蛋白酪氨酸磷酸酶1B在視網(wǎng)膜疾病中的研究進展

劉聰 綜述 薛春燕，顧萍 審校

(東部戰(zhàn)區(qū)總醫(yī)院 1.眼科；2.內(nèi)分泌科，南京 210002)

蛋白酪氨酸磷酸酶1B(protein tyrosine phosphatase 1B，PTP1B)作為一種典型的非跨膜酪氨酸磷酸酶，是胰島素信號的負(fù)性轉(zhuǎn)導(dǎo)因子，以PTP1B為研究靶點是目前防治糖尿病及肥胖等代謝性疾病的熱點之一。PTP1B與視網(wǎng)膜病變的發(fā)生、發(fā)展相關(guān)，其作用不完全依賴于對代謝的影響。因此，本文就PTP1B的結(jié)構(gòu)功能、相關(guān)信號通路及在視網(wǎng)膜病變中的研究進展作一綜述。

1 PTP1B的結(jié)構(gòu)及功能

蛋白酪氨酸磷酸酶(protein-tyrosine phosphatases，PTPs)家族是一類受體類胞質(zhì)信號轉(zhuǎn)導(dǎo)酶，通過使其底物酪氨酸殘基發(fā)生去磷酸化[1]，從而調(diào)控多種細(xì)胞的代謝進程，維持機體穩(wěn)態(tài)。PTP1B是PTPs家族中的一員，廣泛存在于肝、腎、胰腺、肌肉和脂肪等組織中，于1988年首次從人胎盤中提取[2]，是PTPs家族中首個在哺乳動物體內(nèi)被純化鑒定的成員。PTPN1編碼人體的PTP1B，全長74 kb，為單拷貝基因，定位于20號染色體上臂的q13.1-q13.2[3]。1994年，Barford等[4]首次報道了PTP1B的晶體結(jié)構(gòu)，它包含了435個氨基酸殘基，分子量為50 ku。PTP1B的C末端變構(gòu)位點由35個氨基酸殘基組成，該位點可錨定在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)(endoplasmic reticulum，ER)的細(xì)胞質(zhì)側(cè)[5]，從而將PTP1B定位于細(xì)胞質(zhì)膜表面[6]。PTP1B與蛋白酪氨酸激酶(protein tyrosine kinase，PTK)共同維持細(xì)胞內(nèi)蛋白酪氨酸的磷酸化水平，在調(diào)控細(xì)胞生命活動中起重要作用。

PTP1B是胰島素信號通路中的負(fù)性調(diào)節(jié)蛋白。胰島素受體(insulin receptor，IR)是由2個α和β亞基構(gòu)成的四聚體[7]。當(dāng)胰島素與受體的α亞基結(jié)合后，誘導(dǎo)β亞基構(gòu)型發(fā)生改變，激活酪氨酸激酶域及3個酪氨酸殘基Tyr1158，Tyr1162和Tyr1163的自身磷酸化[8]。隨后磷酸基團定位于胰島素受體底物1(IR substrates，IRS-1)和IRS-2的酪氨酸殘基，從而誘導(dǎo)IRS與含有SH2結(jié)構(gòu)域的效應(yīng)蛋白相互作用，進一步激活細(xì)胞內(nèi)3-磷酸肌醇通路的級聯(lián)下傳，促進胰島素信號轉(zhuǎn)導(dǎo)，發(fā)揮其生理效應(yīng)。而PTP1B通過誘導(dǎo)IR和底物去磷酸化，使胰島素信號轉(zhuǎn)導(dǎo)失活，從而產(chǎn)生胰島素抵抗[9]。流行病學(xué)調(diào)查研究[10-14]表明：PTP1B基因多態(tài)性與糖尿病[10-11]、高血壓[12]、肥胖[13]等胰島素抵抗疾病的發(fā)生、發(fā)展密切相關(guān)[14]。鑒于PTP1B在胰島素抵抗中的重要作用，因此開發(fā)選擇性的PTPT1B抑制劑成為治療代謝性疾病的藥物新熱點[15]。

PTP1B不僅能負(fù)性調(diào)控胰島素信號，也是瘦素信號通路的關(guān)鍵調(diào)節(jié)因子。瘦素(Leptin)通過與受體(LepR)結(jié)合，激活JAK2/SATA3磷酸化，參與攝食、脂質(zhì)代謝及能量平衡等生理過程[16]。研究[17]表明：PTP1B通過調(diào)節(jié)JAK2/SATA3去磷酸化水平，引起LepR不能對瘦素產(chǎn)生正常的應(yīng)答，從而導(dǎo)致高瘦素血癥及瘦素抵抗。

近年來研究[18-21]表明：PTP1B通過調(diào)控下游底物如IGF-1，PERK，PDGF，BDNF等受體的磷酸化水平，在細(xì)胞增殖與凋亡、轉(zhuǎn)移及ER應(yīng)激發(fā)揮重要作用，與免疫、神經(jīng)系統(tǒng)及腫瘤等疾病的發(fā)生密切相關(guān)，但其確切的機制尚未完全明確。

2 PTP1B與視網(wǎng)膜疾病

PTP1B及下游的信號蛋白已被證實廣泛表達于視網(wǎng)膜的各層結(jié)構(gòu)中，包括視桿細(xì)胞、內(nèi)皮細(xì)胞及色素上皮細(xì)胞[22-23]等。最新資料[24-25]顯示：PTP1B調(diào)控的下游信號與視網(wǎng)膜中神經(jīng)及色素細(xì)胞的生長、發(fā)育、營養(yǎng)、凋亡等密切相關(guān)。因此PTP1B在視網(wǎng)膜病變中的作用日益受到關(guān)注，以PTP1B為靶點干預(yù)成為視網(wǎng)膜病變防治的潛在方向之一。

2.1 糖尿病視網(wǎng)膜病

最新流行病學(xué)資料[26]顯示：約有25%的糖尿病患者伴有不同程度的視網(wǎng)膜病變，視網(wǎng)膜病變的患病率約為23.0%～43.0%，是致盲的主要原因之一。糖尿病可累及視網(wǎng)膜神經(jīng)與血管，引起神經(jīng)退行性變、膠質(zhì)細(xì)胞增生、神經(jīng)炎癥、血-視網(wǎng)膜屏障破壞，黃斑水腫，新生血管生成及纖維化等病變，但其發(fā)病機制尚未完全明確。視網(wǎng)膜中IR信號通路的異常是引起糖尿病視網(wǎng)膜病變的關(guān)鍵因素[27]，因此尋找胰島素信號通路中的關(guān)鍵靶點并干預(yù)是拓寬糖尿病視網(wǎng)膜病變的途徑之一。Rajala等[28]研究發(fā)現(xiàn)：在強光刺激下，PTP1B基因敲除小鼠光感受器退行性病變的程度明顯要低于野生型小鼠，同時伴有IR信號通路的激活，提示PTP1B誘導(dǎo)視網(wǎng)膜神經(jīng)細(xì)胞的損傷與胰島素信號通路的負(fù)性調(diào)節(jié)密切相關(guān)；其進一步研究證實：糖尿病小鼠視網(wǎng)膜光感受器細(xì)胞中的PTP1B的mRNA及蛋白表達較正常小鼠明顯增高；體外試驗也發(fā)現(xiàn)高糖誘導(dǎo)視網(wǎng)膜及光感細(xì)胞中過度表達PTP1B，同時伴有細(xì)胞凋亡增加，推測誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡可能是PTB1B過度表達引起糖尿病視網(wǎng)膜病變的病理生理機制。

IGF-1信號通路也存在于視網(wǎng)膜神經(jīng)元中，并與視網(wǎng)膜的生長代謝、生理功能及生存狀態(tài)密切相關(guān)，尤其對光感受器的生存具有重要作用，其信號通路受損可加重糖尿病性視網(wǎng)膜病變。在生理狀態(tài)下，IGF-1作為一種神經(jīng)營養(yǎng)因子，通過(在視網(wǎng)膜神經(jīng)元)與受體結(jié)合激活磷酸肌鈣醇3-激酶(PI3K)/Akt通路，抑制細(xì)胞發(fā)生凋亡。視桿細(xì)胞中PTP1B通過去磷酸化負(fù)性調(diào)控IGF-IR介導(dǎo)的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)，降低IGF-1的神經(jīng)保護作用。在Arroba等[29]的研究中，PTPN1基因缺乏的患者視網(wǎng)膜中IGF-IR/Akt信號通路增強，因此調(diào)控視網(wǎng)膜細(xì)胞中的IGFIR信號可能是PTP1B靶向治療糖尿病視網(wǎng)膜病變的機制之一。

2.2 視網(wǎng)膜色素變性

視網(wǎng)膜色素變性(retinitis pigmentosa，RP)作為一種致盲的遺傳性視網(wǎng)膜變性疾病，是視網(wǎng)膜變性中最常見的臨床亞型，主要表現(xiàn)為光感受器的退化[30]。Punzo等[31]研究表明：在RP的小鼠模型中，激活胰島素/mTOR信號通路可抑制視網(wǎng)膜錐體細(xì)胞的死亡，由此可見，視網(wǎng)膜中IR/PI3K/Akt信號通路對于光感受器神經(jīng)元的存活具有重要的意義。在生理條件下，光照通過促進光感受器神經(jīng)元中IR/PI3K/Akt信號轉(zhuǎn)導(dǎo)[32]，激活己糖激酶與線粒體，從而延緩視網(wǎng)膜視錐細(xì)胞和視桿細(xì)胞的凋亡。而IR信號通路異?？梢鸸飧惺芷髯冃?，進一步加重RP[33]。PTP1B是IR信號的關(guān)鍵負(fù)性轉(zhuǎn)導(dǎo)因子，抑制劑可促進IR信號及下游的級聯(lián)反應(yīng)，但能否對視網(wǎng)膜光感受器具有保護作用還有待進一步動物及臨床研究證實。

2.3 Leber先天性黑矇癥

Leber先天性黑矇癥(Leber congenital amaurosis，LCA)是一種嚴(yán)重的常染色體隱性遺傳病，患者雙眼錐桿細(xì)胞的功能往往在出生時或出生后1年內(nèi)完全喪失[34]，目前缺乏特異性的治療。Rajala等[28]在研究Leber先天性黑矇的小鼠模型中意外發(fā)現(xiàn)該小鼠視網(wǎng)膜中的PTP1B活性顯著提高。而PTP1B的下游信號通路IR/IGF與視網(wǎng)膜感光細(xì)胞的增殖及凋亡相關(guān)，因此深入探討PTP1B及信號通路在Leber先天性黑矇癥的作用有望為其治療提供新的思路和方向。

2.4 增生性玻璃體視網(wǎng)膜病

增生性玻璃體視網(wǎng)膜病(proliferative vitreoretinopathy，PVR)多發(fā)生于孔源性視網(wǎng)膜脫離后，是玻璃體手術(shù)失敗的常見原因，預(yù)后較差。目前認(rèn)為PVR的發(fā)生與視網(wǎng)膜色素上皮(retinal pigment epithelium，RPE)細(xì)胞的遷移密切相關(guān)。在視網(wǎng)膜或脈絡(luò)膜損傷時，RPE細(xì)胞通過受損的血-視網(wǎng)膜屏障暴露于血清，在視網(wǎng)膜表面上形成病理膜，萎縮的病理膜可導(dǎo)致復(fù)發(fā)性視網(wǎng)膜脫離和視力喪失。因而，能否阻斷RPE的遷徙是目前預(yù)防及治療PVR疾病的關(guān)鍵。Du等[35-36]發(fā)現(xiàn)視網(wǎng)膜脫落的大鼠RPE細(xì)胞中PTP1B的表達下降。經(jīng)PTP1B抑制劑TCS-401或siRNA-PTP1B處理后的RPE細(xì)胞周期蛋白A和周期蛋白D1表達增加，細(xì)胞增值與分化明顯。遷移實驗[37]進一步表明：PTP1B能降低RPE細(xì)胞的遷移活性，抑制肌成纖維細(xì)胞的分化，其作用與調(diào)控細(xì)胞外信號調(diào)節(jié)激酶(extracellular signal-regulated kinase，Erk)及蛋白激酶B (protein kinase B，Akt)的磷酸化水平有關(guān)。上述研究表明Erk和Akt信號傳導(dǎo)通路可能在PVR形成過程中起重要作用，而PTP1B作為Erk和Akt信號通路的關(guān)鍵調(diào)控分子，可能成為深入研究PVR發(fā)生發(fā)展的有效策略之一。

3 結(jié)語

綜上，PTP1B通過調(diào)控IR/PI-3K，IGF-IR/Akt，Erk等信號通路，參與了多種視網(wǎng)膜疾病的發(fā)生和發(fā)展，包括糖尿病視網(wǎng)膜病、RP及PVR等。因此以PTP1為靶點，探索視網(wǎng)膜病變的防治是具有重要臨床意義和廣闊的前景。