小梁網細胞氧化應激在青光眼發病中的研究進展

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。眼壓與房水循環密切相關，房水循環的流出通道主要包括小梁網(trabecular meshwork，TM)與Schlemm管，兩者結構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%的房水流出阻力發生在鄰管組織[1]。氧化應激(oxidative stress，OS)是細胞氧化與抗氧化作用的失衡，產生于細胞損傷等原因誘發的細胞防御機制啟動、線粒體功能障礙、抗氧化系統受損，主要表現為產生過量的抗氧化成分活性氧(reactive oxide species，ROS)，線粒體是ROS產生的主要場所[2-4]。適量的ROS可保護細胞免受OS損害，過量產生的ROS在細胞內積累導致了DNA、酶及結構蛋白和膜脂質等一系列細胞器的氧化損傷，影響細胞功能[5-7]。根據發生部位，OS常分為線粒體氧化應激與內質網應激，二者息息相關，內質網應激發生于線粒體氧化應激之后，可加劇線粒體氧化應激[8-10]。

青光眼患者的OS水平較高，提示青光眼的發病與OS有關[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鍵，其篩狀結構在房水引流、前房液體調節和維持眼壓穩定方面起至關重要的作用，是前房組織中對OS最敏感的結構，OS導致青光眼發病的原因或許與小梁網細胞(trabecular meshwork cells，TMC)病理性損傷密切相關[16]。OS對TMC功能的影響體現在多個方面：TM組織對房水的調節功能障礙、TM細胞外基質發生變化、TMC內發生自噬和衰老等，這一系列變化最終導致IOP升高。因此，研究OS導致的TM損傷及其與TMC病理變化之間的關系，有望成為青光眼新的治療靶點及方向。

1 OS與TM調節功能異常

TM對房水的調節功能需要TMC的維持和調節，機體OS環境產生的代謝產物可以損傷TMC的結構功能，這導致TM組織不再有效地調節房水流出，最終導致病理性眼壓升高[17]。

機體OS導致神經興奮性相關物質的異常可影響TM的調節功能。已有研究發現，NO通過收縮TMC來調節房水流出，其分泌異常可引發房水循環異常[5,11]，OS可影響NO與TMC的反應，導致TM功能障礙。在原發性開角型青光眼(primary open angle glaucoma，POAG)患者中，OS增加的陰離子超氧化物等反應性基團與NO反應可直接損傷TM內皮細胞[10，18]。另外，De Souza 的一項研究顯示，OS時TMC中的NO內源性受體被氧化，導致TM調節功能障礙[7]。在前房中，OS時機體釋放大量的組胺，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，腎上腺應激時可分泌大量糖皮質激素，過量產生的糖皮質激素與TM上的相應受體反應，影響房水流出[20]。

2 OS與TM細胞外基質退行性變

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

ECM組成部分的改變與線粒體氧化應激及內質網應激有關[24-25]。Shen等[26]的研究發現，OS上調與纖維化有關的lncRNAs表達，最終激活人TMC中的ECM基因，增加了ECM的產生。Rao等與Suri等發現，與細胞纖維化有關的轉化生長因子-β2(transformed growth factor-β2，TGF-β2)不僅可加劇TMC氧化應激，還使TM中ECM重塑，而青光眼相關基因LTBP2可能參與了重塑的過程[27-29]。研究發現，ECM中纖連蛋白沉積或在細胞內過表達纖連蛋白[24]，可能與青光眼致病基因--Myocilin基因突變有關，該基因突變使蛋白質異常折疊并積累在TMC內部，并誘發內質網(ER)應激，最終影響TMC的正常功能和/或存活，導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，使細胞內組分再循環、合成和降解，從而維持內環境的穩定。當細胞發生OS時，OS的線粒體會進一步激活內質網應激，從而使細胞中ROS大量增加[14,22,31-33]，這些過量產生的ROS導致了線粒體損傷，并發生自噬功能異常[34]，細胞自噬功能異常則進一步導致了線粒體功能障礙、細胞功能障礙甚至死亡[35]，最終誘發青光眼的發生。在大多數細胞中，自噬活動的異常與P53上調，線粒體轉運和E3泛素連接酶的激活受抑制有關，導致受損的線粒體無法清除，最終導致細胞功能障礙[36]。此外，細胞發生過量自噬時，自噬相關LC3及Beclin-1和Atg5的蛋白水平大量上調，p62的水平大量下降，促進了自噬細胞的死亡[34,37-38]。其中，LC3與溶酶體相關膜蛋白陽性細胞器上的自噬受體相互作用，進一步導致TMC功能障礙[39]。此外，纖維骨架蛋白的變化可能參與了黏附、內吞和自噬的調節[31-32，40-42]。在Nettesheim等[43]的研究中表明在應激的TMC及其纖維化中自噬和TGf-β信號通路存在相互影響。自噬相關基因突變與OS誘發的青光眼發病有關。Rezaie等[44]和Formstone等研究發現，細胞中Optineurin(OPTN)基因的突變是自噬相關突變，可指導泛素化蛋白向自噬體的運輸，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，可導致TMC損傷及青光眼發病。細胞衰老(cell ageing)與過度的OS關系密切，OS可能導致TMC過早衰老：(1)衰老下調了核編碼的氧化磷酸化基因表達，使線粒體功能障礙和ROS積累；(2)高水平的ROS導致線粒體DNA和蛋白質氧化，加劇細胞損傷，誘發細胞衰老[32]。在TMC中，增加的OS會激活衰老標記物，引起小梁內皮細胞功能障礙。

OS相關蛋白酶及因子的變化與細胞衰老相互影響[36,49-50]。OS下調了重組人氧化還原蛋白過氧化物酶6(peroxiredoxin6，Prdx6)水平促使細胞衰老，而衰老的TMC中低表達的Prdx6進一步增強了TMC對氧化損傷的敏感性[51-52]。OS的TMC可能伴有卷曲相關蛋白1(secreted frizzled-related protein，SFRP1)的高表達，誘導了細胞的衰老和纖維化，而細胞衰老和誘發的SFRP1表達又可誘導鄰近細胞進一步衰老和纖維化，增強和擴散衰老表型，并可能最終導致高眼壓和青光眼發生[53]。一些miRNA異常表達可能導致青光眼房水流出途徑的功能異常[54-56]。miR-183在應激誘導的衰老人小梁網(HTM)細胞中表達上調，可能影響與HTM細胞中細胞周期和DNA修復相關的多個基因的表達，通過抑制細胞周期進程而加快細胞衰老[57]。

5 OS與TMC炎癥

之前的研究結果揭示了OS誘導的病理變化包括細胞死亡、細胞內ROS的產生、促炎因子的產生等，與青光眼的發生密切相關[58]。ROS可通過細胞內信號級聯激活促炎基因的表達[59]，誘導TMC炎癥，并最終導致青光眼的發生。

青光眼TM的炎癥反應可能是由OS引發的。與正常TMC相比，在人青光眼TMC中，OS保護性Nrf2信號通路下調[60]，而氧化還原反應因子NF-κB和絲裂原活化蛋白激酶(MAPKs)被上調，導致炎癥因子轉錄，這可能導致TM的收縮功能障礙[61]。此外研究證明，當原代培養的TMC暴露于慢性OS時，持續激活的NF-κB通路會產生炎癥標志物，包括IL-1α、IL-6、IL-8、ELAM-1[58,62]，這些炎癥應激標志物與青光眼發病相關[63]。

6總結與展望

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

目前對OS造成的一系列損傷主要通過抗氧化治療為主，一般措施包括應用抗氧化劑，如補充大麻二酚等酚類物質[69-71]，適量的運動，合適的飲食和制定個性化的生活方式等途徑。可導致神經興奮的物質在OS時分泌增多會造成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、血流量增強劑、鈣/鈉通道阻滯劑、血管強張劑等對青光眼進行治療[72-74]。已知自噬有助于維持細胞穩態，是參與生物體適應急性應激條件并修復應激誘導的損傷的重要機制，可保護細胞免受OS損傷[75-76]。未來治療中，促進細胞自噬和預防及減慢衰老，是保護TMC免受OS損傷的重要方式[77-78]。近年來，一些通過促進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。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細胞，但這些藥物因為作用機制及參與途徑復雜，仍可能存在特異性低及產生不良反應[79]。此外，近年來發現，與OS密切相關的HIC-5基因，對于NADPH氧化酶表達和ROS生成至關重要，生成的ROS又可刺激HIC-5表達，這一過程在與癌癥相關的成纖維細胞中與ECM沉積有關，并伴有自噬的激活[80-81],p16Ink4a在與年齡相關的細胞衰老中起重要作用[68],研究OS的TM衰老細胞中P16與HIC-5的相關作用，對減慢衰老進程，保護細胞功能有重要作用。另外，TMC來源于眼周間充質，由神經嵴細胞和顱旁軸中胚層的細胞組成，干細胞可修復損傷的TMC，清除房水中可阻塞房水流出的物質或碎屑，也可以保護細胞免受內質網應激損傷[29，82]，在其他疾病中證明，干細胞移植可能會防止OS誘導的炎癥反應和纖維化反應[83]，并發性誘導多能干細胞衍生的TMC(iPSC-TM)移植入前房可以恢復房水流出，并恢復老年患者內源性TMC的增殖能力[84]，這表明小梁網干細胞治療可能是重塑TM的一種可行方法，預計可能成為青光眼的新型治療手段。

綜上所述，在OS所致的青光眼發病中，TMC結構功能損傷，造成TM組織對房水外流的調節功能受損、細胞ECM成分改變、細胞自噬激活、細胞衰老過程加劇及誘發細胞炎癥。如何發現新的安全性更高的作用途徑，如何有效及安全地應用現有研究發現的藥物，如何發現新的治療方式，抑制OS，保護TMC，以期延緩及/或減少青光眼的發生發展，仍有許多研究工作要做。