小梁網(wǎng)處microRNAs在原發(fā)性開角型青光眼發(fā)病機(jī)制中的研究進(jìn)展

賴俊衣 陳君毅

(復(fù)旦大學(xué) 眼耳鼻喉科醫(yī)院 眼科， 上海 200031)

微小核糖核苷酸(microRNA, miRNA)是生物基因組非編碼蛋白的內(nèi)源性單鏈RNA分子，長約22個核苷酸，能與靶mRNA的3’-UTR結(jié)合，多數(shù)miRNAs通過調(diào)控轉(zhuǎn)錄，抑制靶基因表達(dá)，影響細(xì)胞增殖、凋亡及分化，在眼部疾病中起到重要作用[1]。研究發(fā)現(xiàn)，沉默或過表達(dá)miR-29b和miR-27a，將影響人小梁網(wǎng)(trabecular meshwork, TM)細(xì)胞功能，進(jìn)而導(dǎo)致細(xì)胞外基質(zhì)(extracellular matrix, ECM)改變[2-3]。另外，過表達(dá)miR-200c的人TM細(xì)胞，可通過改變細(xì)胞收縮性從而影響房水(aqueous humor, AH)外流[4]。探索原發(fā)性開角型青光眼(primary open-angle glaucoma, POAG)患者TM處miRNAs的表達(dá)變化，將有助于進(jìn)一步闡明青光眼的微觀發(fā)病機(jī)制。國內(nèi)外關(guān)于TM處miRNAs與POAG發(fā)病機(jī)制的相關(guān)性已有較多研究成果，本文就其研究進(jìn)展進(jìn)行綜述。

1 miRNAs與原發(fā)性開角型青光眼

根據(jù)前房角形態(tài)的不同，原發(fā)性青光眼可分為兩類：POAG與原發(fā)性閉角型青光眼。POAG患者眼內(nèi)壓(intraocular pressure, IOP)升高的具體機(jī)制尚不明確，一般認(rèn)為是TM及近小管組織改變，AH外流受阻所致。研究表明TM細(xì)胞凋亡[5]、細(xì)胞骨架變性[6]及ECM堆積[7]等均參與其中。TM處miRNAs可與載體蛋白結(jié)合，以微囊泡或外泌體的形式穩(wěn)定存在于體液中，因此TM處miRNAs的改變可在AH中體現(xiàn)。

多項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn)，POAG患者TM處miRNAs存在差異性表達(dá)。Hubens等[8]對POAG患者AH中的miRNA進(jìn)行基因測序，發(fā)現(xiàn)hsa-miR-30a-3p、hsa-miR-143-3p、hsa-miR-211-5p及hsa-miR-221-3p水平上調(diào)，而hsa-miR-92a-3p、hsa-miR-451a和hsa-miR-486-5p的表達(dá)下調(diào)。Kosior-Jarecka等[9]發(fā)現(xiàn)，POAG患者AH中hsa-miR-1260b呈高表達(dá)，其可能通過抑制靶基因SMAD4和SFRP1的表達(dá)，進(jìn)而阻遏TGFβ/Smad信號通路、激活Wnt信號通路，減少ECM異常沉積，促進(jìn)AH外流。在不同程度視野損傷的POAG患者中也發(fā)現(xiàn)了miRNAs差異性表達(dá)。Liu等[10]發(fā)現(xiàn)，嚴(yán)重視野缺損的POAG患者miR-16-5p、miR-205-5p、miR-206、miR-200a-3p和miR-200b-3p表達(dá)上調(diào)，這可能與硫胺素代謝[11]、嘌呤代謝[12]以及轉(zhuǎn)錄失調(diào)有關(guān)。

2 小梁網(wǎng)與原發(fā)性開角型青光眼

AH引流受阻是POAG患者IOP升高的主要原因。一方面，TM處基質(zhì)金屬蛋白酶(matrix metalloproteinases, MMPs)表達(dá)和TM細(xì)胞的吞噬活動影響ECM產(chǎn)生和降解，這對維持AH流出道的通暢非常重要。MMPs代謝紊亂或TM細(xì)胞數(shù)量、功能異常都將導(dǎo)致ECM代謝過程出現(xiàn)異常。纖維連接蛋白、Ⅰ型和Ⅳ型膠原等在TM處異常沉積，形成更加僵硬的前房角和更“密不透水”的外流網(wǎng)孔，AH外流阻力進(jìn)一步增加、IOP升高，導(dǎo)致POAG的發(fā)生[7]。氧化應(yīng)激是影響TM細(xì)胞的又一重要因素，高氧刺激下TM細(xì)胞發(fā)生內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激，產(chǎn)生的大量活性氧可誘導(dǎo)TM細(xì)胞DNA損傷，導(dǎo)致TM細(xì)胞功能減退甚至死亡，進(jìn)而發(fā)生ECM重構(gòu)，AH外流受阻[13]。另一方面，相關(guān)細(xì)胞因子(如內(nèi)皮素-1等)的異常表達(dá)可導(dǎo)致TM細(xì)胞收縮性改變，過度收縮的TM細(xì)胞致前房角引流面積縮小，AH外流阻力升高，誘導(dǎo)POAG的發(fā)生[14]。

2.1 小梁網(wǎng)處miRNAs表達(dá)與原發(fā)性開角型青光眼

ECM重塑和TM細(xì)胞改變，都伴隨眼前房角局部miRNAs水平變化，TM細(xì)胞或AH中miRNAs改變可通過影響前房角結(jié)構(gòu)及功能，從而改變AH外流阻力[15]。例如，研究發(fā)現(xiàn)miR-29b是參與ECM代謝的關(guān)鍵分子，過表達(dá)miR-29b的TM細(xì)胞可抑制多種ECM成分表達(dá)，包括人富含半胱氨酸型酸性蛋白、α1-Ⅰ型膠原、α2-Ⅰ型膠原、α1-Ⅳ型膠原和人層粘連蛋白γ等，從而減小前房角AH外流阻力[16]。另外，Wang等[17]在氧化應(yīng)激的TM細(xì)胞模型中發(fā)現(xiàn)miR-17-5p表達(dá)下調(diào)，而過表達(dá)miR-17-5p的TM細(xì)胞可通過抑制磷酸酶及張力蛋白同源物基因轉(zhuǎn)錄，抑制TM細(xì)胞凋亡。這說明TM處miRNAs表達(dá)變化參與POAG的發(fā)病過程(見圖1)。

注：ECM：細(xì)胞外基質(zhì)； TM：小梁網(wǎng)

2.2 降低眼內(nèi)壓的miRNAs

2.2.1 miR-21-5p

Tan等[18]用豬眼房角叢細(xì)胞在高氧下構(gòu)建老化細(xì)胞模型，發(fā)現(xiàn)過表達(dá)miR-21-5p可促進(jìn)AH外流。miR-21-5p通過調(diào)控MMP9[19]、內(nèi)皮型一氧化氮合成酶[20]和Rho激酶[21]等分子的活性，進(jìn)而改變TM細(xì)胞間的粘附力、細(xì)胞骨架動力和ECM代謝相關(guān)基因的表達(dá)，有效地減小了AH外流阻力。過表達(dá)miR-21-5p可調(diào)節(jié)靶基因SMAD7和成纖維細(xì)胞生長因子表達(dá)，促進(jìn)AH外流，顯著降低IOP[22]。基于miR-21-5p的降IOP策略可為POAG患者的臨床治療提供新方向。

2.2.2 miR-29b

AH是溝通眼內(nèi)組織與血液循環(huán)的重要介質(zhì)。研究發(fā)現(xiàn)POAG患者血清中miR-29b表達(dá)較健康人群明顯下調(diào)[23]。下調(diào)miR-29b可促進(jìn)ECM異常堆積及纖維化[24]，增加AH外流阻力，導(dǎo)致POAG發(fā)生。Villarreal等[16]研究發(fā)現(xiàn)，在TM細(xì)胞內(nèi)過表達(dá)miR-29b，ECM內(nèi)多種成分的表達(dá)也出現(xiàn)相應(yīng)變化，其中層粘連蛋白和纖維連接蛋白的成分顯著減少。上調(diào)TM細(xì)胞中miR-29b的水平，可激活SMAD3信號通路，減少ECM成分的房角沉積效應(yīng)[25]。另有研究發(fā)現(xiàn)，在氧化應(yīng)激條件下TM細(xì)胞的miR-29b表達(dá)顯著下調(diào)，進(jìn)而引起眼房角處多種ECM成分的堆積，說明miR-29b能抗ECM沉積[26]。

2.2.3 miR-200c

miR-200c可通過調(diào)節(jié)TM細(xì)胞收縮性，為POAG治療提供又一新方向。肌動蛋白系統(tǒng)可調(diào)節(jié)TM細(xì)胞收縮，通過調(diào)整細(xì)胞間隙大小、改變TM細(xì)胞膜滲透性或重塑AH流出通道，從而調(diào)節(jié)IOP。Luna等[4]發(fā)現(xiàn)過表達(dá)miR-200c可抑制多個靶點(diǎn)[27]，如內(nèi)皮素A受體和Rho-A激酶，進(jìn)而調(diào)控TM肌動蛋白系統(tǒng)，抑制TM細(xì)胞及細(xì)胞間收縮力，有助于形成更疏松的TM網(wǎng)孔，促進(jìn)AH外流，顯著降低IOP。過表達(dá)miR-200c-3p可激活PTEN/AKT/mTOR信號通路，抑制半胱胺酸蛋白酶-3和促凋亡蛋白Bax的表達(dá)，促進(jìn)TM細(xì)胞增殖、抑制其凋亡[28]。

2.2.4 其他相關(guān)miRNAs

研究顯示，TM細(xì)胞對機(jī)械力敏感[29]，在循環(huán)性機(jī)械應(yīng)力(cyclic mechanical stress, CMS)作用下，TM細(xì)胞基因表達(dá)和細(xì)胞結(jié)構(gòu)可發(fā)生改變。在CMS的刺激下，TM細(xì)胞內(nèi)miR-24表達(dá)上調(diào)[30]，過表達(dá)miR-24可抑制Furin蛋白和TGFβ1的表達(dá)[31]，阻止ECM處發(fā)生異常沉積。因此，過表達(dá)miR-24可能是治療POAG的有效方法。

miR-27a具有抗氧化作用，在POAG患者治療中可能有效[32]?？寡趸幬锛t景天苷可通過上調(diào)miR-27a的表達(dá)，激活PI3K/AKT和Wnt/β-catenin兩條信號通路，在POAG患者中發(fā)揮保護(hù)TM細(xì)胞免受氧化攻擊的作用[2]。另外，過表達(dá)miR-144-3p可通過抑制纖維連接蛋白-1發(fā)揮抗氧化作用，提高TM細(xì)胞存活率，有效減緩POAG的疾病進(jìn)展[33]。miR-182基因突變可導(dǎo)致IOP升高[34]，而過表達(dá)miR-182可通過抑制TLR4通路，減輕TM細(xì)胞的氧化損傷[35]。并且在POAG患者或老化的TM細(xì)胞模型中均存在miR-182表達(dá)上調(diào)，這提示miR-182可能通過氧化代償機(jī)制有效治療POAG[36]。枸杞多糖是枸杞發(fā)揮抗氧化作用的主要成分之一[37]。研究發(fā)現(xiàn)枸杞多糖通過促進(jìn)TM細(xì)胞miR-4295的表達(dá)，激活PI3K/AKT和ERK信號通路，保護(hù)TM細(xì)胞免受氧化損傷[38]。因此，眼部使用含有枸杞多糖的藥物或miR-4295類似物可能對POAG防治有重要意義。

2.3 升高眼內(nèi)壓的miRNAs

Wang等[39]發(fā)現(xiàn)TM細(xì)胞內(nèi)miR-93的表達(dá)顯著提高，而過表達(dá)miR-93的TM細(xì)胞存活率明顯降低，這說明沉默miR-93可能是治療POAG的新思路。另外，miR-93過表達(dá)可通過抑制靶基因NFE2L2轉(zhuǎn)錄，促進(jìn)TM細(xì)胞凋亡，導(dǎo)致前房角功能失調(diào)，AH外流受阻，IOP升高[40]。

研究發(fā)現(xiàn)POAG患者AH中miR143/145表達(dá)升高，miR143/145可促進(jìn)肌凝蛋白的磷酸化，增強(qiáng)TM細(xì)胞間的收縮力，導(dǎo)致IOP升高[41]。Li等[42]研究發(fā)現(xiàn)，下調(diào)miR-143/145可誘導(dǎo)ECM中的壓力纖維縮短、TM處結(jié)構(gòu)變得更疏松多孔，有利于AH外流，降低IOP。

過表達(dá)miR-204的TM細(xì)胞可抑制絲氨酸蛋白-1、甘露糖-6-磷酸受體及埃茲蛋白的基因表達(dá)[43]，進(jìn)而導(dǎo)致TM細(xì)胞的抗氧化能力下降。研究表明，miR-204還可通過抑制FOXC1、ITGβ1及MEIS2基因的表達(dá)，改變TM細(xì)胞骨架結(jié)構(gòu)及功能，參與POAG發(fā)病過程[44]。

3 小結(jié)

本文通過綜述POAG患者TM處miRNAs的差異性表達(dá)，探討其在POAG發(fā)病過程中的作用，發(fā)現(xiàn)多種miRNAs在POAG患者中存在差異性表達(dá)，基于miRNAs的治療方法可能是未來POAG的有效診療策略。Tamkovich等[45]發(fā)現(xiàn)，miR-16和miR-126聯(lián)合檢測診斷POAG的敏感度和準(zhǔn)確度高達(dá)89%和90%。在利用miRNAs治療POAG方面，已有研究發(fā)現(xiàn)將起神經(jīng)保護(hù)作用的miR-124[46]送入實(shí)驗(yàn)動物眼內(nèi)，可有效控制IOP，且存活的視網(wǎng)膜神經(jīng)節(jié)細(xì)胞數(shù)量顯著增加[47]。對POAG患者進(jìn)行miRNA診斷和治療的研究尚處在萌芽階段，還需進(jìn)一步深入探索POAG相關(guān)miRNAs的作用靶點(diǎn)及分子機(jī)制，以期為其臨床轉(zhuǎn)化應(yīng)用提供更加充分的依據(jù)。