多巴胺在形覺剝奪性近視中作用的研究進展

張曦文 劉瑞寶 宋冰潔 劉玉玲 吳玉坤 路雪婧，3，4，5

近視已然成為全球高發(fā)的公共健康問題。在許多工業(yè)化國家，近視發(fā)生在50%以上的人口中，且發(fā)病率呈逐年上升趨勢[1]。據(jù)估計，到2050 年，全球近視患病率將上升到50%，高度近視約占10%，高度近視由于與近視性黃斑病變和青光眼性視神經(jīng)萎縮有關(guān)，將成為不可逆失明最常見的原因[2]。因此近視的具體發(fā)病機制一直是眼科研究的重點課題。近視動物模型的成功建立以及對實驗性近視眼分子生物學(xué)等方面的研究發(fā)現(xiàn)，近視眼的特點是眼球的前后徑變長，鞏膜后極部的細(xì)胞外基質(zhì)重塑[3]，其局部視網(wǎng)膜調(diào)控、鞏膜重塑等過程在近視的發(fā)病中起到了重要的作用[4，5]。對包括人在內(nèi)的許多生物而言，視覺信號刺激的剝奪可使眼軸前后徑異常生長而致形覺剝奪性近視（Form deprived myopia，F(xiàn)DM）。形覺剝奪通過某些神經(jīng)遞質(zhì)、信號分子使局部視網(wǎng)膜成像改變，調(diào)控眼球生長的微環(huán)境，其中多巴胺（Dopamine，DA）的參與最為密切[6]，且近年來人們對多巴胺在近視發(fā)病過程中的作用研究尤為廣泛和深入。研究發(fā)現(xiàn)在雛雞FDM誘導(dǎo)期間，視網(wǎng)膜多巴胺、代謝產(chǎn)物的含量及其比值明顯降低，在恢復(fù)過程中這些指標(biāo)又會迅速升高至正常水平，可見DA的變化規(guī)律與FDM轉(zhuǎn)歸程度高度相關(guān)[7]。為進一步探索FDM發(fā)生發(fā)展過程中的可能機制，現(xiàn)結(jié)合國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀，就DA在FDM的作用展開綜述，將DA與FDM關(guān)系的現(xiàn)狀和研究進展歸納如下。

1 概述

DA是存在于視網(wǎng)膜中的生物活性物質(zhì)，屬兒茶酚胺類的神經(jīng)遞質(zhì)[8]，主要由視網(wǎng)膜內(nèi)核層的多巴胺能無長突細(xì)胞等分泌釋放[9]。DA在介導(dǎo)視覺信號傳遞、視網(wǎng)膜和屈光發(fā)育等過程中起著重要的作用，是近視發(fā)生發(fā)展中重要的信號分子[10，11]。DA的合成起源于酪氨酸。酪氨酸在被DA能神經(jīng)元攝取后，在酪氨酸羥化酶（Tyro-sine hydroxylase，TH）的作用下先轉(zhuǎn)變?yōu)樽笮喟停↙evodopaL-DOPA），再經(jīng)多巴脫羧酶的催化形成DA。合成的DA在單胺氧化酶的作用下分解為3，4-二羥基苯乙酸（Dihydroxyphenylacetic acid，DOPAC）和高香草酸（Homovanillic acid，HVA）。TH是一種作為DA能神經(jīng)元的可靠標(biāo)志的限速酶。DOPAC是反映DA釋放量的重要標(biāo)記物。視網(wǎng)膜中DA神經(jīng)元及其受體，同機體其他各類神經(jīng)元及神經(jīng)遞質(zhì)聯(lián)合產(chǎn)生抑制近視發(fā)展的生理功能[12]。Ohngemach等[13]通過運用高液相色譜法檢測不同部位的DA濃度，發(fā)現(xiàn)視網(wǎng)膜是DA釋放的主要來源，其新陳代謝僅作用于誘發(fā)近視的視網(wǎng)膜區(qū)域。Mao和Liu[14]探討了DA在白化病豚鼠FDM發(fā)育過程中的作用，發(fā)現(xiàn)視網(wǎng)膜DA與眼球屈光高度相關(guān)，并參與L-DOPA對FDM眼軸長度和玻璃體深度增加的抑制作用。因此，眼球的生長調(diào)節(jié)和近視的發(fā)展機制與DA聯(lián)系密切。

對于近視的形成，目前較為公認(rèn)的觀點是，外界導(dǎo)致近視的視覺信號傳遞至視網(wǎng)膜并接收，視網(wǎng)膜產(chǎn)生異常的視覺信息，通過信號級聯(lián)傳遞調(diào)控鞏膜生長重塑，眼軸延長[15，16]，但其具體機制未明確。目前實驗近視動物模型的建立方法基本確立了2 種[17]，即FDM模型（縫合眼瞼或用半透明眼罩遮蓋模型眼）和光學(xué)離焦性近視（Lensinduced myopia，LIM）模型（給動物配戴負(fù)球鏡片）。由于幼年動物視覺發(fā)育尚未完成，短期內(nèi)即可誘導(dǎo)出明顯的近視。FDM是使物像到視網(wǎng)膜的視覺路徑阻斷，失去形覺刺激，借由其正視化功能使眼軸異常延長的造模方式[18]。研究表明，形覺剝奪可導(dǎo)致視網(wǎng)膜上的多種神經(jīng)遞質(zhì)與生長因子的水平發(fā)生改變[14]。早在1989 年Stone等[19]就在新生小雞形覺剝奪視網(wǎng)膜中發(fā)現(xiàn)了DA含量下降，之后在樹鼩[20]、豚鼠[21]FDM中都有發(fā)現(xiàn)視網(wǎng)膜DA的減少。鞏膜增長的一個可能原因是視網(wǎng)膜上DA的影響，即DA能穿過RPE的緊密連接，透過脈絡(luò)膜的血管層到達(dá)鄰近的鞏膜。形覺剝奪破壞RPE的屏障，導(dǎo)致鞏膜過度生長，而DA能阻止這種改變。FDM和LIM均能誘導(dǎo)視網(wǎng)膜DA合成下降，致眼軸延長、近視形成[22]，但DA在FDM和LIM的進展過程中作用不同。相同濃度的阿樸嗎啡（DA受體激動劑）抑制了FDM的發(fā)展，而不能有效抑制LIM發(fā)展和眼軸增長[23]。神經(jīng)毒素6-羥多巴胺，可使視網(wǎng)膜DA含量降低，能抑制FDM的形成，但對LIM形成無抑制作用[24]。由此，相比LIM，DA對FDM作用似乎更有優(yōu)勢。

視網(wǎng)膜的DA是具有光適應(yīng)性的化學(xué)信號，是視網(wǎng)膜中高敏度，光適應(yīng)性視覺和光感受器耦合的關(guān)鍵調(diào)節(jié)劑，其合成釋放受光照調(diào)節(jié)并遵循晝夜節(jié)律性[25]，多巴胺能神經(jīng)元出現(xiàn)在光感受器層細(xì)胞，尤其視錐細(xì)胞（司強光視覺）主導(dǎo)的區(qū)域，光感受器中產(chǎn)生ATP的主要細(xì)胞器線粒體的裂變和融合過程的變化在很大程度上取決于周圍環(huán)境的光照，使視網(wǎng)膜內(nèi)在作用節(jié)律和光照周期保持一致[26，27]。Chakraborty等[28]發(fā)現(xiàn)視網(wǎng)膜中視錐細(xì)胞功能的缺失會增加小鼠對FDM的易感性。另有研究表明在夜晚或缺乏光照的條件下，DA濃度降低，而在白天或充足光照條件下則升高[29]，提示相對明亮的光照可能是通過提高DA水平使FDM的發(fā)生發(fā)展受到抑制。這個觀點在雛雞[30]、小鼠[31]、猴子[32]等多個動物模型實驗上得到了驗證。由此，DA與光照頻率和強度、晝夜時相等FDM的影響因素有著密切的關(guān)聯(lián)。

2 多巴胺對FDM的作用

2.1 眼部DA含量

一系列研究證明，DA在眼部含量的增加與減少會直接或間接地影響FDM的進展。L-DOPA作為DA的前體，經(jīng)脫羧反應(yīng)后轉(zhuǎn)化為DA，增加L-DOPA含量能夠刺激機體內(nèi)所有DA受體，產(chǎn)生與之相應(yīng)的功能。Mao和Liu等[14]研究了FDM白化豚鼠與視網(wǎng)膜DA的關(guān)系，通過連續(xù)14 d腹腔內(nèi)注射L-DOPA，發(fā)現(xiàn)其可縮短FDM豚鼠眼軸長度和玻璃體腔深度，抑制FDM，并伴有視網(wǎng)膜DA的增加。DOPAC是DA的代謝產(chǎn)物，DOPAC/DA（多巴胺轉(zhuǎn)換率）的升高反映了DA在眼內(nèi)的循環(huán)水平的提高，在小鼠早期的屈光發(fā)育過程中進行干預(yù)可預(yù)防FDM的發(fā)生[33]。該團隊的另一研究[21]將4周齡豚鼠行右眼遮蓋10 d后，眼軸增長，視網(wǎng)膜DA含量降低。經(jīng)腹腔注射胞二磷膽堿24 h，觀察到視網(wǎng)膜DA含量明顯增加，表明胞二磷膽堿能刺激視網(wǎng)膜中的多巴胺能系統(tǒng)，可延緩形覺剝奪所致的豚鼠近視，其機制與視網(wǎng)膜DA水平升高有關(guān)。Landis等[34]運用藥理和遺傳學(xué)方法增加形覺剝奪小鼠的內(nèi)源性DA活性，每周行屈光度數(shù)、角膜曲率等眼球生物學(xué)檢查，實驗證明增加DA的合成和釋放可降低小鼠的近視易感性。

同樣，DA含量的減少會導(dǎo)致FDM進一步發(fā)展。Cohen等[35]發(fā)現(xiàn)降低環(huán)境光照強度減少了形覺剝奪小雞視網(wǎng)膜DA的釋放速率。體外研究發(fā)現(xiàn)Müller小膠質(zhì)細(xì)胞同樣受DA系統(tǒng)的調(diào)控，并用酶消化法培養(yǎng)FDM豚鼠視網(wǎng)膜Müller細(xì)胞，發(fā)現(xiàn)FDM可能通過減少視網(wǎng)膜Müller細(xì)胞分泌的DA而使視網(wǎng)膜DA含量減少[36]。Stone等[22]對雛雞眼球利用半視野散射鏡片進行形覺剝奪，發(fā)現(xiàn)只有被剝奪的區(qū)域出現(xiàn)眼軸的延長和DA、DOPAC含量的減少，其減少量與眼球的生長長度及屈光度數(shù)呈正比。國內(nèi)學(xué)者對三色豚鼠進行了為期14 d的形覺剝奪后，通過高效液相色譜-電化學(xué)檢測來評估視網(wǎng)膜DA含量，在豚鼠眼軸延長，屈光度增加的同時，同樣顯示DA表達(dá)的下調(diào)[37]。

2.2 多巴胺D1、D2受體

視網(wǎng)膜的DA釋放后，是通過與多巴胺受體（Dopamine receptor，DR）結(jié)合來參與細(xì)胞的營養(yǎng)凋亡、眼球的生長發(fā)育及視覺信號傳導(dǎo)活動，從而起到對FDM抑制作用的。DR是由7個跨膜區(qū)組成的G蛋白偶聯(lián)受體家族，屬細(xì)胞膜受體，通過激活三聚體G蛋白轉(zhuǎn)導(dǎo)DA。在FDM中，DA通過與相應(yīng)的視網(wǎng)膜受體結(jié)合發(fā)揮作用。根據(jù)與配體的結(jié)合力和對腺苷酸環(huán)化酶（Adenylatecyclase，AC）活力的影響不同，視網(wǎng)膜DR分為D1受體（Dopamine D1 receptor，D1R）和D2受體（Dopamine D2 receptor，D2R）[38]，其胞內(nèi)域偶聯(lián)不同的G蛋白。D1R包括D1和D5 2種亞型，可偶聯(lián)Gs，活化AC，增加第二信使環(huán)磷腺苷（Cyclic adenosine monophosphate，cAMP）的濃度；D2R包括D2、D3 和D4 3 種亞型，可偶聯(lián)Gi，抑制AC，表現(xiàn)為cAMP降低或無改變。因此D1R和D2R在細(xì)胞或組織上可以發(fā)揮不同甚至相反的作用。目前已知D1R主要分布于水平細(xì)胞、雙極細(xì)胞及神經(jīng)節(jié)細(xì)胞；D2R主要分布于鞏膜成纖維細(xì)胞、視網(wǎng)膜RPE細(xì)胞、光感受器細(xì)胞及多巴胺能無長突細(xì)胞。近年發(fā)現(xiàn)，Müller細(xì)胞也是視網(wǎng)膜DA系統(tǒng)的作用目標(biāo)[39]。但目前，DR在視網(wǎng)膜中的定位依然較為粗略，需要進一步明確。

2.2.1 DA受體激動劑、拮抗劑 目前，大多數(shù)研究表明D2R與近視關(guān)聯(lián)密切。D2R的激動介導(dǎo)了受體對FDM的抑制作用。有研究報道阿撲嗎啡作為一種非選擇性受體激動劑，主要通過激動D2R抑制FDM的改變，且對D2R的結(jié)合力為D1R的22倍[24]。Ward等[20]對FDM樹鼩模型玻璃體腔內(nèi)分別給予D1和D2受體激動劑和拮抗劑，對比發(fā)現(xiàn)D1受體途徑對FDM無改變，D2R激動劑顯著抑制了眼球的軸向伸長，并縮短了玻璃體腔。Thomson等[40]對雛雞的FDM模型開展了L-DOPA與D1、D2受體作用的研究，治療4 d后進行眼軸長度與屈光度檢查，證明L-DOPA是通過多巴胺D2受體機制起到了對FDM的保護作用。然而也有學(xué)者對此證明了D2R的相反結(jié)果。Huang等[41]使用D2R敲除小鼠來研究D2R活性在FDM發(fā)生中的參與作用，表明DA作用于D2R似乎促進了小鼠FDM的發(fā)育。另有研究發(fā)現(xiàn)，D1R參與了對FDM的抑制作用。Zhang等[38]通過研究有色豚鼠的多巴胺能通路證明了這個觀點，激活D1R，則FDM受到抑制，視網(wǎng)膜和玻璃體內(nèi)DA和DOPAC含量增加。多項研究表明D1R和D2R呈現(xiàn)相互平衡的狀態(tài)，共同調(diào)控屈光發(fā)育，可能是近視防治的關(guān)鍵之一[42]。

2.2.2 光照水平與DA受體 DA最重要的功能是光適應(yīng)和調(diào)節(jié)視網(wǎng)膜晝夜節(jié)律。光照對FDM的影響大多數(shù)是通過DA通路實現(xiàn)的。視網(wǎng)膜DA的增加會激活存在于視網(wǎng)膜各處的D1R和D2R，眼睛達(dá)到正視化后，就會產(chǎn)生抑制軸向生長的信號[43]。Ke等[44]研究了不同光照暴露對大鼠視網(wǎng)膜前體細(xì)胞中DR表達(dá)的影響，發(fā)現(xiàn)視網(wǎng)膜細(xì)胞中的DR可能對環(huán)境光做出主動反應(yīng)，在與FDM相關(guān)的眼結(jié)構(gòu)中多巴胺能系統(tǒng)的激活能起重要作用。Norton[45]認(rèn)為人暴露于戶外強光時FDM的發(fā)生概率明顯小于暴露于室內(nèi)弱光的情況，并利用動物研究表明光照可能通過D2R途徑增加視網(wǎng)膜中DA的活力。頻閃光照已經(jīng)被發(fā)現(xiàn)可以通過釋放視網(wǎng)膜DA來防止形覺剝奪相關(guān)的眼軸增加。Chuang和Rucker[46]研究了DA在對光照閃爍時的雛雞眼睛的生長反應(yīng)，同樣證明了D2R在光照中起到對眼軸生長的抑制作用。視網(wǎng)膜電圖對光刺激的反應(yīng)受到DA的嚴(yán)格調(diào)節(jié)。Tian等[47]通過記錄小鼠的視網(wǎng)膜電圖，編碼在正常循環(huán)光照條件和恒定黑暗條件下產(chǎn)生的D2R，結(jié)論為D2R優(yōu)先調(diào)節(jié)視網(wǎng)膜的視覺依賴功能和對光照的反應(yīng)。然而并非所有實驗結(jié)果都支持以上觀點。視覺信號通過光感受器傳遞到雙極細(xì)胞至神經(jīng)節(jié)細(xì)胞，雙極細(xì)胞根據(jù)對光的反應(yīng)性分流為給光（ON）和撤光（OFF）信號，他們分別參與視覺信息的給光型（ON）通路和撤光型（OFF）通路。Chen等[31]通過對小鼠進行強光和正常光照對比發(fā)現(xiàn)，強光通過增強ON通路中的D1R信號的活性，近視度數(shù)和眼軸延長較少，因此對FDM的發(fā)展起到抑制 作用。

2.3 DA作用途徑與分布

要引起眼球的生長變化，視網(wǎng)膜首先要將外界光的信息在化學(xué)遞質(zhì)的傳輸下轉(zhuǎn)變?yōu)殡姷男畔ⅲ?jīng)視網(wǎng)膜-視網(wǎng)膜色素上皮層（Retinal pigment epithelium，RPE）-脈絡(luò)膜屏障的信號機制級聯(lián)下傳至靶組織-鞏膜。形覺剝奪導(dǎo)致鞏膜過度生長重塑，形成近視[48，49]。DA主要是由視網(wǎng)膜內(nèi)核層和外叢狀層多巴胺能無長突細(xì)胞分泌，雖然一些無長突細(xì)胞可以接受多巴胺能神經(jīng)元突觸傳遞，但是多數(shù)視網(wǎng)膜細(xì)胞只是接受通過視網(wǎng)膜縫隙連接方式進行的傳遞。DA被光激活后會接連激活數(shù)個細(xì)胞內(nèi)cAMP依賴蛋白激酶參與的通路，引起縫隙連接的磷酸化，溝通細(xì)胞間直接通訊[50]。Srinivasalu等[51]發(fā)現(xiàn)，高濃度的cAMP可抑制鞏膜膠原合成，是近視發(fā)生的危險因素，而其濃度降低可減緩近視的發(fā)展。RPE層細(xì)胞間由封閉小帶構(gòu)成緊密連接，對視網(wǎng)膜的生長信號傳至脈絡(luò)膜發(fā)揮著關(guān)鍵的作用，可能是DA作用的一個靶向位點。鞏膜是眼球生長發(fā)育的最終效應(yīng)器，隨著近視的形成，鞏膜膠原纖維層進行性變薄，其重塑被視覺環(huán)境顯著改變，表現(xiàn)為眼軸變長和屈光度數(shù)的增長。近年研究發(fā)現(xiàn)視網(wǎng)膜內(nèi)最大的神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞——Müller細(xì)胞可以表達(dá)DR，并在調(diào)節(jié)眼部生長和防治近視中起重要作用。Müller細(xì)胞間或其與神經(jīng)元間將DA作為重要的信號傳遞。在視網(wǎng)膜發(fā)生光損傷的早期，Müller細(xì)胞可被重新激活（膠質(zhì)化），合成分泌多種近視相關(guān)因子，可作為DA與FDM的一個新作用位點。

3 不足與展望

現(xiàn)代實驗性近視的研究已進入一個新的時期。DA在調(diào)控FDM眼球生長發(fā)育及其抑制FDM進展的過程中，日益受到屈光領(lǐng)域研究者的重視。但是DA對FDM的病理調(diào)節(jié)機制是一個復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)，由于受多種因素的影響致研究結(jié)果并不完全一致。如受體激動劑與光照激活D2R或拮抗劑拮抗D1R時，多數(shù)研究得到了D2R可有效抑制FDM進展的結(jié)果，但也有完全相反的情況，導(dǎo)致差異性的原因可能與不同實驗室條件、動物品種和注射藥物的類型有關(guān)；在視網(wǎng)膜DA濃度增加后，雖然證明了D1R與D2R 對下游蛋白的影響，但具體信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑、作用位點、表型機制的研究尚未完全明確；此外在FDM動物模型的制作方面，由于單眼遮蓋使患眼失去外界形覺刺激，對比度降低，造模后會伴有弱視的表現(xiàn)，與人類的單純性近視形成原因不同，不排除某些指標(biāo)可能與臨床治療結(jié)果的差別。因此對于DA與FDM的相關(guān)研究，應(yīng)該從影響因素、藥物作用、受體機制、動物模型等多個方面入手，并結(jié)合臨床進行深入探索，從而為防治近視提出并實施科學(xué)有效的手段。

利益沖突申明本研究無任何利益沖突

作者貢獻(xiàn)聲明張曦文：選題設(shè)計；檢索閱讀文獻(xiàn)；對資料進行分析解釋；撰寫論文；根據(jù)編輯部的修改意見進行核修。劉瑞寶：檢索閱讀文獻(xiàn)；資料的分析解釋和修改指導(dǎo)論文。宋冰潔、劉玉玲、吳玉坤：資料的分析解釋；檢索文獻(xiàn)；行政、技術(shù)或材料支持。路雪婧：選題設(shè)計；資料的分析解釋；修改指導(dǎo)論文中關(guān)鍵性內(nèi)容；行政、技術(shù)或材料支持