小梁網(wǎng)細(xì)胞氧化應(yīng)激在青光眼發(fā)病中的研究進(jìn)展

武靜怡，劉雅萌，潘曉晶

0引言

青光眼是一種常見的不可逆致盲性眼病，以病理性眼壓升高為主要臨床特征。眼壓與房水循環(huán)密切相關(guān)，房水循環(huán)的流出通道主要包括小梁網(wǎng)(trabecular meshwork，TM)與Schlemm管，兩者結(jié)構(gòu)的病理性改變是引起眼壓升高的主要原因，已有研究表明，50%～75%的房水流出阻力發(fā)生在鄰管組織[1]。氧化應(yīng)激(oxidative stress，OS)是細(xì)胞氧化與抗氧化作用的失衡，產(chǎn)生于細(xì)胞損傷等原因誘發(fā)的細(xì)胞防御機(jī)制啟動(dòng)、線粒體功能障礙、抗氧化系統(tǒng)受損，主要表現(xiàn)為產(chǎn)生過量的抗氧化成分活性氧(reactive oxide species，ROS)，線粒體是ROS產(chǎn)生的主要場所[2-4]。適量的ROS可保護(hù)細(xì)胞免受OS損害，過量產(chǎn)生的ROS在細(xì)胞內(nèi)積累導(dǎo)致了DNA、酶及結(jié)構(gòu)蛋白和膜脂質(zhì)等一系列細(xì)胞器的氧化損傷，影響細(xì)胞功能[5-7]。根據(jù)發(fā)生部位，OS常分為線粒體氧化應(yīng)激與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激，二者息息相關(guān)，內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激發(fā)生于線粒體氧化應(yīng)激之后，可加劇線粒體氧化應(yīng)激[8-10]。

青光眼患者的OS水平較高，提示青光眼的發(fā)病與OS有關(guān)[11-12]。已有研究表明，青光眼患者房水中丙二醛(monochrome display adapter，MDA)與谷胱甘肽(glutathione，GSH)等抗氧化成分水平顯著降低而氧化酶活性顯著提高，這提示青光眼患者可能存在總抗氧化能力的降低[12-15]。此外，TM組織作為眼壓維持的關(guān)鍵，其篩狀結(jié)構(gòu)在房水引流、前房液體調(diào)節(jié)和維持眼壓穩(wěn)定方面起至關(guān)重要的作用，是前房組織中對(duì)OS最敏感的結(jié)構(gòu)，OS導(dǎo)致青光眼發(fā)病的原因或許與小梁網(wǎng)細(xì)胞(trabecular meshwork cells，TMC)病理性損傷密切相關(guān)[16]。OS對(duì)TMC功能的影響體現(xiàn)在多個(gè)方面：TM組織對(duì)房水的調(diào)節(jié)功能障礙、TM細(xì)胞外基質(zhì)發(fā)生變化、TMC內(nèi)發(fā)生自噬和衰老等，這一系列變化最終導(dǎo)致IOP升高。因此，研究OS導(dǎo)致的TM損傷及其與TMC病理變化之間的關(guān)系，有望成為青光眼新的治療靶點(diǎn)及方向。

1 OS與TM調(diào)節(jié)功能異常

TM對(duì)房水的調(diào)節(jié)功能需要TMC的維持和調(diào)節(jié)，機(jī)體OS環(huán)境產(chǎn)生的代謝產(chǎn)物可以損傷TMC的結(jié)構(gòu)功能，這導(dǎo)致TM組織不再有效地調(diào)節(jié)房水流出，最終導(dǎo)致病理性眼壓升高[17]。

機(jī)體OS導(dǎo)致神經(jīng)興奮性相關(guān)物質(zhì)的異?？捎绊慣M的調(diào)節(jié)功能。已有研究發(fā)現(xiàn)，NO通過收縮TMC來調(diào)節(jié)房水流出，其分泌異?？梢l(fā)房水循環(huán)異常[5,11]，OS可影響NO與TMC的反應(yīng)，導(dǎo)致TM功能障礙。在原發(fā)性開角型青光眼(primary open angle glaucoma，POAG)患者中，OS增加的陰離子超氧化物等反應(yīng)性基團(tuán)與NO反應(yīng)可直接損傷TM內(nèi)皮細(xì)胞[10，18]。另外，De Souza 的一項(xiàng)研究顯示，OS時(shí)TMC中的NO內(nèi)源性受體被氧化，導(dǎo)致TM調(diào)節(jié)功能障礙[7]。在前房中，OS時(shí)機(jī)體釋放大量的組胺，不僅增加了血管通透性使房水生成增加，也使房水流出減少[19]。而全身OS激活下丘腦-垂體-腎上腺軸，腎上腺應(yīng)激時(shí)可分泌大量糖皮質(zhì)激素，過量產(chǎn)生的糖皮質(zhì)激素與TM上的相應(yīng)受體反應(yīng)，影響房水流出[20]。

2 OS與TM細(xì)胞外基質(zhì)退行性變

TMC固有僵硬度增大是青光眼發(fā)病的主要原因之一，TMC固有僵硬度增大是由TM細(xì)胞外基質(zhì)(extracellular matrix，ECM)的異常積累及退行性變?cè)斐傻腫21-22]。ECM是TM的重要組成部分，和You等[23]證明，OS時(shí)ECM合成和水解失衡，使ECM異常積聚，房水流出阻力增大，最終導(dǎo)致青光眼發(fā)病。

ECM組成部分的改變與線粒體氧化應(yīng)激及內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激有關(guān)[24-25]。Shen等[26]的研究發(fā)現(xiàn)，OS上調(diào)與纖維化有關(guān)的lncRNAs表達(dá)，最終激活人TMC中的ECM基因，增加了ECM的產(chǎn)生。Rao等與Suri等發(fā)現(xiàn)，與細(xì)胞纖維化有關(guān)的轉(zhuǎn)化生長因子-β2(transformed growth factor-β2，TGF-β2)不僅可加劇TMC氧化應(yīng)激，還使TM中ECM重塑，而青光眼相關(guān)基因LTBP2可能參與了重塑的過程[27-29]。研究發(fā)現(xiàn)，ECM中纖連蛋白沉積或在細(xì)胞內(nèi)過表達(dá)纖連蛋白[24]，可能與青光眼致病基因--Myocilin基因突變有關(guān)，該基因突變使蛋白質(zhì)異常折疊并積累在TMC內(nèi)部，并誘發(fā)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)(ER)應(yīng)激，最終影響TMC的正常功能和/或存活，導(dǎo)致房水流出阻力增加，IOP升高[30]。

3 OS與TMC自噬

自噬(autophagy)是一種自降解過程，它依賴于溶酶體，使細(xì)胞內(nèi)組分再循環(huán)、合成和降解，從而維持內(nèi)環(huán)境的穩(wěn)定。當(dāng)細(xì)胞發(fā)生OS時(shí)，OS的線粒體會(huì)進(jìn)一步激活內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激，從而使細(xì)胞中ROS大量增加[14,22,31-33]，這些過量產(chǎn)生的ROS導(dǎo)致了線粒體損傷，并發(fā)生自噬功能異常[34]，細(xì)胞自噬功能異常則進(jìn)一步導(dǎo)致了線粒體功能障礙、細(xì)胞功能障礙甚至死亡[35]，最終誘發(fā)青光眼的發(fā)生。在大多數(shù)細(xì)胞中，自噬活動(dòng)的異常與P53上調(diào)，線粒體轉(zhuǎn)運(yùn)和E3泛素連接酶的激活受抑制有關(guān)，導(dǎo)致受損的線粒體無法清除，最終導(dǎo)致細(xì)胞功能障礙[36]。此外，細(xì)胞發(fā)生過量自噬時(shí)，自噬相關(guān)LC3及Beclin-1和Atg5的蛋白水平大量上調(diào)，p62的水平大量下降，促進(jìn)了自噬細(xì)胞的死亡[34,37-38]。其中，LC3與溶酶體相關(guān)膜蛋白陽性細(xì)胞器上的自噬受體相互作用，進(jìn)一步導(dǎo)致TMC功能障礙[39]。此外，纖維骨架蛋白的變化可能參與了黏附、內(nèi)吞和自噬的調(diào)節(jié)[31-32，40-42]。在Nettesheim等[43]的研究中表明在應(yīng)激的TMC及其纖維化中自噬和TGf-β信號(hào)通路存在相互影響。自噬相關(guān)基因突變與OS誘發(fā)的青光眼發(fā)病有關(guān)。Rezaie等[44]和Formstone等研究發(fā)現(xiàn)，細(xì)胞中Optineurin(OPTN)基因的突變是自噬相關(guān)突變，可指導(dǎo)泛素化蛋白向自噬體的運(yùn)輸，影響受損線粒體的清除，使自噬過程異常，推測此基因突變可能是引發(fā)POAG的基因突變之一[45-48]。

4 OS與TMC衰老

OS作用下TMC衰老是重要的病理變化，可導(dǎo)致TMC損傷及青光眼發(fā)病。細(xì)胞衰老(cell ageing)與過度的OS關(guān)系密切，OS可能導(dǎo)致TMC過早衰老：(1)衰老下調(diào)了核編碼的氧化磷酸化基因表達(dá)，使線粒體功能障礙和ROS積累；(2)高水平的ROS導(dǎo)致線粒體DNA和蛋白質(zhì)氧化，加劇細(xì)胞損傷，誘發(fā)細(xì)胞衰老[32]。在TMC中，增加的OS會(huì)激活衰老標(biāo)記物，引起小梁內(nèi)皮細(xì)胞功能障礙。

OS相關(guān)蛋白酶及因子的變化與細(xì)胞衰老相互影響[36,49-50]。OS下調(diào)了重組人氧化還原蛋白過氧化物酶6(peroxiredoxin6，Prdx6)水平促使細(xì)胞衰老，而衰老的TMC中低表達(dá)的Prdx6進(jìn)一步增強(qiáng)了TMC對(duì)氧化損傷的敏感性[51-52]。OS的TMC可能伴有卷曲相關(guān)蛋白1(secreted frizzled-related protein，SFRP1)的高表達(dá)，誘導(dǎo)了細(xì)胞的衰老和纖維化，而細(xì)胞衰老和誘發(fā)的SFRP1表達(dá)又可誘導(dǎo)鄰近細(xì)胞進(jìn)一步衰老和纖維化，增強(qiáng)和擴(kuò)散衰老表型，并可能最終導(dǎo)致高眼壓和青光眼發(fā)生[53]。一些miRNA異常表達(dá)可能導(dǎo)致青光眼房水流出途徑的功能異常[54-56]。miR-183在應(yīng)激誘導(dǎo)的衰老人小梁網(wǎng)(HTM)細(xì)胞中表達(dá)上調(diào)，可能影響與HTM細(xì)胞中細(xì)胞周期和DNA修復(fù)相關(guān)的多個(gè)基因的表達(dá)，通過抑制細(xì)胞周期進(jìn)程而加快細(xì)胞衰老[57]。

5 OS與TMC炎癥

之前的研究結(jié)果揭示了OS誘導(dǎo)的病理變化包括細(xì)胞死亡、細(xì)胞內(nèi)ROS的產(chǎn)生、促炎因子的產(chǎn)生等，與青光眼的發(fā)生密切相關(guān)[58]。ROS可通過細(xì)胞內(nèi)信號(hào)級(jí)聯(lián)激活促炎基因的表達(dá)[59]，誘導(dǎo)TMC炎癥，并最終導(dǎo)致青光眼的發(fā)生。

青光眼TM的炎癥反應(yīng)可能是由OS引發(fā)的。與正常TMC相比，在人青光眼TMC中，OS保護(hù)性Nrf2信號(hào)通路下調(diào)[60]，而氧化還原反應(yīng)因子NF-κB和絲裂原活化蛋白激酶(MAPKs)被上調(diào)，導(dǎo)致炎癥因子轉(zhuǎn)錄，這可能導(dǎo)致TM的收縮功能障礙[61]。此外研究證明，當(dāng)原代培養(yǎng)的TMC暴露于慢性O(shè)S時(shí)，持續(xù)激活的NF-κB通路會(huì)產(chǎn)生炎癥標(biāo)志物，包括IL-1α、IL-6、IL-8、ELAM-1[58,62]，這些炎癥應(yīng)激標(biāo)志物與青光眼發(fā)病相關(guān)[63]。

6總結(jié)與展望

OS是多種疾病的發(fā)病原因，OS造成內(nèi)皮細(xì)胞受損，是導(dǎo)致心血管疾病發(fā)病的重要原因，亦可誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞凋亡，減少腫瘤細(xì)胞生長，而OS導(dǎo)致的TM損傷是青光眼發(fā)病的主要原因之一[64-68]。

目前對(duì)OS造成的一系列損傷主要通過抗氧化治療為主，一般措施包括應(yīng)用抗氧化劑，如補(bǔ)充大麻二酚等酚類物質(zhì)[69-71]，適量的運(yùn)動(dòng)，合適的飲食和制定個(gè)性化的生活方式等途徑?？蓪?dǎo)致神經(jīng)興奮的物質(zhì)在OS時(shí)分泌增多會(huì)造成TMC的損傷，這表明未來可能選擇谷氨酸興奮毒性抑制劑、一氧化氮合酶抑制劑、血流量增強(qiáng)劑、鈣/鈉通道阻滯劑、血管強(qiáng)張劑等對(duì)青光眼進(jìn)行治療[72-74]。已知自噬有助于維持細(xì)胞穩(wěn)態(tài)，是參與生物體適應(yīng)急性應(yīng)激條件并修復(fù)應(yīng)激誘導(dǎo)的損傷的重要機(jī)制，可保護(hù)細(xì)胞免受OS損傷[75-76]。未來治療中，促進(jìn)細(xì)胞自噬和預(yù)防及減慢衰老，是保護(hù)TMC免受OS損傷的重要方式[77-78]。近年來，一些通過促進(jìn)自噬途徑治療和改善不同眼部病理過程的藥物的療效已得到證實(shí)。這些藥物包括雷帕霉素(RAP)、AMPK激活劑、蛋白酶體抑制劑(MG-132)、氯喹和羥氯喹等，雖然這些藥物或許可以有效地保護(hù)細(xì)胞，但這些藥物因?yàn)樽饔脵C(jī)制及參與途徑復(fù)雜，仍可能存在特異性低及產(chǎn)生不良反應(yīng)[79]。此外，近年來發(fā)現(xiàn)，與OS密切相關(guān)的HIC-5基因，對(duì)于NADPH氧化酶表達(dá)和ROS生成至關(guān)重要，生成的ROS又可刺激HIC-5表達(dá)，這一過程在與癌癥相關(guān)的成纖維細(xì)胞中與ECM沉積有關(guān)，并伴有自噬的激活[80-81],p16Ink4a在與年齡相關(guān)的細(xì)胞衰老中起重要作用[68],研究OS的TM衰老細(xì)胞中P16與HIC-5的相關(guān)作用，對(duì)減慢衰老進(jìn)程，保護(hù)細(xì)胞功能有重要作用。另外，TMC來源于眼周間充質(zhì)，由神經(jīng)嵴細(xì)胞和顱旁軸中胚層的細(xì)胞組成，干細(xì)胞可修復(fù)損傷的TMC，清除房水中可阻塞房水流出的物質(zhì)或碎屑，也可以保護(hù)細(xì)胞免受內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激損傷[29，82]，在其他疾病中證明，干細(xì)胞移植可能會(huì)防止OS誘導(dǎo)的炎癥反應(yīng)和纖維化反應(yīng)[83]，并發(fā)性誘導(dǎo)多能干細(xì)胞衍生的TMC(iPSC-TM)移植入前房可以恢復(fù)房水流出，并恢復(fù)老年患者內(nèi)源性TMC的增殖能力[84]，這表明小梁網(wǎng)干細(xì)胞治療可能是重塑TM的一種可行方法，預(yù)計(jì)可能成為青光眼的新型治療手段。

綜上所述，在OS所致的青光眼發(fā)病中，TMC結(jié)構(gòu)功能損傷，造成TM組織對(duì)房水外流的調(diào)節(jié)功能受損、細(xì)胞ECM成分改變、細(xì)胞自噬激活、細(xì)胞衰老過程加劇及誘發(fā)細(xì)胞炎癥。如何發(fā)現(xiàn)新的安全性更高的作用途徑，如何有效及安全地應(yīng)用現(xiàn)有研究發(fā)現(xiàn)的藥物，如何發(fā)現(xiàn)新的治療方式，抑制OS，保護(hù)TMC，以期延緩及/或減少青光眼的發(fā)生發(fā)展，仍有許多研究工作要做。