視網膜鉀離子及其通道與近視相關研究進展△

楊 琴 毛玉梅 蘭長駿 廖 萱

近視是全世界范圍內最常見的屈光不正，然而對其潛在的病理生理機制知之甚少。目前認為，屈光發(fā)育主要受視網膜-脈絡膜-鞏膜的局部信號通路調控，而在這個信號級聯(lián)通路上，與視覺信號處理關系最密切的是視網膜。視網膜色素上皮(RPE)細胞和視網膜光感受器細胞是視網膜重要的細胞組成，其附近存在許多類型的離子通道。離子通道具有調節(jié)離子穩(wěn)態(tài)、維持細胞形態(tài)、調控信號轉導等多種功能，在眼部主要參與視網膜將光信號轉變成電信號和化學信號并傳遞到其他部位的過程[1]。鉀離子(K+)通道是數(shù)量和種類最多、分布最廣的離子通道超家族[2]，參與包括細胞增殖、神經元信號轉導、滲透壓調節(jié)和基因表達調控等在內的多種生理活動，在不同類型的組織和細胞中起著至關重要的作用[3]。近年來研究發(fā)現(xiàn)，以電壓依賴型K+通道為代表的視網膜K+通道和K+轉運參與眼部屈光發(fā)育，與近視發(fā)生發(fā)展有一定聯(lián)系，本文將對此進行綜述。

1 K+濃度與近視

在眼的生長發(fā)育過程中，離子流在視網膜與其他眼部組織間相互轉運，以維持眼內離子濃度的動態(tài)平衡。目前已有多項研究表明，眼部屈光狀態(tài)發(fā)生改變的過程中可能伴隨著包括K+水平的變化。Crewther等[4]曾在形覺剝奪性近視小雞模型中發(fā)現(xiàn)K+濃度在近視產生前后有明顯變化，主要表現(xiàn)為視網膜外部以及光感受器外段和RPE細胞中K+濃度的升高，首次證明形覺剝奪性近視的生物學結構改變與視網膜的K+濃度變化有關。此后，Cases等[5]為研究玻璃體在高度近視發(fā)病機制中的作用，通過生物化學和蛋白質組學分析，首次發(fā)現(xiàn)玻璃體腔中離子水平的差異，玻璃體腔液體中的電解質平衡發(fā)生改變，K+濃度顯著降低；表明對膜電位的調節(jié)至關重要的K+可能是參與近視形成的重要因素之一。

視網膜內的電反應需要K+流提供穩(wěn)定的電位，而在RPE細胞中已經發(fā)現(xiàn)了多種K+流，其中內向整流K+流和外向整流K+流是較為活躍的兩種主要類型。內向整流K+流主要受到內向整流型K+通道Kir7.1介導，在RPE細胞中，K+能夠通過Na+/K+-ATP酶和鈉鉀氯共轉運蛋白(NKCC)進入細胞，從而形成較為穩(wěn)定的離子流[6-7]。外向整流性K+流類似可興奮細胞中的M型電流，M型電流由M通道調控，是最早發(fā)現(xiàn)的與人類疾病有關的K+通道之一。M通道由KCNQ5通道介導，在RPE細胞基底膜中參與視網膜向脈絡膜的K+轉運[8]。推測K+可能通過Na+/K+-ATP酶、NKCC以及以M型通道為代表的膜運輸?shù)鞍谆騅+通道等形式參與了近視的形成和發(fā)展。

2 K+膜運輸?shù)鞍着c近視

K+通過K+的膜運輸?shù)鞍缀蚄+的通道跨膜運輸，其中NKCC是協(xié)助細胞膜上的Na+、K+、Cl-通過主動運輸進出細胞的一種蛋白質。Zhang等[9]利用負透鏡誘導的離焦性近視小雞模型，觀察到近視眼RPE組織中NKCC的mRNA和蛋白表達水平降低，結束誘導4 d后又恢復到正常水平，提示由于轉運蛋白的減少導致RPE 離子和液體轉運減少，繼而導致脈絡膜變薄。另一類膜運輸?shù)鞍譔a+-K+離子泵，或稱Na+/K+-ATP酶，具有ATP酶活性，為Na+與K+的跨膜運輸提供能量。Wu等[10]的研究提出了Na+/K+-ATP酶活性和K+穩(wěn)態(tài)參與近視作用機制的可能性。近視豚鼠睫狀肌中的Na+/K+-ATP酶的活性和表達下降、細胞內外Na+和K+失衡，最終可能導致睫狀肌內的K+穩(wěn)態(tài)現(xiàn)象無法繼續(xù)，并發(fā)生能量代謝紊亂和生理功能障礙；推測這些變化可能會引起近視豚鼠在調節(jié)過程中睫狀肌收縮不良，導致調節(jié)不足，從而導致近視的發(fā)生和發(fā)展。

研究表明，給予一定量的多巴胺(DA)刺激能夠引起NKCC和Na+/K+-ATP酶這兩種膜運輸?shù)鞍椎谋磉_顯著上調，從而促進組織中的離子轉運活動[11]。DA在正常生理條件下能對光刺激產生反應，調節(jié)光適應過程中視網膜神經元回路和RPE生理機能的改變；并且可能通過視網膜內的Na+/K+-ATP酶和K+通道等途徑參與視網膜的電生理活動。DA也是近視發(fā)生發(fā)展過程中一種重要的視網膜神經遞質，大量研究表明，DA表現(xiàn)出對近視的保護作用，實驗性近視模型眼的視網膜中DA水平下降，而向玻璃體內注射DA受體激動劑可以抑制實驗性近視的發(fā)展。當屈光狀態(tài)發(fā)生改變而引起視網膜內DA水平變化時，RPE細胞膜上的NKCC和Na+/K+-ATP酶的活性發(fā)生改變，進而導致視網膜內的離子轉運失衡并出現(xiàn)K+濃度變化等現(xiàn)象，但其中的內在聯(lián)系及具體機制尚待進一步闡明[12]。

3 K+通道與近視

RPE位于視網膜與脈絡膜之間并調節(jié)視網膜和脈絡膜之間的離子和液體交換，推測是參與近視相關的脈絡膜厚度變化的機制之一[13]。在RPE細胞中已經發(fā)現(xiàn)了多種K+流，為視網膜內電反應提供穩(wěn)定的電位，主要依賴于K+通道的調節(jié)作用。Crewther等[4]在光學離焦誘導近視小雞的玻璃體內注射非特異性視網膜K+通道抑制劑氯化鋇，發(fā)現(xiàn)其能夠抑制近視的發(fā)展，表明K+通道可能參與了近視的調控。負責視網膜中K+轉運的K+通道主要是電壓門控K+通道與內向整流K+通道，其中M通道和內向整流Kir7.1通道扮演了關鍵角色，通過與Na+/K+-ATP酶的共同作用或依賴于其他調控途徑來發(fā)揮作用[14-15]。

M通道主要由K+通道KCNQ家族的亞基組成，通過參與K+從視網膜向脈絡膜的主動轉運，從而在視網膜下間隙中的K+穩(wěn)態(tài)中起著重要作用。M通道是最早被發(fā)現(xiàn)的受神經遞質調節(jié)的K+通道，其活性在受到毒蕈堿乙酰膽堿受體的刺激后被抑制[16]。目前已有大量研究表明，乙酰膽堿受體與實驗性近視的形成密切相關，包括阿托品和哌侖西平等在內的多種受體拮抗劑能夠通過影響鞏膜重塑和眼軸延長的作用來控制近視的發(fā)展。因此，K+通道參與近視發(fā)展的途徑可能與乙酰膽堿受體調控近視的機制有關。Hsiao等[17]的研究證實，經下一代基因測序與生信分析檢測到低濃度的阿托品處理后的鞏膜成纖維細胞中KCNJ5表達上調，表明電壓門控K+通道亞家族KCNJ5基因參與了近視鞏膜重塑這一生理過程，其作用可能與阿托品調控近視的機制相關。

近年來，不同種族的全基因組關聯(lián)分析研究均揭示了K+通道與近視相關。其中，編碼電壓門控K+通道Kv7.5的KCNQ5基因是重復率較高的K+通道基因。研究發(fā)現(xiàn)，KCNQ5基因在靈長類RPE和神經視網膜中表達，主要位于RPE基膜附近和桿狀感光細胞內段[15]。目前已有多項研究表明，KCNQ5是一種與離子轉運相關的近視易感基因，我們團隊前期的研究也發(fā)現(xiàn)，KCNQ5基因多態(tài)位點與中國漢族人群高度近視易感性之間存在聯(lián)系[18]，推測KCNQ5基因通過調控視網膜視覺信號處理和離子轉運等影響眼球的生長發(fā)育，可能參與了K+通道介導的眼睛生長發(fā)育或近視的發(fā)病機制。此外，KCNQ5基因能夠調控RPE基底膜M通道，而Kv7.5通道是構成M通道的重要通道之一，這類通道產生的K+電流能夠被特異性的KCNQ通道阻滯劑和KCNQ通道開放劑抑制和激活，這種反應機制與M型K+電流類似[8]。推測近視過程中伴隨的KCNQ5基因表達異?；騅CNQ5通道受到干擾，可能導致RPE細胞中M型K+電流發(fā)生變化。

此外，Wong等[19]對10項研究中30～80歲的歐洲和亞洲血統(tǒng)的受試者進行病例對照研究的薈萃分析發(fā)現(xiàn)，KCNMA1基因與高度近視伴黃斑變性患者顯著相關，編碼鈣激活性K+通道α亞家族成員的KCNMA1基因可能與近視發(fā)生時的病理改變有關。KCNMA1基因參與離子通道活動、調控平滑肌和神經元發(fā)育，主要在神經視網膜、鞏膜、脈絡膜、RPE和視神經中表達。此前已有兩個全基因組薈萃分析鑒定出KCNMA1可能為近視易感基因，主要分布于視網膜到鞏膜信號級聯(lián)通路[20-21]。而在Yoshikawa等[22]基于日本人群的全基因組薈萃分析結果中，沒有發(fā)現(xiàn)統(tǒng)計學差異。這些全基因組關聯(lián)研究除了鑒定出諸多與近視眼和屈光不正關聯(lián)的遺傳易感位點和區(qū)域外，也提示了各類K+通道參與近視的發(fā)生發(fā)展的可能性，具體的調控機制仍需進一步研究。

4 小結

在近視的形成和進展過程中，離子通道是一種重要的功能途徑，視網膜K+濃度和轉運的變化、K+通道對視覺信號的調控，以及視網膜K+通道相關基因的差異表達等，提示視網膜K+通道可能在近視不同階段的信號通路中發(fā)揮著重要作用。隨著視網膜K+通道與近視相關研究的深入，有望為揭示近視發(fā)生發(fā)展的具體作用機制提供更多的參考資料。