神經(jīng)遞質(zhì)在近視發(fā)病中的作用

王忠清,吳建峰,2

0 引言

兒童單純性近視的發(fā)病是遺傳和環(huán)境因素共同作用的結(jié)果,神經(jīng)遞質(zhì)在近視的發(fā)生發(fā)展中發(fā)揮著重要作用。神經(jīng)遞質(zhì)是在感受器、神經(jīng)元的化學(xué)突觸間傳遞信號(hào)的一類化學(xué)物質(zhì),廣泛分布于神經(jīng)系統(tǒng)、肌肉系統(tǒng)及感官系統(tǒng)中。研究發(fā)現(xiàn),多巴胺、一氧化氮、乙酰膽堿、γ-氨基丁酸、5-羥色胺等多種主要的神經(jīng)遞質(zhì)均參與了近視的發(fā)生發(fā)展過程。本文將詳述這些神經(jīng)遞質(zhì)在眼軸增長和屈光發(fā)育中發(fā)揮的關(guān)鍵作用。

1 多巴胺

多巴胺(dopamine,DA)是一種由視網(wǎng)膜多巴胺能無長突細(xì)胞和內(nèi)核層的內(nèi)網(wǎng)狀細(xì)胞分泌的神經(jīng)遞質(zhì)[1]。已有研究表明,DA與屈光發(fā)育密切相關(guān),其合成和釋放被認(rèn)為是抑制近視發(fā)展的重要因素[2]。早在1989年就有研究發(fā)現(xiàn),雛雞和恒河猴形覺剝奪性近視(form deprivation myopia,FDM)模型視網(wǎng)膜DA的含量降低[3-4];之后在樹鼬、豚鼠近視模型中也有同樣的發(fā)現(xiàn)。同時(shí)有研究發(fā)現(xiàn),通過增加小鼠內(nèi)源性DA的合成和釋放可預(yù)防FDM的形成[5],視網(wǎng)膜特異性多巴胺缺乏的小鼠近視發(fā)病率較高[6]。這些結(jié)果均表明DA在抑制近視的發(fā)生發(fā)展中發(fā)揮了重要作用。

1.1多巴胺與光環(huán)境研究發(fā)現(xiàn)增加戶外活動(dòng)、延長光照時(shí)間可以降低近視的發(fā)病率[7],這可能與DA有關(guān)。DA的分泌有晝夜節(jié)律,受光照影響較大,在白天達(dá)到峰值,而在夜間下降[8]。視網(wǎng)膜中DA的合成和釋放隨著光照時(shí)間的增加而增加,其活性隨著光照強(qiáng)度的增大而增強(qiáng)[9]。有研究發(fā)現(xiàn)在豚鼠[10]、樹鼩[11]實(shí)驗(yàn)性近視的形成過程中,視網(wǎng)膜DA的水平是降低的;而強(qiáng)光可以抑制雛雞[12]和恒河猴[13]實(shí)驗(yàn)性近視的發(fā)展。Nickla 等[14]將雛雞按12h光照/12h黑暗周期飼養(yǎng),并測(cè)定玻璃體中DA代謝物3,4-二羥基苯乙酸(DOPAC)的水平,發(fā)現(xiàn)正常對(duì)照組的DOPAC水平白天達(dá)到峰值,夜間降至最低;實(shí)驗(yàn)組(包括形覺剝奪和透鏡誘導(dǎo)性近視)眼玻璃體DOPAC水平明顯低于對(duì)照組或?qū)?cè)正常眼玻璃體DOPAC水平。

1.2多巴胺受體與近視視網(wǎng)膜內(nèi)存在著兩種多巴胺受體:D1類受體(D1DR)和D2類受體(D2DR),其中D1DR包括D1、D5受體,D2DR包括D2、D3、D4受體。D1DR(D1R和D5R)通過激活腺苷酸環(huán)化酶增加環(huán)磷酸腺苷含量,而D2DR(D2R和D4R)則抑制其合成[15]。DA介導(dǎo)的屈光改變可能與DA受體的激活有關(guān)。有研究報(bào)道[16],強(qiáng)光可激活視網(wǎng)膜神經(jīng)細(xì)胞多巴胺D1R信號(hào)通路,抑制小鼠FDM的發(fā)展,這主要與強(qiáng)光增加了一氧化氮通路中雙極細(xì)胞D1R活性相關(guān)。Jiang等[17]通過對(duì)白化豚鼠進(jìn)展性近視的研究發(fā)現(xiàn),D1R的激活抑制了近視的發(fā)展,而D2R的激活促進(jìn)了近視的發(fā)展。Zhang等[18]在單側(cè)形態(tài)剝奪的豚鼠眼周圍分別注射D1R激動(dòng)劑SKF38393、D2R激動(dòng)劑喹吡羅、D1R拮抗劑SCH23390和D2R拮抗劑舒必利,結(jié)果發(fā)現(xiàn),SKF38393激活的D1R抑制了FDM的進(jìn)展,而D1R拮抗劑SCH23390對(duì)FDM無影響;喹吡羅激活的D2R促進(jìn)了FDM的發(fā)展,D2R拮抗劑舒必利可減緩FDM的進(jìn)展。但是,也有研究結(jié)果與上述研究相反,胡倩倩等[19]發(fā)現(xiàn)在頻閃光誘導(dǎo)性豚鼠近視模型中(flickering light-induced myopia,FLM),DA及D1R的表達(dá)明顯升高,玻璃體腔注射D1R拮抗劑后,FLM豚鼠視網(wǎng)膜的D1R的表達(dá)明顯下調(diào),能夠抑制豚鼠屈光度和眼軸長度的增加。Thomson等[20]發(fā)現(xiàn)非選擇性多巴胺受體激動(dòng)劑如阿樸嗎啡通過激活D2R抑制了FDM和透鏡誘導(dǎo)型近視(lens-induced myopia,LIM)雛雞模型近視的發(fā)展,而D2R拮抗劑螺環(huán)哌啶酮?jiǎng)t消除了阿撲嗎啡對(duì)FDM和LIM雛雞模型近視的抑制作用。

綜上,視網(wǎng)膜DA是屈光不正的重要調(diào)節(jié)劑,增加視網(wǎng)膜DA的含量可以有效抑制近視的發(fā)生發(fā)展。多巴胺受體的激活與近視關(guān)系密切,但是有關(guān)D1DR、D2DR的具體作用仍存在爭議,部分實(shí)驗(yàn)結(jié)果存在分歧,原因可能與實(shí)驗(yàn)動(dòng)物不同和造模方式差異等因素有關(guān)。因此,多巴胺信號(hào)傳導(dǎo)在屈光發(fā)育中的作用是非常復(fù)雜的,仍需進(jìn)一步的研究探討。

2 一氧化氮

一氧化氮(nitric oxide,NO)是一種有效的血管擴(kuò)張劑和血管內(nèi)皮舒張因子,也是中樞和外周神經(jīng)系統(tǒng)中的一種重要神經(jīng)遞質(zhì)[21]。眼內(nèi)的NO主要是在視網(wǎng)膜色素上皮細(xì)胞和脈絡(luò)膜中合成,可以保護(hù)視網(wǎng)膜的神經(jīng)節(jié)細(xì)胞免受炎癥的損傷[22]。NO與DA一樣也介導(dǎo)了視網(wǎng)膜的光適應(yīng)變化,在強(qiáng)光或閃爍光下的合成和釋放會(huì)增加[23]。視網(wǎng)膜細(xì)胞中的NO通過激活桿狀細(xì)胞、錐狀細(xì)胞、雙極細(xì)胞和神經(jīng)節(jié)細(xì)胞中的特定離子導(dǎo)體,發(fā)揮光調(diào)節(jié)作用[24]。一氧化氮合成酶(nitric oxide synthetase,NOS)能催化L-精氨酸合成NO, NOS主要有3種,包括腦型NOS(bNOS)、內(nèi)皮型NOS(eNOS)和誘導(dǎo)型(iNOS),bNOS和eNOS產(chǎn)生的NO主要參與脈絡(luò)膜微循環(huán)的調(diào)控,可以舒張脈絡(luò)膜血管,增加脈絡(luò)膜血流,從而使脈絡(luò)膜厚度增加,但NOS抑制劑并不能抑制FDM中脈絡(luò)膜的增厚[25]。iNOS可被炎癥因子、內(nèi)毒素等病理產(chǎn)物激活,長時(shí)間產(chǎn)生大量的NO,進(jìn)而轉(zhuǎn)化為亞硝酸鹽、自由基以及NO2,引發(fā)眼部的氧化應(yīng)激反應(yīng),導(dǎo)致眼部的各種病變。

在各種組織中,NO的合成和釋放都需要DA的參與[26]。在近視發(fā)病過程中,DA和NO在視網(wǎng)膜-鞏膜通路中的作用有先后順序:DA與視網(wǎng)膜色素上皮細(xì)胞中的DA受體結(jié)合后,釋放信號(hào)分子,從而影響脈絡(luò)膜源性NO的釋放。由此可見,DA作用于NO的上游,在FDM或LIM雛雞模型中,DA對(duì)眼睛生長的調(diào)節(jié)作用要先于NO[27]。Carr等[28]研究發(fā)現(xiàn),阿托品抑制近視需要NO的參與,且呈劑量依賴性,阿托品可能會(huì)增加雛雞FDM視網(wǎng)膜中DA的水平,從而增加NO的合成和釋放,最終抑制FDM的發(fā)生,但當(dāng)阿托品與NOS抑制劑聯(lián)合使用時(shí),不能抑制雛雞FDM的發(fā)展,NOS抑制劑減弱了阿托品的作用。Shi等[29]則在給予FDM、LIM雛雞多巴胺激動(dòng)劑喹吡羅治療后,發(fā)現(xiàn)NO的合成和釋放增加,抑制了近視的發(fā)展。因此,在抑制近視發(fā)生發(fā)展的過程中,NO系統(tǒng)與DA系統(tǒng)具有協(xié)同作用,二者都是介導(dǎo)眼球生長的關(guān)鍵因子。

但是,也有研究發(fā)現(xiàn)[28],在雛雞FDM近視模型的玻璃體內(nèi)注入NOS抑制劑L-精氨酸,可以抑制FDM的形成。張文龍等[30]也發(fā)現(xiàn),NOS抑制劑可以降低FDM豚鼠視網(wǎng)膜iNOS表達(dá)水平,減少NO的過量合成,抑制眼軸增長,從而有效抑制FDM的發(fā)生發(fā)展。這些研究發(fā)現(xiàn)與前述結(jié)論完全相反,原因仍不清楚。

總之,一般研究認(rèn)為NO對(duì)近視的發(fā)展有調(diào)節(jié)作用,多數(shù)研究認(rèn)為其抑制近視作用明顯,但也有研究結(jié)論相反,尚需進(jìn)一步研究以闡明其確切機(jī)制。同時(shí),研究發(fā)現(xiàn)阿托品抑制近視的作用對(duì)NO具有依賴性,這有助于我們深入理解阿托品的作用機(jī)制。

3 乙酰膽堿

乙酰膽堿(acetylcholine,ACh)也是一種重要的神經(jīng)遞質(zhì),參與了神經(jīng)系統(tǒng)的各種生理活動(dòng)。ACh的功能通過多種特異性受體來介導(dǎo)[31],目前已知的乙酰膽堿受體(mAChR)主要有5種不同的亞型(M1～M5),介導(dǎo)了其在中樞和周圍神經(jīng)系統(tǒng)中的大部分作用。截至目前,已在多種動(dòng)物的視網(wǎng)膜中發(fā)現(xiàn)了M1、M2、M3和M4受體,在人鞏膜中也發(fā)現(xiàn)了此類受體;同時(shí)在豚鼠視網(wǎng)膜色素上皮細(xì)胞中檢測(cè)到了乙酰膽堿受體mRNA的表達(dá)[32]。

在哺乳動(dòng)物中,ACh拮抗劑對(duì)FDM的抑制作用主要是通過M1和M4受體信號(hào)通路來實(shí)現(xiàn)的,有研究發(fā)現(xiàn)[33],在FDM樹鼬玻璃體內(nèi)注射MT3(M4受體拮抗劑)和MT7(M1受體拮抗劑)5d,可有效抑制FDM的發(fā)展。同時(shí),MT7對(duì)樹鼩LIM也有顯著的抑制作用。Liu等[32]研究發(fā)現(xiàn)在FDM豚鼠中,M1基因和蛋白質(zhì)表達(dá)明顯增加。但是,Tao等[34]的研究卻發(fā)現(xiàn),在綠色閃爍光誘導(dǎo)的豚鼠近視眼模型中M1受體mRNA的表達(dá)顯著降低。Barathi等[35]研究發(fā)現(xiàn),M2突變小鼠與野生型小鼠以及其他毒蕈受體突變小鼠相比,鞏膜中Ⅰ型膠原蛋白的表達(dá)升高,Ⅴ型膠原蛋白的表達(dá)降低,M2突變可以抑制實(shí)驗(yàn)性近視的發(fā)展,藥物阻斷M2毒蕈堿受體蛋白可延緩小鼠近視的進(jìn)展,因此毒蕈堿M2受體拮抗劑可能對(duì)近視也有一定抑制作用。Lin等[36]比較了mAChR基因在不同程度近視患者中的表達(dá),發(fā)現(xiàn)M2、M3、M4受體基因拷貝數(shù)變異均下降,尤其是M3受體基因拷貝數(shù)變化最顯著,提示M3受體在近視的發(fā)病機(jī)制中也發(fā)揮重要作用。

常用的乙酰膽堿受體拮抗劑主要有阿托品(非選擇性mAChR拮抗劑)、哌侖西平(M1受體選擇性拮抗劑)和他巴辛(M4受體選擇性拮抗劑)等。Barathi等[37]發(fā)現(xiàn),在阿托品治療后mAChR亞型M1、M3和M4在鞏膜中表達(dá)上調(diào),而M2和M5幾乎沒有變化。但是,目前尚沒有足夠的證據(jù)表明阿托品是通過與乙酰膽堿受體結(jié)合產(chǎn)生抑制近視的作用。另有研究認(rèn)為,阿托品主要是通過阻斷2α腎上腺素能受體和ZENK信號(hào)通路抑制雛雞FDM的發(fā)展,而不是通過mAChR作用于M4/cM4受體亞型發(fā)揮作用[38]。哌侖西平作為M1選擇性乙酰膽堿拮抗劑,也曾用于抑制人和實(shí)驗(yàn)動(dòng)物(包括雛雞)的近視,其機(jī)制可能主要是通過調(diào)節(jié)視網(wǎng)膜、鞏膜和脈絡(luò)膜中的M1和M4受體抑制近視的發(fā)展[39]。但是,目前尚不清楚哌侖西平誘導(dǎo)的M1和M4受體增加是抑制了近視發(fā)展,還是近視的結(jié)果。

綜上,乙酰膽堿對(duì)近視的作用主要通過其受體介導(dǎo)的。但是,不同物種和近視造模方式可能通過mAChR的不同亞型發(fā)揮作用的,這可能是導(dǎo)致不同研究結(jié)論差異較大的主要原因。此外,有研究顯示[40],多巴胺能通路、NO信號(hào)通路和膽堿能通路之間相互關(guān)聯(lián),共同調(diào)控近視的發(fā)生發(fā)展。

4 γ-氨基丁酸

γ-氨基丁酸(γ-aminobutyric acid,GABA)是一種抑制性神經(jīng)遞質(zhì),主要存在于中樞神經(jīng)系統(tǒng)中,同時(shí)也在視網(wǎng)膜中發(fā)揮多種作用,可影響多巴胺和乙酰膽堿的功能。在視網(wǎng)膜中,GABA主要存在于內(nèi)核層的內(nèi)叢狀層、無長突細(xì)胞、神經(jīng)纖維層和神經(jīng)節(jié)細(xì)胞,其含量的變化反映了視網(wǎng)膜的功能狀態(tài)。GABA 是由谷氨酸(GLU)轉(zhuǎn)化而成的,GABA和GLU在視覺發(fā)育中起著重要作用, 既可以介導(dǎo)視皮層突觸的可塑性, 又可以介導(dǎo)視網(wǎng)膜神經(jīng)突觸的可塑性。

GABA和GLU及其受體在FDM的形成和發(fā)展中均有不同程度的變化,興奮性和抑制性神經(jīng)遞質(zhì)之間的平衡對(duì)眼球的正常發(fā)育很重要,這種平衡被打破可能導(dǎo)致近視的發(fā)病[41]。GLU與GABA比值(RGG)反映了二者之間的動(dòng)態(tài)變化。Li等[42]研究發(fā)現(xiàn),LIM豚鼠視網(wǎng)膜的RGG增加,與屈光不正和軸向伸長呈正相關(guān)。Stone等[43]研究發(fā)現(xiàn),在玻璃體腔注射GABA受體拮抗劑可抑制FDM導(dǎo)致的眼球擴(kuò)大,GABAA受體拮抗劑可抑制眼球赤道徑上的擴(kuò)大,GABAB受體拮抗劑可抑制眼球的軸長。在FDM中,GABA能通路可能與DA能通路相互作用,主要通過GABAAOr受體和D2受體來介導(dǎo);在玻璃體腔內(nèi)注射GABA受體激動(dòng)劑能夠削弱光照對(duì)近視的保護(hù)作用,多巴胺D2R激動(dòng)劑則能夠恢復(fù)這種保護(hù)作用。這表明在近視的發(fā)生過程中,視網(wǎng)膜GABA系統(tǒng)與DA系統(tǒng)關(guān)系密切,正常視覺對(duì)屈光發(fā)育的保護(hù)作用還受GABA能和DA能通路的調(diào)控[44]。

5 5-羥色胺

5-羥色胺(5-hydroxytryptamine,5-HT)是一種來源于色氨酸的內(nèi)源性單胺類神經(jīng)遞質(zhì)和神經(jīng)調(diào)節(jié)劑,存在于中樞神經(jīng)及周圍神經(jīng)系統(tǒng)中,是神經(jīng)元連接的關(guān)鍵調(diào)節(jié)劑。5-HT也是視網(wǎng)膜中的一種神經(jīng)遞質(zhì),同時(shí)還存在于角膜、晶狀體、虹膜、睫狀體和房水中。5-HT的各種作用主要是通過5-HT受體介導(dǎo)的,受體主要包括5-HT1～5-HT7受體。5-HT受體激動(dòng)劑主要通過調(diào)節(jié)突觸前神經(jīng)遞質(zhì)GABA的釋放對(duì)視網(wǎng)膜神經(jīng)節(jié)細(xì)胞發(fā)揮保護(hù)作用[45]。

George等[46]研究表明LIM雛雞視網(wǎng)膜中5-HT無長突細(xì)胞數(shù)量增加,提示5-HT在LIM的發(fā)展中可能有重要作用;在玻璃體腔內(nèi)注射5-HT受體抑制劑,對(duì)FDM影響較小,但可顯著抑制LIM的發(fā)展。楊積文等[47]研究發(fā)現(xiàn),5-HT在LIM豚鼠眼球中的含量明顯高于正常對(duì)照組,其中在脈絡(luò)膜中含量最高,其次為鞏膜和視網(wǎng)膜,證明5-HT參與了LIM的形成過程。Li等[48]發(fā)現(xiàn)5-HT和5-HT2A受體在FDM和FLM玻璃體及視網(wǎng)膜色素上皮細(xì)胞中的表達(dá)均上調(diào),5-HT可能通過與5- HT2A受體結(jié)合參與了近視的發(fā)展。此外,Alex等[49]還發(fā)現(xiàn)5-HT系統(tǒng)與DA系統(tǒng)相互作用,5-HT水平的升高可能導(dǎo)致視網(wǎng)膜DA水平的下降。

6 胰高血糖素和胰島素

胰高血糖素受體主要在視網(wǎng)膜色素上皮細(xì)胞、脈絡(luò)膜和鞏膜上表達(dá)。在LIM雛雞模型中,胰高血糖素可以通過增加脈絡(luò)膜厚度、降低眼軸伸長來抑制近視的發(fā)展[50]。有研究發(fā)現(xiàn)在FDM雛雞眼玻璃體內(nèi)注射胰高血糖素后,可以防止眼軸伸長,增加脈絡(luò)膜厚度,抑制FDM的發(fā)展,且呈劑量依賴性[51-52]。但是,目前關(guān)于胰高血糖素與近視的研究大多都集中在雛雞的眼睛上,未能擴(kuò)展到哺乳動(dòng)物,這可能與哺乳動(dòng)物視網(wǎng)膜中不存在胰高血糖素?zé)o長突細(xì)胞有關(guān)[53]。

在正常雛雞的眼睛中,胰島素和胰島素樣生長因子受體相似,均存在于雛雞的視網(wǎng)膜和鞏膜中,因此它們能夠產(chǎn)生“交叉作用”,都能夠增加眼軸的長度[54]。劉小琦[55]發(fā)現(xiàn)胰島素相關(guān)因子Ⅱ基因變異,會(huì)增加漢族人群高度近視的風(fēng)險(xiǎn)。臨床研究中,肖志剛等[56]發(fā)現(xiàn)血漿中胰島素的水平與屈光發(fā)育密切相關(guān),其水平高低影響近視的程度,胰島素水平與屈光度呈負(fù)相關(guān)。呂秀芳等[57]研究發(fā)現(xiàn)近視兒童血清中胰島素樣生長因子-1的水平明顯高于健康兒童。白慧玲等[58]研究指出二甲雙胍可以降低胰島素水平,改善胰島素抵抗,對(duì)2型糖尿病大鼠視網(wǎng)膜起到保護(hù)作用。

綜上,胰高血糖素、胰島素與近視的發(fā)生發(fā)展關(guān)系密切,在今后的研究中,我們應(yīng)該進(jìn)一步明確它的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路,以及與其他神經(jīng)遞質(zhì)之間的協(xié)同作用。

7 前列腺素

前列腺素(prostaglandin,PG)是一種肽類神經(jīng)遞質(zhì),在體內(nèi)由花生四烯酸(ARA)合成,是存在于動(dòng)物和人體中的一類不飽和脂肪酸,由局部組織產(chǎn)生和釋放,具有多種生理功能。

在FDM的發(fā)生過程中,視網(wǎng)膜中ARA水平是下降的,前列腺素F2α(PGF2α)也相應(yīng)下降。Yang等[59]在視力正常豚鼠和FDM豚鼠球周分別注射前列腺素F受體(FP)激動(dòng)劑拉坦前列素酸(latanoprost acid, LAT)和F受體拮抗劑AL8810,結(jié)果發(fā)現(xiàn),AL8810抑制了PGF2α- FP受體信號(hào)通路,促進(jìn)了FDM的發(fā)展,而LAT則上調(diào)了該信號(hào)通路,抑制了FDM的發(fā)展,由此說明了前列腺素F受體活性減弱,會(huì)導(dǎo)致視網(wǎng)膜PGF2α水平下降,導(dǎo)致FDM的發(fā)生。El-Nimri等[60]研究發(fā)現(xiàn)外用拉坦前列素可以顯著降低FDM豚鼠眼壓,減緩近視進(jìn)展。該團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn),外用拉坦前列素可以擴(kuò)張脈絡(luò)膜血管,增加脈絡(luò)膜厚度[61],使FDM豚鼠的鞏膜微結(jié)構(gòu)正?；?且沒有對(duì)鞏膜篩板結(jié)構(gòu)產(chǎn)生不良影響[62],從而為拉坦前列素治療近視提供了理論基礎(chǔ)。

8 小結(jié)與展望

綜上所述,神經(jīng)遞質(zhì)在近視的發(fā)生發(fā)展中發(fā)揮著重要作用。多種視網(wǎng)膜神經(jīng)遞質(zhì),或單獨(dú)作用或共同作用,通過多種途徑對(duì)近視產(chǎn)生影響,是近視形成的重要信號(hào)分子。但是,對(duì)于神經(jīng)遞質(zhì)及其受體在各類型近視中的作用,不同研究結(jié)果尚有分歧,甚至是矛盾的,尤其是多巴胺、一氧化氮、乙酰膽堿神經(jīng)遞質(zhì)。因此,在今后的研究中,要圍繞近視形成過程中不同神經(jīng)遞質(zhì)的變化規(guī)律進(jìn)行深入的探索,不僅可以闡釋近視發(fā)病的視網(wǎng)膜神經(jīng)調(diào)控機(jī)制,而且可以進(jìn)一步揭示近視發(fā)生的中樞神經(jīng)調(diào)控機(jī)制,從而為近視的預(yù)防和治療提供理論依據(jù)。