD)、TNF受體相關(guān)蛋白超家族(TNF receptor associated protein super family, TRAF)以及蛋白激酶等多條相互關(guān)聯(lián)的通路，共同激活caspase介導(dǎo)的RGC外源性凋亡途徑；另外，內(nèi)源性可溶性TNF-α可以通過激活青光眼RGCs內(nèi)的Ca2+通透性氨甲基膦酸受體(CP-AMPAR)，同時(shí)使CP-AMPAR表達(dá)增加，促進(jìn)RGCs死亡[26]；亦有研究[27]表明TNF可通過FasL途徑介導(dǎo)RGCs死亡，在正常眼的玻璃體腔注射TNF-α可引起RGC死亡；通過抑制FasL可減輕玻璃體注射TNF-α介導(dǎo)的RGC毒作用[27]。此外，通過藥物或者基因敲除等抑制TNF-α可阻止小膠質(zhì)細(xì)胞的活化、軸突變性和RGCs丟失[28]；在角膜化學(xué)損傷模型中，通過抑制TNF-α可抑制單核細(xì)胞向視網(wǎng)膜遷移和小膠質(zhì)細(xì)胞活化，減輕繼發(fā)性青光眼的概率和RGC死亡[29]。TNF-α還可激活c-Jun氨基末端激酶(c-Jun N-terminal kinase, JNK)、NF-κB和細(xì)胞外調(diào)節(jié)蛋白激酶(extracellular regulated protein kinases, ERK)通路[15]，如NF-κB通路的活化可增加IL-1的表達(dá)，促進(jìn)膠質(zhì)細(xì)胞相關(guān)炎癥反應(yīng)。

補(bǔ)體激活是炎癥反應(yīng)中另一個(gè)重要早期事件[30]。在老鼠、猴等青光眼動(dòng)物模型和人青光眼視網(wǎng)膜中都有補(bǔ)體升高，視盤和視網(wǎng)膜叢狀層是補(bǔ)體激活的兩個(gè)主要部位[13,17]。RGCs可感知細(xì)胞死亡或損傷并激活C1，級(jí)聯(lián)活化下游C3和C5，且可以吸引炎癥細(xì)胞到達(dá)補(bǔ)體處[17]。有研究[31]發(fā)現(xiàn)，補(bǔ)體在青光眼病變中具有雙刃劍的作用。C1qa在視盤小膠質(zhì)細(xì)胞及RGC樹突上都有表達(dá)，可能是促進(jìn)青光眼損傷的因素，且抑制C1可以減少青光眼RGCs樹突和突觸的丟失[32]。另外，在青光眼視盤和RGC上發(fā)現(xiàn)了大量膜攻擊復(fù)合物(membrane attack complex, MAC)，通過藥物抑制MAC可以減少RGC的凋亡[30]。盡管Harder[31]等發(fā)現(xiàn)星形膠質(zhì)細(xì)胞C3水平的升高是高眼壓DBA/2J 和DBA/2J.Wlds老鼠模型早期免疫反應(yīng)之一，提出C3可能通過EGFR信號(hào)途徑對青光眼起保護(hù)作用；但Kuehn等[33]等發(fā)現(xiàn)老鼠缺血再灌注可引起視網(wǎng)膜上補(bǔ)體表達(dá)與沉積增加；而C3缺失的老鼠視神經(jīng)損傷較正常老鼠小，且RGC存活數(shù)量增加。Bosco等[34]給DBA/2J小鼠玻璃體腔注射AAV2.CR2-Crry，通過過表達(dá)Crry減少活化的C3d在視網(wǎng)膜的沉積，對慢性高眼壓下的RGCs軸突和胞體具有一定的保護(hù)作用。

在視盤中，活化的星形膠質(zhì)細(xì)胞中EGFR表達(dá)明顯上升，并伴有酪氨酸磷酸化，促進(jìn)iNOS、COX-2和前列腺素(prostaglandins, PGs)的產(chǎn)生和釋放，影響RGCs和視盤結(jié)構(gòu)與功能[14]。Vidal等[35]發(fā)現(xiàn)，高眼壓模型老鼠視網(wǎng)膜叢狀層和視盤活化的星形膠質(zhì)細(xì)胞中神經(jīng)型一氧化氮合酶(neuronal nitric oxide synthase, nNOS)和iNOS表達(dá)上升；Shareef等[36]研究發(fā)現(xiàn)，壓力導(dǎo)致的視神經(jīng)軸突損傷與iNOS產(chǎn)生過多的NO有關(guān)：在正常實(shí)驗(yàn)大鼠視盤部位，星形膠質(zhì)細(xì)胞、血管等可表達(dá)nNOS，血管內(nèi)皮可表達(dá)內(nèi)皮型一氧化氮合酶(endothelial nitric oxide synthase, eNOS)，而沒有發(fā)現(xiàn)iNOS表達(dá)；高眼壓實(shí)驗(yàn)大鼠的眼視網(wǎng)膜中，在第4 d發(fā)現(xiàn)有iNOS 的表達(dá)升高，且在3個(gè)月時(shí)仍有iNOS的表達(dá)。Neufeld等[37]發(fā)現(xiàn)，iNOS抑制劑氨基胍可顯著減少RGC的損失，有望通過口服或局部使用達(dá)到青光眼視神經(jīng)保護(hù)作用。另外，Zhang等[38-39]發(fā)現(xiàn)雖然正常視盤未檢測到細(xì)胞環(huán)加氧酶-2(COX-2)，但在離體培養(yǎng)的視盤組織塊中24 h 內(nèi)即可檢測到COX-2，培養(yǎng)2～3 d后恢復(fù)低水平；用表皮生長因子(epidermal growth factor, EGF)刺激體外培養(yǎng)的大鼠視盤星形膠質(zhì)細(xì)胞后可誘導(dǎo)產(chǎn)生COX-2，合成并分泌前列腺素E2(PGE2)，且呈時(shí)間依賴性；用EGFR的抑制物AG1478 后，表達(dá)均下降。在視神經(jīng)損傷動(dòng)物模型中，也發(fā)現(xiàn)了通過ERK和p38、依賴EGFR介導(dǎo)的COX-2和PGE2合成分泌增加。COX-2可氧化花生四烯酸生成PGs；PGD2、PGE2和PGI2 可分別通過與G蛋白偶聯(lián)的DP1、EP2/EP4和IP受體對神經(jīng)起保護(hù)作用，而PGE2和PGF2α可以通過 EP1、FP受體損傷神經(jīng)[40]。盡管很多神經(jīng)炎癥相關(guān)的通路和分子在人和青光眼動(dòng)物模型中已證實(shí)，但仍需大量的研究明確各類炎癥因子類型及其在青光眼不同病程中的作用和機(jī)制。

3 膠質(zhì)細(xì)胞活化引起白細(xì)胞遷移及RGC死亡

在人青光眼視盤處，星形膠質(zhì)細(xì)胞增加基質(zhì)金屬蛋白酶的表達(dá)可能會(huì)導(dǎo)致基底膜降解和膠質(zhì)膜破壞[41]，且白細(xì)胞跨血管遷移是在青光眼DBA/2J老鼠上最早發(fā)現(xiàn)的改變之一[1,5]。正常人視神經(jīng)中只有少量CD163+巨噬細(xì)胞在軸突束隔膜上，而在早期和晚期青光眼中，數(shù)量增多的CD163+巨噬細(xì)胞可進(jìn)入視神經(jīng)束[42]。巨噬細(xì)胞和小膠質(zhì)細(xì)胞在視神經(jīng)中的聚集和活化在一些青光眼動(dòng)物模型中也有報(bào)道，這可能對青光眼早期發(fā)病機(jī)制有重要影響[5]。Howell和Johnson等發(fā)現(xiàn)早期青光眼中選擇素、黏附分子和趨化因子等的表達(dá)上調(diào)，且白細(xì)胞可在檢測到視神經(jīng)的損害之前跨血管內(nèi)皮遷移進(jìn)入視盤；若用射線處理動(dòng)物后，單核細(xì)胞減少，視神經(jīng)損害也隨之減輕，甚至在很長一段時(shí)間內(nèi)檢測不到視神經(jīng)損害，而給射線作用后的眼中注射內(nèi)皮素2，又可出現(xiàn)典型的視神經(jīng)損害[5]，糖基化依賴細(xì)胞黏附分子1(GlyCAM1)在單核細(xì)胞遷移至視盤的過程中可能具有重要作用[43]。在CNS中，TNF-α也可刺激血管內(nèi)皮細(xì)胞，促進(jìn)其由整合素介導(dǎo)的外周免疫細(xì)胞遷移[18]。星形膠質(zhì)細(xì)胞中有多種整合素亞型，高眼壓可使位于血管附近的星形膠質(zhì)細(xì)胞中的整合素表達(dá)上升，形成細(xì)胞外基質(zhì)-粘連復(fù)合體-細(xì)胞骨架網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，轉(zhuǎn)導(dǎo)細(xì)胞內(nèi)外的機(jī)械-生物信號(hào)轉(zhuǎn)換，細(xì)胞可發(fā)生遷移、分化、黏附及產(chǎn)生炎癥等[44]。

4 結(jié)語

綜上所述，在青光眼的發(fā)生、發(fā)展中，視盤處的微環(huán)境可活化膠質(zhì)細(xì)胞并使其釋放炎癥因子、引發(fā)免疫反應(yīng)，而一些炎癥因子又可進(jìn)一步影響膠質(zhì)細(xì)胞和RGCs的功能。膠質(zhì)細(xì)胞活化引起的炎癥和免疫反應(yīng)導(dǎo)致視網(wǎng)膜RGCs死亡和篩板重塑、視盤損傷，或與青光眼患者神經(jīng)纖維層變薄、大視杯、眼底出血、視野缺損等體征和癥狀相關(guān)。闡明青光眼早、中、晚期，特別是在早期星形膠質(zhì)細(xì)胞和小膠質(zhì)細(xì)胞活化與炎癥和免疫反應(yīng)的關(guān)系，以及炎癥因子對視盤的影響，這將對青光眼的預(yù)防及靶向治療有重要的指導(dǎo)意義。