溶血磷脂酸在眼部疾病作用中的研究進展

宋釗曦 綜述 譚薇 審校

遵義醫科大學第三附屬醫院眼科，貴州 遵義 563000

溶血磷脂酸(lysophosphatidic acid，LPA)屬于甘油基溶血磷脂家族，是磷脂胞外活性信號分子，參與細胞信號傳導、增殖、炎癥反應、細胞保護和促進傷口愈合等多種細胞活動[1-2]，在眼部細胞的新陳代謝和生理過程中起著重要的作用。無論是眼前節的角膜傷口愈合/眼內壓升高誘發青光眼及晶狀體的渾濁，還是眼后節的視網膜血管性疾病，LPA在眼部疾病的發生發展過程中均扮演著重要的作用。正常LPA 濃度(參考范圍為0.14～1.64 μmol/L[3])對維持正常組織結構、保護視力受損和遏制視覺下降有積極的作用。在許多情況下，LPA 濃度在細胞中比例的改變，以及LPA 受體在損傷或炎癥部位的活性增加，可能對疾病的發生發展有著決定性的作用[4]。

1 LPA

LPA是一種具有生物活性的天然甘油磷脂，化學結構包含一個磷酸頭基、中心甘油主鏈和脂肪酸鏈[2]，特征是在SN-3 位增加了磷酸基甘油骨架，在SN-1或SN-2 位增加了羥基和脂肪酸鏈。脂肪酸鏈的長度差異和脂肪酸不飽和度決定了LPA受體類型的差異[2，5]。LPA 由兩種主要途徑產生[2，6]：(1)自體趨化蛋白(autotaxin，ATX)對溶血磷脂酰膽堿(lysophosphatidylcholine，LPC)、溶血磷脂酰絲氨酸和溶血磷脂酰乙醇胺水解，產生體液循環中的大部分LPA；ATX 能將LPC 轉化為具有生物活性的LPA和膽堿。(2)甘油-3-磷酸酰基轉移酶、磷脂酶和甘油酰基激酶負責細胞內LPA的產生。LPA通過激活細胞信號調控許多細胞功能，特異性地通過LPA 受體(LPAR1～LPAR6)[4，7]與G 蛋白偶聯(G protein-coupled recrptor，GPCR)結合，GPCR選擇性激活Gα12/13、Gαq/11、Gαs和Gαi/o亞基后參與平滑肌收縮、血小板聚集、Ca2+移動、神經遞質釋放、細胞增殖和轉化、細胞骨架形成與重塑、血管生成等生理過程。

2 LPA與角膜傷口愈合

角膜的特殊性在于它是不含血管的透明組織，獨立的微循環機制是維持角膜透明最重要的機制之一[8]。早期的動物實驗表明磷脂生長因子(phospholipid growth factor，PLGF)的家族成員參與角膜傷口的愈合[9]，LPA作為PLGF的成員對角膜傷口愈合有著重要意義。角膜中的LPA通過劑量依賴的方式刺激角膜上皮細胞、基質細胞和內皮細胞增殖[10]。RT-PCR 定量檢測兔角膜受體的mRNA 水平，與正常對照組比較，發現角膜損傷后PLGF 和LPA 濃度和活性升高，損傷的角膜細胞中PLGF 轉錄數明顯減少，而上皮細胞的轉錄數增加。在愈合后的兔角膜內皮細胞中發現LPA 誘導的Ca2+瞬時電位明顯減少，并觀察到LPA 增加了兔角膜內皮細胞的密度，表明損傷的角膜中Ca2+瞬時電位增強，可能促進炎癥好轉并改善傷口愈合[11]。藥物實驗證實LPA 增加單層角膜上皮細胞和內皮細胞跨細胞耐藥性，阻止跨細胞通透性增加，增加了上皮細胞和內皮細胞中的肌動蛋白應激纖維的形成[11-13]。這表明LPA促進受損角膜的細胞再生，參與角膜傷口的愈合，維持正常角膜的完整性和透明性。進一步的實驗發現角膜基質細胞具有由LPA激活Cl電流的特性，該電流也可被環狀磷脂酸(phosphatidic acid，PA)和鞘氨醇磷酸膽堿(sphingosine phosphocholine，SPC)激活，而在未受傷的角膜細胞中未發現CL-被激活的證據[14-15]。角膜創傷后PLGF 和LPA 活性增強及濃度升高，正反饋刺激角膜細胞增殖，微循環中發現Cl-和Ca2+離子活動增強，這可能是刺激Na+-K+-ATP轉運效率提高后維持角膜細胞滲透壓、促進角膜水腫消退和傷口愈合的重要途徑。然而目前LPA促進角膜傷口愈合的機制及通路仍不完全清楚，未來的研究還需進一步探索。

3 LPA與青光眼

青光眼是一組以特征性視神經萎縮改變和視野缺損為共同特征的疾病，病理生理學涉及小梁網(human trabecular mesh-work，HTM)、施勒姆管(Schlemm，SC)和視乳頭的細胞外基質(extracellular matrix，ECM)重構失調[16]。這些區域的纖維化分別導致眼內壓(intraocular pressure，IOP)升高、視網膜神經節細胞(retinal ganglion cell，RGC)軸突不可逆損害和視網膜神經纖維層進行性變薄。病理性眼壓升高是青光眼主要的危險因素。一項對房水(aqueous humour，AH)中LPA濃度比例的臨床回顧性研究顯示，房水中ATX和LPA的濃度與IOP升高呈正比例關系[17-18]。在房水流通途徑中，HTM 和SC 內皮細胞對房水的通透性是致使IOP 升高的最大的組織結構。在兔眼動物實驗中，經LPA 處理0.5～2 h 和24 h 后，使用RT-PCR 及免疫熒光分析LPA 的表達水平，同時測量HTM 和SC 的滲透性，發現經LPA處理后的兔眼中，HTM和SC滲透性均降低，IOP升高[19]，同時發現LPA參與HTM、SC和鞏膜篩板(lamina cribrosa，LC)中細胞外基質(extracellular matrix，ECM)的形成過程，誘導組織纖維化[20-22]。這一結果顯示LPA 對AH 引流具有一定的調節作用，同時LPA 通過改變ECM 纖維結構重塑及組織硬度來增加對房水流出的抵抗力，導致IOP 升高。長期高眼壓環境可壓縮、拉伸和重塑后破壞LC 結構，致使LC 繼發性變薄并導致RGC 數量減少和軸突變性，神經纖維進行性變薄，形成不可逆視野損害[23]。 LPA 通過降低HTM 和SC 滲透性延緩甚至阻止AH 流通致使IOP升高可能是延緩青光眼進展的潛在治療方式，但暫無相關藥理學研究和文獻報道，還需要進一步的研究探索。

4 LPA與白內障

晶狀體的結構特征是外由基底膜完全包裹，內為單層晶狀體上皮細胞(lens epithelial cell，LECs)和晶狀體纖維。晶狀體纖維細胞是晶狀體的主體部分，然而成熟的晶狀體纖維細胞沒有細胞器或細胞核，因此LEC 是房水和晶狀體纖維細胞之間的天然屏障，是晶狀體中代謝最活躍的部分。LEC 內游離鈣濃度([Ca2+]i)的改變引起的晶狀體透明度下降是目前研究白內障形成原因的主要方向之一[24-25]。臨床上在白內障手術后對患者LEC中的總鈣水平進行量化，與正常無白內障對照組的LEC比較顯示，白內障患者的總鈣水平明顯高于對照組[24]。血漿中的LPA可以使Ca2+對培養的平滑肌細胞、肺上皮細胞和LEC的機械應力反應更加敏感，機械刺激引起細胞內[Ca2+]i 以波的形式從被刺激細胞延伸到相鄰細胞，從而破壞細胞間的穩態環境。細胞內[Ca2+]i升高是機械轉導起始階段的重要信號，是細胞內穩態維持的關鍵因素之一[26]。通過跟蹤LEC 內[Ca2+]i 的動態變化，發現在較嚴重的白內障患者中，Ca2+在LEC 中的傳播速度比在較輕的白內障患者中更快[24]。體外培養牛LEC 并通過免疫熒光染色檢測LPA 是否促進Ca2+的內流，結果觀察到多處區域內[Ca2+]i 局部升高并匯聚形成鈣斑，證明LPA 促進LEC內Ca2+內流，[Ca2+]i增加，而單獨添加LPA和在沒有LPA 的情況下都不會影響[Ca2+]i[21，27-18]。機械刺激Ca2+信號傳導后進行橫向對比，發現Ca2+在LEC 中的傳播速度取決于白內障的階段，而不是白內障的類型，說明越嚴重的白內障對晶狀體的穩態環境破壞越嚴重。表明LPA 通過LEC 增加[Ca2+]i 誘導白內障的發展。

Ca2+作為重要的第二信使在細胞信號轉導中對某些疾病有著重要的決定性作用。LPA 特異性結合GPCR 后，經G 蛋白效應器有效刺激第二信使后通過ERK/Akt信號通路產生廣泛的信號轉導。機械刺激引起細胞膜應激后觸發細胞中三磷酸肌醇(inositol triphosphate，IP3)的活性增強[29]。IP3 是內質網中Ca2+釋放的激動劑和誘發[Ca2+]i 變化的基礎，而機械刺激導致的質膜破壞也是Ca2+釋放后進入細胞外液并引起相應病理性改變的基礎。早期的文獻已證實細胞質中的鈣由血漿和內質網膜上的IP3 控制，這種病理機制同樣在LEC中存在。Ca2+信號在LEC間是以間隙連接的方式傳播，當晶狀體鈣含量上升時，LEC 的間隙結構被破壞而刺激Ca2+在細胞內的傳播，從而加速白內障的發展。動物實驗證實LPA 促進LEC 內Ca2+內流，[Ca2+]i 增加，表明LPA 通過增加LEC 內鈣含量和[Ca2+]i濃度誘導白內障的發展。這可能是緩解白內障進展的一個重要的潛在靶點。

5 LPA在視網膜中的作用

人視網膜是由特殊細胞層組成的復雜結構，在神經膠質細胞的參與下，視信息通過光感受器和神經節細胞(retinal ganglion cell，RGC)在視網膜內形成的視覺神經沖動需要視網膜結構和功能的完整性[30]。LPA 及其受體在視網膜的完整性和功能中起著重要作用[6，31]。

視網膜色素上皮細胞(retina pigment epithelium，RPE)參與構成血-視網膜外屏障(outer blood-retinal barrier，OBRB)，是調節溶質、營養物質和代謝終產物進出視網膜的關鍵結構[6，32]，并通過有效地吸收光來保護視網膜免受光氧化。OBRB的破壞和隨后的視覺功能下降是許多視網膜疾病的常見原因。利用人視網膜多能干細胞(human pluripotent stem cell，hPSC)的研究發現，LPA能通過調節肌動蛋白和肌球蛋白的細胞骨架并誘導光感受器的形態重排，增強外層視網膜與RPE 之間的緊密連接，繼而增強OBRB 屏障功能[6]。ATX-LPA軸在視網膜中尤其在RPE細胞中高表達[33]，證實LPA 可以有效刺激RPE 增殖。高濃度的LPA 可降低RPE對感光細胞外節的吞噬作用，并通過對光感受器的形態重排，潛在地改變RPE細胞與鄰近細胞之間的相互作用，致使RPE細胞對脫落的感光細胞外節段吞噬能力下降，降低光感受器的興奮性和接收視覺信號的能力。在炎癥或疾病中，視網膜脫離和增殖性糖尿病視網膜病變(proliferative diabetic retinopathy，PDR)患者，ATX促進RPE細胞中LPA生成增加，誘導細胞發生損傷后致使信號轉導失調，會對維持光感受器的健康和功能、保護視網膜免受光氧化以及調節視網膜的動態平衡微環境產生重要的后果[6]。

視網膜膠質細胞由大膠質細胞(Müller 細胞和星形膠質細胞)和小膠質細胞組成。Müller 細胞與視網膜各類型的神經元胞體相互作用，通過介導跨細胞離子、水和HCO3-轉運，為光感受器和神經元提供營養和抗氧化支持，引導光線通過視網膜內部組織并協同神經沖動傳導，在視網膜的結構和代謝功能中起重要作用[30，34-35]。使用血清對牛Müller 細胞離子通道活性的影響的研究發現，暴露在血清中Müller 細胞，膜去極化外向整流電流和超極化內向整流電流均發生，這種變化反應在視網膜電圖(electroretinograms，ERG)上是慢PⅢ波幅下降，說明Müller 細胞對光感受器附近發生的由[K+]i誘發的動作電位幅度是下降的[36]，而在血清洗脫后慢PⅢ波幅恢復到正常水平。使用LPA觀察牛視網膜Müller細胞的離子通道活性的改變，同在血清下觀察的結果相似，LPA 引起牛Müller 細胞在超極化電位下表現出內向電流的趨勢，在去極化電位處表現出外向電流的趨勢。進一步使用百日咳毒素(pertussis toxin，PTX)測試LPA 在Müller 細胞中誘導電流能力的影響，結果顯示PTX 不能顯著阻斷LPA 對Müller細胞離子通道的影響[37-38]。這說明LPA可能是調節Müller 細胞生理的血清衍生分子之一，在Müller細胞中參與K+的重新分配，繼而對Na+-K+-ATP 泵產生影響。

RGC是神經視網膜中唯一的投射神經元，接收并整合來自視覺上游視網膜神經元的視覺信號，并將其傳輸到大腦視覺中樞[39]。RGC缺乏顯著的再生能力，功能障礙可以通過ERG 進行評估。已報道LPA/S1P可通過細胞內G12/13-Rho-ROCK 途徑對動物視網膜神經突起具有抑制作用，導致RGC細胞錐體萎縮和軸突回縮[40]，致使傳導障礙。在視覺傳導過程中，LPA對一過性、輕度、全身性低氧、缺氧和隨之而來的細胞凋亡特別敏感，與RGC 發生凋亡密切相關并影響RGC的存活率[41-42]。研究發現在缺氧和高氧條件下RGC內LPA的表達均顯著增加，但低氧顯著誘導RGC軸突回縮并顯著降低RGC 細胞存活率，而高氧對RGC 細胞無明顯影響[43]。視網膜血管內皮細胞(human retinal endothelial cells，hRECs)是體內代謝最活躍的血管細胞之一，血管細胞的老化和包括糖尿病、高血壓、高脂血癥等生活方式相關疾病會嚴重影響hRECs 的正常生理功能。動物實驗證實小鼠體內由Enpp2基因編碼的ATX的缺失會導致胚胎死亡[44]，這表明ATX和LPA信號在血管正常發育中起關鍵作用。然而血管中過度產生的ATX或LPA會加速內皮細胞的遷移，誘導視網膜血管內皮細胞發生破壞和退化，致使血管退化、萎縮甚至發生滲漏[45]。臨床試驗已證實LPA通過低密度脂蛋白(LDL)在人類動脈粥樣硬化病變中作為血栓形成分子積聚，導致內皮屏障的功能和結構完整性改變[46-47]，致使內皮的通透性增加。動物實驗和細胞實驗均發現，玻璃體腔內LPA濃度的增高會誘導hRECs發生破壞[45，48]，然而高濃度的LPA 是否直接或間接造成hRECs 發生破壞或凋亡，迄今未檢索到文獻報道，但高濃度LPA 降低RPE 對脫落的感光細胞外節段吞噬能力已得到證實。

6 結語

LPA 是一種由胞內外酶系統合成的磷脂生長因子，在重要臟器如心腦血管、肺、腎臟、肝臟和腹部器官如腸道系統和泌尿生殖系統內，LPA 及它的受體已成為各組織器官疾病的新興治療靶點[2]。LPA受體在藥物中的研究發現脂類和非脂類類似物拮抗劑在LPA信號通路障礙形成的相關疾病中，如肺纖維化、癌癥、動脈粥樣硬化、炎癥等均有積極的臨床治療意義[49]。根據LPA 的分子結構在SN-1 或SN-2 位可被取代的特性，LPA作為新型分子靶標藥物治療眼部疾病的研究已有報道，如ATX-LPA 軸作為新型分子靶標抑制IOP 升高[50]，然而迄今為止LPA 在眼部疾病中的研究多局限于分子機制，通路機制仍在深入探索中。

實現眼睛的正常視覺功能需要保持從角膜到視網膜結構和功能的完整性，任何解剖結構的形態學及生理功能的改變均會引起視力的改變。LPA是一種特異性結合GPCR 后發揮作用的磷脂胞外活性信號分子，在眼睛各組織細胞中均有表達并有不同的生理功能，正常濃度的LPA對視力的保護和視覺質量下降的遏制有積極的作用。目前，LPA對眼部各種疾病的作用機制、通路以及應用于臨床的靶點藥物，仍然在持續地深入進行，隨著臨床不斷拓展對LPA 的研究，深入了解LAP對眼部疾病的作用機制，緩解眼部疾病造成的困擾和視力喪失，LPA作為臨床藥物靶點也必將迎來新的突破。