缺血性視神經(jīng)病變相關(guān)分子的病理機(jī)制

王晶瑩，王 影，趙子德，龍思羽，孫婉鈺，周芷伊

0引言

缺血性視神經(jīng)病變(ischemic optic neuropathy，ION)是一種常導(dǎo)致嚴(yán)重的永久性視力損害和視野缺損的急性視神經(jīng)損害。臨床上，根據(jù)視盤是否腫脹，將其分為前部缺血性視神經(jīng)病變(anterior ischemic optic neuropathy，AION)和后部缺血性視神經(jīng)病變(posterior ischemic optic neuropathy，PION)，前者是供應(yīng)視盤篩板區(qū)的睫狀后短動脈缺血，后者是篩板后至視交叉間的視神經(jīng)血管發(fā)生急性缺血。這兩種類型均可分為動脈炎性和非動脈炎性，幾乎所有動脈炎性缺血性視神經(jīng)病變都是由巨細(xì)胞動脈炎引起的，目前在歐美國家發(fā)病率較高，在我國尚屬罕見。因此，本文以非動脈炎性前部缺血性視神經(jīng)病變(nonarteritic anterior ischemic optic neuropathy，NAION)為重點，從其發(fā)病機(jī)制、病理改變，以及既往研究中相關(guān)蛋白分子和易感基因方面綜述了目前該病的分子病理機(jī)制，為今后研究NAION的病理機(jī)制及治療提供理論依據(jù)。

1 NAION發(fā)病機(jī)制

NAION確切發(fā)病機(jī)制尚未完全明確，目前，視盤血供灌注壓降低和危險視盤結(jié)構(gòu)是誘發(fā)NAION的共識。視盤由睫狀后短動脈、軟膜動脈網(wǎng)分支和脈絡(luò)膜血管分支組成的吻合Zinn-Haller環(huán)的動脈血供[1]，生理條件下，視盤血供的灌注壓與眼內(nèi)壓、血壓處于動態(tài)平衡狀態(tài)[2]，但這種血液供應(yīng)系統(tǒng)十分脆弱，各種眼局部或全身血管危險因素引發(fā)的壓力變化即可能導(dǎo)致血管自動調(diào)節(jié)機(jī)制紊亂，引起毛細(xì)血管灌注壓降至臨界水平以下和缺血?，F(xiàn)已證實的血管危險因素包括高血壓、夜間低血壓、糖尿病、睡眠呼吸暫停綜合征等，以及可能相關(guān)的高脂血癥、貧血和吸煙等[3-6]，而頸動脈狹窄、心臟病或中風(fēng)并沒有增加NAION的風(fēng)險[7]。此外，某些藥物的使用與NAION有所相關(guān)，如磷酸二酯酶(PDE5)抑制劑[8]和胺碘酮[9]等。研究還發(fā)現(xiàn)，絕大多數(shù)的NAION患者除了具備血管危險因素，同時擁有較小的視盤或視杯(杯盤比<0.35)，這種“危險視盤結(jié)構(gòu)”使得120多萬條視神經(jīng)纖維通過視盤時十分擁擠[10]。Moghimi等[11]利用譜域光學(xué)相干層析成像(spectral domain optical coherence tomography, SD-OCT)對NAION患者與健康對照組的視神經(jīng)頭結(jié)構(gòu)進(jìn)行對比研究發(fā)現(xiàn)，NAION患者的篩板前膜組織較厚。這些解剖特征共同對疾病的發(fā)生奠定了病理基礎(chǔ)。

2病理改變

理論上，各種因素引起視盤低灌注或缺血梗塞將引起視神經(jīng)軸突水腫，當(dāng)局限性腫脹的視神經(jīng)纖維穿過僵硬且擁擠的篩板前固定間隙時，會通過隔室綜合征加重對視神經(jīng)的機(jī)械性壓迫，繼而進(jìn)一步阻斷其內(nèi)毛細(xì)血管血供并引發(fā)炎癥反應(yīng)，引起軸突退化和視網(wǎng)膜神經(jīng)節(jié)細(xì)胞(retinal ganglion cells, RGCs)凋亡。王一瑋等[12]通過對大鼠NAION(rodent NAION, rNAION)模型RGCs及視神經(jīng)軸突的動態(tài)觀察，發(fā)現(xiàn)rNAION模型建立1wk后即出現(xiàn)視神經(jīng)部分軸突水腫、神經(jīng)纖維髓鞘解體，RGCs緩慢丟失，隨著病變時間延長，視神經(jīng)軸突潰變消失、膠質(zhì)明顯增生，伴RGCs存活率快速下降，僅有37.5%; Salgado等[13]通過對早期NAION患者視神經(jīng)組織臨床標(biāo)本和誘導(dǎo)后非人靈長類NAION模型的對比觀察，發(fā)現(xiàn)二者病理組織相似，局灶性軸突丟失區(qū)域均出現(xiàn)外源性巨噬細(xì)胞和內(nèi)源性小膠質(zhì)細(xì)胞，認(rèn)為細(xì)胞炎癥在視神經(jīng)梗死后發(fā)揮重要作用，主要通過多形核白細(xì)胞和巨噬細(xì)胞參與碎片清除和視神經(jīng)組織重塑。

3 NAION相關(guān)蛋白分子

3.1細(xì)胞凋亡相關(guān)分子細(xì)胞凋亡是維持機(jī)體組織或器官內(nèi)環(huán)境平衡與穩(wěn)定的細(xì)胞程序性死亡，若各因素引起細(xì)胞凋亡功能紊亂，將導(dǎo)致機(jī)體炎癥、神經(jīng)退行性疾病、腫瘤等病理改變[14]。凋亡的主要途徑包括內(nèi)源性途徑，即線粒體通路，如由Bcl-2 (B-cell lymphoma-2) 家族蛋白調(diào)控，激活凋亡啟動亞類含半胱氨酸的天冬氨酸蛋白水解酶(Caspase) 蛋白酶作用反應(yīng)；外源性途徑，即死亡受體通路，如激活腫瘤壞死因子(TNF)/腫瘤壞死因子受體(TNFR)或凋亡相關(guān)因子配體(FasL)/凋亡相關(guān)因子受體(Fas)通路作用反應(yīng)；以及內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激(endoplasmic reticulum stress，ERS)，最終激活下游的執(zhí)行細(xì)胞凋亡效應(yīng)分子Caspase-3，通過分解其他蛋白質(zhì)引起凋亡。由于RGCs凋亡為NAION主要的病理結(jié)局，目前基礎(chǔ)研究多聚焦于凋亡相關(guān)分子。

3.1.1 Caspase蛋白家族和Bcl-2蛋白家族Caspase家族可介導(dǎo)細(xì)胞凋亡的級聯(lián)反應(yīng)，現(xiàn)發(fā)現(xiàn)該蛋白家族在哺乳動物細(xì)胞中包括15種家族成員，包括凋亡起始分子如Caspase-2、Caspase-8、Caspase-9、Caspase-10等；凋亡效應(yīng)分子如Caspase-3、Caspase-6、Caspase-7等，為級聯(lián)反應(yīng)下游的執(zhí)行細(xì)胞凋亡效應(yīng)分子[15]。Bcl-2家族中的Bcl-2分子可以對細(xì)胞凋亡發(fā)揮抑制及抗氧化作用，Bax分子則可以促進(jìn)細(xì)胞凋亡[16]。田紫煜等[17]通過眶內(nèi)及眶外針刺對NAION兔模型細(xì)胞中凋亡關(guān)鍵蛋白觀察，發(fā)現(xiàn)針刺對NAION組織Bax及Caspase-3表達(dá)有一定抑制作用，對Bcl-2表達(dá)有促進(jìn)作用，從而減少RGCs凋亡、修復(fù)視神經(jīng)，干預(yù)NAION病變進(jìn)程。

3.1.2 Fas受體Fas為一種細(xì)胞膜Ⅰ型跨膜蛋白受體分子，其天然配體FasL為Ⅱ型跨膜蛋白，二者同屬于TNFR家族跨膜蛋白，機(jī)體正常組織中均有表達(dá)，且相互結(jié)合可誘導(dǎo)Fas所在的細(xì)胞凋亡，在多種免疫性疾病、血液系統(tǒng)疾病及腫瘤疾病等方面發(fā)揮重要的生理功能。李雪菲[18]采用中藥干預(yù)rNAION模型，發(fā)現(xiàn)抑制Fas以及FasL表達(dá)，從外源性途徑抑制了RGCs凋亡。

3.1.3 ERS相關(guān)分子ERS表現(xiàn)為在各種損傷因素的作用下，許多錯誤折疊與未折疊蛋白聚集在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)內(nèi)，導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)鈣離子(Ca2+)平衡紊亂，影響細(xì)胞穩(wěn)態(tài)。激活后的ERS可引起相關(guān)葡萄糖調(diào)節(jié)蛋白78(glucose regulated protein 78kD，GRP78)和CCAAT/增強(qiáng)子結(jié)合同源蛋白(CHOP)等表達(dá)變化。GRP78有助于將新合成的多肽跨內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜轉(zhuǎn)運，促進(jìn)蛋白質(zhì)的折疊和組裝，靶向錯誤折疊的蛋白質(zhì)進(jìn)行內(nèi)質(zhì)網(wǎng)相關(guān)降解(ER-associated degradation, ERAD)，調(diào)節(jié)鈣穩(wěn)態(tài)，并充當(dāng)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激傳感器，而CHOP通過與蛋白激酶R樣內(nèi)質(zhì)網(wǎng)激酶(proteinkinase R-like ER kinase, PERK)、肌醇酶(inositol-requiring enzyme-1，IRE-1)、活化轉(zhuǎn)錄因子6 (activating transcription factor6, ATF6)等信號通路相互作用介導(dǎo)細(xì)胞凋亡[19]。Kumar等[20]在rNAION模型建模后1d，觀察到視網(wǎng)膜內(nèi)CHOP表達(dá)增加、GRP78表達(dá)減少，證實了急性NAION可導(dǎo)致ERS增加。

3.2內(nèi)皮素-1 內(nèi)皮素-1(endothelin 1, ET-1)是一種由血管內(nèi)皮細(xì)胞分泌的生物活性肽，可以通過與內(nèi)皮素受體ETA和ETB受體結(jié)合，影響細(xì)胞內(nèi)Ca2+內(nèi)流、一氧化氮(NO)及前列環(huán)素釋放而調(diào)節(jié)血管張力和血流量，在血流動力學(xué)中發(fā)揮重要生理調(diào)節(jié)功能。諸多國內(nèi)外研究證實，ET-1在缺血性視神經(jīng)病變中發(fā)揮一定作用。Cioffi等[21]應(yīng)用ET-1造成慢性rNAION模型產(chǎn)生劑量依賴性的血管收縮，并出現(xiàn)了視神經(jīng)軸突喪失。王潤生等[22]動態(tài)觀察了急性期rAION模型眼內(nèi)組織ET-1水平變化過程，認(rèn)為一旦視盤局部缺血缺氧即刺激ET-1分泌，進(jìn)而影響疾病進(jìn)程，ET-1濃度與視盤水腫持續(xù)或消退狀態(tài)相關(guān)。

3.3髓樣細(xì)胞觸發(fā)受體髓樣細(xì)胞觸發(fā)受體(triggering receptor expressed on myeloid cells,TREMs)是主要在髓樣細(xì)胞中表達(dá)的免疫球蛋白跨膜受體超家族，可介導(dǎo)多種途徑誘導(dǎo)細(xì)胞內(nèi)Ca2+動員、肌動蛋白細(xì)胞骨架重排、核因子κB(NF-κB)等轉(zhuǎn)錄因子激活、相關(guān)細(xì)胞因子生成、吞噬等作用，同時也調(diào)節(jié)神經(jīng)系統(tǒng)的凋亡[23]。其中TREM-1、TREM-2為熱門研究受體。TREM-1是在固有免疫細(xì)胞(中性粒細(xì)胞、成熟單核細(xì)胞、巨噬細(xì)胞)和血小板上表達(dá)的免疫受體，通過促進(jìn)Toll樣受體(Toll-like receptor, TLR)和NOD樣受體(nucleotide binding oligomerization domain like receptors, NLR)參與觸發(fā)的炎癥信號放大[24]；而TREM-2則是一種重要的自身免疫負(fù)調(diào)節(jié)因子，可以抑制巨噬細(xì)胞TNF和白細(xì)胞介素-6 (interleukin- 6, IL-6) 的產(chǎn)生，并促進(jìn)小膠質(zhì)細(xì)胞的抗炎狀態(tài)[25]。孟凡超等[26-27]在rAION模型視神經(jīng)組織中分別檢測TREM-1、TREM2，研究結(jié)果表明二者表達(dá)與AION有一定關(guān)系，TREM-1通過促進(jìn)炎癥反應(yīng)及促凋亡作用加重視神經(jīng)損傷，TREM-2則通過抗炎、抗凋亡作用發(fā)揮神經(jīng)保護(hù)作用。

3.4原肌球蛋白受體激酶B 原肌球蛋白受體激酶B(tropomyosin-related kinase B, TrkB)是位于神經(jīng)細(xì)胞膜上的一種跨膜蛋白，是腦源性神經(jīng)營養(yǎng)因子(brain-derived neurotrophic factor, BDNF)的特異性受體。當(dāng)BDNF與高親和力的TrkB受體結(jié)合，將介導(dǎo)下游信號分子的激活，如絲裂原活化蛋白激酶(mitogen-activated protein kinase，MAPK)和磷脂酰肌醇-3激酶(phosphatidylinositol 3-kinase, PI3K)，對神經(jīng)系統(tǒng)神經(jīng)元丟失具有抑制作用。在神經(jīng)保護(hù)治療中，除了廣泛應(yīng)用的外源性BDNF治療靶點，通過使用直接與TrkB受體結(jié)合的單克隆抗體以激活內(nèi)源性神經(jīng)營養(yǎng)因子也是一種治療途徑。抗TrkB受體單克隆抗體誘導(dǎo)TrkB受體磷酸化，可激活細(xì)胞外調(diào)節(jié)蛋白激酶(extracellular regulated protein kinases，ERK1/2)和蛋白激酶B(AKT)信號通路，對實驗性青光眼和視神經(jīng)切斷后RGCs的搶救具有一定作用[28-29]。Ali等[30]通過應(yīng)用TrkB受體特異性激動劑LM22A-4，證實在rNAION模型中激活TrkB受體均可提高體內(nèi)、體外RGCs的存活率，為治療NAION提供了有效依據(jù)。

3.5 αB-晶體蛋白αB-晶體蛋白(αB-crystallin，αB-C)屬于小熱休克蛋白家族成員，分布在晶狀體、神經(jīng)視網(wǎng)膜、視網(wǎng)膜色素上皮等不同組織中，在信號傳導(dǎo)、蛋白質(zhì)降解、細(xì)胞骨架結(jié)構(gòu)穩(wěn)定和細(xì)胞凋亡等細(xì)胞過程中起著重要作用[31]。大量研究表明，αB-C在視神經(jīng)損傷模型中具有神經(jīng)保護(hù)作用，可以提高RGCs的存活率和視網(wǎng)膜功能[32]。Wu等[33]研究證實αB-C通過減弱Caspase-3表達(dá)來抑制RGCs的死亡，在視網(wǎng)膜缺血再灌注損傷中起到神經(jīng)保護(hù)作用。Yan等[31]研究發(fā)現(xiàn)，αB-C可顯著降低丙二醛(MDA)、NO水平以及一氧化氮合酶(iNOS)、NF-κB-p65的陽性表達(dá)，提高總超氧化歧化酶(T-SOD)活性，發(fā)揮抗氧化作用，保護(hù)視網(wǎng)膜免受缺血再灌注損傷。Pangratz-Fuehrer等[34]發(fā)現(xiàn)rAION模型視神經(jīng)組織中αB-C表達(dá)增加，并與小膠質(zhì)細(xì)胞及星形膠質(zhì)細(xì)胞的激活相一致，認(rèn)為αB-C是實驗性AION的早期標(biāo)志物，而αB-C治療可通過降低小膠質(zhì)細(xì)胞活性和促進(jìn)少突膠質(zhì)細(xì)胞存活以增強(qiáng)缺血后內(nèi)源性神經(jīng)保護(hù)。

4 NAION相關(guān)易感基因

4.1凝血因子相關(guān)基因多態(tài)性凝血因子是參與凝血過程的各種蛋白質(zhì)組分，其基因多態(tài)性可以改變血漿濃度，影響機(jī)體凝血與抗凝的動態(tài)平衡，對纖溶功能低下、血栓形成起到重要作用。研究證實，NAION與遺傳性及獲得性凝血因子有關(guān)[35]。Glueck等[36]前瞻性評估了12例NAION患者血清中與凝血障礙相關(guān)基因，發(fā)現(xiàn)亞甲基四氫葉酸還原酶(MTHFR)基因C677T純合突變，認(rèn)為這與NAION發(fā)病存在因果關(guān)系。此外，凝血因子V萊頓(FVL)突變和凝血酶原基因G20210A突變(PTG)是血栓性疾病的主要危險因素，也是NAION發(fā)病的潛在風(fēng)險[37]。

4.2血小板膜糖蛋白多態(tài)性血小板在血栓形成中發(fā)揮重要作用，它們通過某些膜糖蛋白和內(nèi)皮下層成分的相互作用而黏附在血管內(nèi)皮受損處，控制黏附或聚集所必需的膜糖蛋白基因的多態(tài)性可能導(dǎo)致血栓形成的風(fēng)險增加。一些研究發(fā)現(xiàn)血小板膜糖蛋白(glycoprotein, GP)的功能多態(tài)性與冠狀動脈、腦動脈血栓形成風(fēng)險增加相關(guān)[38-39]。因此有學(xué)者認(rèn)為血小板增多與NAION發(fā)病有一定相關(guān)性，并通過對5種GP多態(tài)性檢測證實，其中GP Ibα基因的可變數(shù)目串聯(lián)重復(fù)序列(VNTR)B等位基因，是NAION發(fā)病的一個重要的獨立危險因素[40-41]。

4.3膽固醇酯轉(zhuǎn)運蛋白TaqⅠB基因多態(tài)性高密度脂蛋白膽固醇(HDL-C)對膽固醇具有逆向轉(zhuǎn)運，以及抗氧化、抗炎和抗血栓的功能[42]。王小東等[43]研究證實， 膽固醇酯轉(zhuǎn)運蛋白(cholesterol ester transfer protein, CETP)TaqⅠB基因多態(tài)性B1等位基因中B1B1基因型為NAION發(fā)病的危險因素。這可能因為B1B1基因型下調(diào)血漿HDL-C濃度，從而抑制了對血管內(nèi)皮的保護(hù)功能，增加了NAION發(fā)生風(fēng)險。

4.4谷胱甘肽-s-轉(zhuǎn)移酶基因多態(tài)性谷胱甘肽-s-轉(zhuǎn)移酶(glutathione S-transferase, GSTs)是谷胱甘肽(GSH)結(jié)合反應(yīng)的關(guān)鍵酶，GSTM1和GSTT1其亞家族主要成員，可以催化異煙肼的有毒代謝物與GSH結(jié)合排出體外，已經(jīng)被證實能夠保護(hù)細(xì)胞免受高活性氧(reactive oxygen species, ROS)的毒性作用，維持機(jī)體細(xì)胞的新陳代謝。Wan等[44]研究發(fā)現(xiàn)，GSTM1空白基因型與NAION發(fā)病有顯著相關(guān)性，表明GSTs受損或氧化損傷可能參與NAION的致病途徑；而GSTT1空白基因型與NAION易感性之間無顯著相關(guān)性，但有保護(hù)作用的趨勢，這與GSTT1對GSTs酶活性有積極影響有關(guān)，有助于視網(wǎng)膜維持氧化產(chǎn)物生成和清除之間的穩(wěn)態(tài)平衡。

4.5視盤相關(guān)基因ATOH7的多態(tài)性ATOH7是一種外顯子基因，可促進(jìn)Müller細(xì)胞衍生的視網(wǎng)膜干細(xì)胞分化為視網(wǎng)膜神經(jīng)節(jié)細(xì)胞，并在決定人類視盤大小方面發(fā)揮重要作用[45]。Chen等[46]研究發(fā)現(xiàn)ATOH7的T等位基因具有獨立的NAION患病風(fēng)險，同時還探討了ATHO7與血管因子相關(guān)基因ET-1和ACE的相互作用，結(jié)果表明血管因子相關(guān)基因不能單獨影響NAION風(fēng)險，而當(dāng)與ATOH7風(fēng)險因素結(jié)合時，可以增加NAION的患病機(jī)率。

4.6 c-fos基因c-fos是廣泛分布在中樞神經(jīng)系統(tǒng)內(nèi)的一種家族原癌基因，在缺氧、光線、機(jī)械、疼痛等多種刺激因子下衍生其表達(dá)產(chǎn)物FOS蛋白，該蛋白為一類核蛋白轉(zhuǎn)錄因子，經(jīng)磷酸化修飾后返回細(xì)胞核內(nèi)與另一家族原癌基因c-jun表達(dá)產(chǎn)物JUN蛋白形成復(fù)合物，在細(xì)胞增殖、分化、凋亡、炎癥等病理過程中起著重要作用，是神經(jīng)元激活的標(biāo)志。郭瑤等[47]研究發(fā)現(xiàn)，缺血誘導(dǎo)rAION模型RGCs凋亡過程中c-fos基因出現(xiàn)快速一過性表達(dá)，與腦缺血誘導(dǎo)c-fos基因在腦內(nèi)表達(dá)的結(jié)果基本一致，但認(rèn)為其相應(yīng)的機(jī)制及意義仍需做進(jìn)一步探討。

5小結(jié)

NAION是一種較為常見的急性視神經(jīng)損害，根據(jù)典型的臨床表現(xiàn)以及眼科檢查技術(shù)的進(jìn)步，其診斷與鑒別診斷比較明確。目前，國內(nèi)外對NAION發(fā)病機(jī)制的研究多圍繞視盤結(jié)構(gòu)及血管相關(guān)危險因素進(jìn)行探討，但對該病相關(guān)的分子病理機(jī)制仍有待進(jìn)一步深入研究。疾病相關(guān)的蛋白分子、易感基因在機(jī)體患病中的作用十分復(fù)雜且相互交錯，本文僅依據(jù)既往基礎(chǔ)研究結(jié)果進(jìn)行梳理，難免有一定局限性，希望能為今后NAION分子病理機(jī)制的進(jìn)一步探討及治療思路提供相關(guān)理論依據(jù)。