OPTN突變致RGCs自噬異常引起POAG的研究進展

鄧婭青， 江海波

(中南大學湘雅醫(yī)院眼科中心，湖南省長沙市 410008)

青光眼是臨床常見的不可逆性致盲性眼病，是導致雙眼失明的主要原因之一，其特征是視網膜神經節(jié)細胞(retinal ganglion cells，RGCs)退行性變和視神經損傷。原發(fā)性開角型青光眼(primary open angle glaucoma，POAG)為其主要類型，POAG的主要危險因素包括高眼壓、高齡、女性以及家族遺傳史等[1-2]。根據眼內壓，POAG可分為高眼壓型青光眼(眼壓>21 mmHg)和正常眼壓型青光眼(normal tension glaucoma，NTG)(眼壓≤21 mmHg)，NTG占POAG的比例高達1/3[3]。POAG具有遺傳異質性，與OPTN基因突變聯(lián)系密切[4]。

1 OPTN突變與POAG

2002年，Rezaie等[5]學者首次證明OPTN突變與成年發(fā)病型POAG相關，且可見于16.7%的遺傳性NTG患者中。隨后研究者發(fā)現在NTG的致病因素中，OPTN突變可占1.5%[6]。OPTN基因突變類型包括同義突變和錯義突變，發(fā)生錯義突變時Optineurin原有的正常結構和功能將受到影響。目前發(fā)現與POAG相關的錯義突變有H26D、E50K、M98K、E103D、691_692insAG(OPTN第691和第692位堿基中間插入了AG兩個堿基)、T202R、A336G、A377T、H486R、R545Q等(表1)[3,7-9]。E50K、M98K、691_692insAG、R545Q是最先從54個POAG家族中檢測到的OPTN突變，這些家族中大部分人眼壓正常[3]，其中E50K與NTG的相關性最強，存在于<2%的NTG和<1%的POAG患者中[6]。E50K突變和M98K突變會導致RGCs自噬功能異常。E50K突變最早在高加索和西班牙人群中發(fā)現，患者在眼壓較低時即出現早發(fā)性嚴重視神經損傷，與無E50K突變者相比，E50K突變者眼壓更低、杯盤比更大、視野損失更嚴重[10]。M98K突變與其他突變類型不同的是，它引起的青光眼具有種族特異性[11]，僅與亞洲人群青光眼相關，而與高加索人群青光眼不相關。M98K突變不會直接導致NTG，但它可能會增加某些人群患青光眼的風險[10]。

表1 與POAG相關的OPTN突變及Optineurin變化

2 OPTN編碼Optineurin

人類OPTN基因(OMIM-602432)位于10號染色體短臂1區(qū)3帶(10p13)，跨越大約37 kb的基因組區(qū)域，由3個非編碼外顯子和13個編碼外顯子組成[7]，其編碼的蛋白質Optineurin由577個氨基酸組成，相對分子質量為74 kDa[9]。OPTN突變會導致Optineurin功能異常，與多種蛋白的相互作用發(fā)生改變，進而引發(fā)一系列疾病，其中POAG和肌萎縮性脊髓側索硬化癥最為常見[8]。OPTN突變導致的其他疾病還有阿爾茨海默病、帕金森病和佩吉特氏骨病[12]。

2.1 Optineurin的結構

Optineurin是一種不具有任何酶活性的螺旋蛋白。它包含一個泛素結合結構域(ubiquitin-binding domain，UBD)、一個鋅指結構域(Zinc finger，ZF)、至少一個亮氨酸拉鏈(leucine zipper，LZ)、一個微管相關蛋白1輕鏈3結合結構域(LC3-interaction region，LIR)、多個卷曲螺旋狀結構域(coiled coil domains)[9]，見圖1。其N端與TBK1、RAB8、MYPT1、LC3、mGluR1等蛋白相互作用，C端與Htt、RIP1、Myosin VI、CylD等蛋白相互作用[13]。

Optineurin在人體大腦、肝臟、心臟、視網膜、眼球前房的小梁網、睫狀體的非色素纖毛上皮中都有表達，在RGCs中表達水平較高[10]。在亞細胞水平，Optineurin主要位于細胞質、核周區(qū)域、高爾基體和跨高爾基網絡區(qū)域[10]。內源性Optineurin是一種壽命較短的蛋白質，半衰期約為8 h，在正常的體內平衡狀態(tài)下，內源性Optineurin主要通過泛素蛋白酶體系統(tǒng)降解[7]。

2.2 Optineurin的功能

Optineurin通過與多種蛋白質如Rab8、Myosin VI、Huntigtin、TBC1D17、TFRC等相互作用，具有參與自噬、囊泡運輸、調節(jié)細胞死亡、有絲分裂、細胞保護、抗病毒等功能[9]。自噬是細胞內一種參與維持細胞內環(huán)境穩(wěn)態(tài)的程序性分解代謝過程，廣泛存在于各種真核細胞中，和泛素蛋白酶體系統(tǒng)共同成為細胞內兩種主要的蛋白質降解途徑[14]。自噬可調節(jié)凋亡、炎癥和適應性免疫，很多情況下在細胞中起保護作用，但自噬的過度激活對細胞有害，可能導致細胞死亡[15-16]。自噬功能異常與一些神經退行性疾病的發(fā)生、發(fā)展有關，如阿爾茨海默病和青光眼[17]。

Optineurin作為一種選擇性自噬受體，在選擇和招募需要被降解的蛋白質和細胞器中起著關鍵作用[18]。它通過UBD結構域與泛素化的蛋白質或細胞器結合，通過LIR結構域招募LC3，形成自噬小體包裹需要被降解的蛋白質或細胞器(圖2)[19]。Optineurin與LC3的相互作用是通過TBK1來調控的，TBK1是一種絲氨酸激酶，使Optineurin第177位的絲氨酸(位于LIR結構域)磷酸化，從而增強Optineurin與LC3的相互作用[4]。

圖1 Optineurin結構以及其與POAG相關的突變類型示意圖

圖2 Optineurin參與自噬過程示意圖

3 RGCs自噬與POAG

RGCs是位于視網膜最終段的神經細胞，其軸突為視神經纖維，分布于視網膜表面，匯聚于視乳頭，穿出篩板后形成視神經。RGCs的進行性死亡是POAG最重要的病理學表現，但其具體死亡機制目前仍不明確[20]。POAG中RGCs進行性死亡的可能機制是凋亡，但近年來研究發(fā)現自噬也參與這個過程[21]。研究發(fā)現，自噬可介導慢性高眼壓引起的RGCs死亡，從而參與POAG的發(fā)病機制[22-23]。RGCs自噬可由缺血、缺氧、興奮性氨基酸增多等應激狀態(tài)激活，正常情況下對RGCs起保護作用，但當應激達到一定閾值時凋亡被激活，RGCs發(fā)生死亡[24]。除RGCs自噬之外，小梁網細胞自噬、神經膠質細胞自噬等也參與POAG的發(fā)病機制[25]。

4 不同OPTN突變類型致RGCs自噬異常

4.1 E50K突變

2014年Chalasani等[26]發(fā)現，表達E50K突變蛋白的RGC-5中自噬小體數量增多而自噬溶酶體數量減少，認為E50K突變蛋白可能使RGC-5自噬過程受阻而發(fā)生死亡，且自噬受阻可能發(fā)生在自噬小體形成之后。用雷帕霉素(自噬誘導劑)處理RGC-5可顯著抑制E50K突變蛋白誘導的RGC-5死亡。E50K突變致RGCs自噬功能受阻與其和TBK1、Rab8、TFRC等在自噬過程中起重要作用的蛋白相互作用異常有關[8]。Ying等[27]得出E50K突變蛋白可以誘導大鼠RGCs自噬增強。同時VanderWall等[28]用胚胎干細胞系模型證明E50K突變的RGCs自噬過程受阻。

4.2 M98K突變

M98K突變致青光眼的主要機制為增強細胞內自噬，導致TFRC降解過多以及RGCs凋亡過度[11]。Sirohi等[11]在RGC-5中表達M98K突變蛋白，發(fā)現與沒有表達M98K突變蛋白的RGC-5相比，前者誘導更多的自噬小體形成，這與M98K突變蛋白S177(第177位絲氨酸)磷酸化增強有關，S177磷酸化增強可使M98K突變蛋白與LC3相互作用增強，促進自噬小體的形成。M98K突變蛋白S177磷酸化增強是由TBK1調節(jié)的，M98K突變蛋白表達后激活TBK1，兩者相互作用。在RGC-5中過表達M98K突變會導致自噬體和自溶酶體數量增加，自噬增強，使用自噬抑制劑阻斷TFRC降解、過表達TFRC或者在細胞培基中加入鐵離子，都可減少M98K突變誘導的細胞死亡[13]。M98K突變蛋白誘導的自噬增強也可能依賴于Rab12 GTP酶[12]。M98K突變蛋白過度激活自噬也可能與其和泛素、Rab12間的相互作用出現異常有關[13]。

5 總結與展望

自噬作為一種潛在的治療靶點，已經在很多領域引起關注，尤其在神經退行性疾病相關領域[29]。E50K和M98K突變致RGCs自噬功能異常引起RGCs死亡在POAG的發(fā)病機制中起重要作用，因此調節(jié)自噬功能相關藥物可能具有預防和治療POAG相關RGCs死亡的潛力[8]。TBK1蛋白激酶抑制劑、TBC1D17、雷帕霉素等已被證明具有調節(jié)自噬的功能，可能會減少自噬功能異常導致的RGCs死亡[8]，它們能否成為一種新型的抗青光眼藥物，尤其在治療正常眼壓型青光眼方面的價值，還值得進一步研究。