《眼科新进展》  2024年7期 572-577   出版日期:2024-07-01   ISSN:1003-5141   CN:41-1105/R
青光眼视神经损伤的发病机制及治疗研究最新进展


青光眼是以视网膜神经节细胞(RGCs)和视力不可逆损伤为特征的多因素退行性视神经病变,是世界上重要的致盲性眼病[1]。通过药物或手术降低眼压是治疗青光眼的主要策略。传统观点认为,高眼压、缺血-再灌注损伤是青光眼的主要发病危险因素。但越来越多研究证实,铁死亡、细胞焦亡、胶质细胞活化、线粒体功能障碍等因素在青光眼视神经损伤中发挥着重要作用。此外,关于RGCs及视神经保护的研究也有了显著进展。本文综述了近年来青光眼视神经损伤机制及相关治疗研究的最新进展,为青光眼治疗提供新思路和新策略。
1 青光眼视神经损伤机制 
1.1 青光眼视神经损伤的“宏观因素”
高眼压是青光眼发生发展过程中最重要的危险因素之一。高眼压导致的筛板后凹畸形[2]、胶质细胞活化产生的胶质瘢痕、细胞外基质改变等,引起筛板区机械顺应性降低,继而压迫视神经纤维,损伤轴浆运输,最终损伤视神经纤维。最近的一项研究表明[3],病理性高眼压通过细胞外调节蛋白激酶/动力蛋白相关蛋白1(Drp1)/活性氧(ROS)通路直接诱导线粒体功能障碍,导致RGCs的广泛凋亡;抑制Drp1可以调控线粒体功能,从而保护RGCs。Yao等[4]研究表明,病理性高眼压扰乱正常的铁代谢,促进RGCs铁死亡。综上所述,高眼压通过多种机制诱导RGCs死亡及视神经损伤,降低视觉质量。因此,青光眼患者控制眼压对于保护视神经、延缓疾病进展是至关重要的。
有学者认为[5],眼部血供变化是青光眼视野丧失的独立影响因素。增加视网膜血供可以有效保护RGCs,有学者通过彩色多普勒血流显像观察视神经盘血流,发现不同类型青光眼均存在局部不同程度的血液循环障碍[6-7]。朱海霞[8]发现青光眼患者血流动力学指标较正常人差,这提示青光眼患者眼部微循环不佳。长期高眼压降低眼内血流灌注,损伤自身调节功能,影响RGCs的营养供应,诱导RGCs损伤。由此可见,在青光眼治疗中,改善循环、营养神经的治疗是必不可少的。
1.2 青光眼视神经损伤的“微观因素” 
1.2.1 铁死亡
铁死亡是依赖铁离子的脂质过氧化作用驱动的,以细胞膜完整性丧失和细胞质内容物释放为特征的细胞死亡途径[9]。游离铁是一种固体氧化剂,可以通过芬顿(Fenton)反应产生羟自由基,继而将脂质代谢物氧化,当其累积超过细胞清除上限时,就会发生铁死亡[10]。自2012年铁死亡的概念被提出以来,不断有研究揭示铁死亡在青光眼视神经损伤机制中的重要地位。研究表明,急性原发性闭角型青光眼患者血清游离铁增加[4],高铁饮食是青光眼发病的危险因素[11],体内重要的储铁蛋白高水平可能与青光眼的发病有关[12],这些结果均提示铁的代谢与青光眼的发生发展存在密切联系。N-甲基-D-天冬氨酸(NMDA)通过促进铁内流产生神经毒性,有学者将其注射于小鼠玻璃体内后,发现视神经组织中与铁死亡相关的蛋白显著增加,这间接证明了铁的代谢会影响RGCs存活[13]。总之,铁死亡在青光眼视神经及RGCs损伤中发挥着重要的作用。
1.2.2 焦亡
焦亡是由活化的炎性半胱氨酸天冬氨酸蛋白酶(Inflammatory Caspases)诱导的程序性细胞死亡, 以细胞肿胀、细胞膜单层孔洞形成以及细胞内容物流出为主要特征[14]。活化Caspase家族可将Gasdermin D蛋白片段裂解为氨基端和羧基端。随后,氨基端中具有膜孔形成、裂解细胞、释放炎性内容物功能的片段被激活,继而诱导焦亡[15]。有学者[16]在急性高眼压大鼠模型中发现, RGCs焦亡在神经元死亡中发挥巨大的作用。Chen 等[17]揭示了小胶质细胞焦亡介导的RGCs死亡与青光眼视力丧失的相关性。Zhang等[18]在慢性高眼压(COH)青光眼模型中发现COH诱导小鼠小胶质细胞活化,活化的小胶质细胞通过ATP/P2X7受体/核苷酸结合寡聚结构域3(NLRP3)/Caspase-1炎性通路促进炎症因子的释放,启动炎症级联反应诱导RGCs损伤。
1.2.3 细胞的自噬
自噬是基本生命现象,具有维持细胞内环境稳态的作用,但越来越多研究证实,过度激活的自噬诱导细胞死亡,导致神经损伤[19-20]。Park等[21]在COH模型中发现RGCs中存在明显的自噬体堆积,继而诱导RGCs死亡。Joachim等[22]在自发性高眼压小鼠模型中发现视神经纤维减少15%,并在轴突中发现大量自噬空泡,这表明自噬过度激活可能是青光眼视神经变性的潜在机制。Zhang等[23]证实下调的miRNA-708和miRNA-335通过上调自噬相关酶3增强RGCs的自噬,促进RGCs凋亡。青光眼相关的视神经蛋白(OPTN)促进自噬体的成熟,有利于降解细胞内代谢产物,维持细胞稳态。有研究表明[24],OPTN基因突变小鼠的RGCs丢失、视力受损,并发现该突变通过扰乱自噬导致DNA结合蛋白(TDP-43)聚积,而TDP-43在细胞内的累积是导致各种退行性神经疾病的主要机制。以上研究表明,RGCs自噬失调是青光眼视神经损伤的重要机制。
1.2.4 小胶质细胞与星形胶质细胞活化
小胶质细胞是由单核细胞衍生而来,可活化为促炎M1型、免疫抑制M2型。多数情况下M1型是保护性的,具有较高的吞噬及运动能力。 M2型被认为与组织修复和促进生长有关[25]。在青光眼动物模型中观察到,活化的小胶质细胞产生促炎因子,损害RGCs[26]。此外,在青光眼动物模型中检测到与小胶质细胞活化密切相关的CD200/CD200R阳性细胞增多,随后出现小胶质细胞浸润和RGCs死亡[27]。Cai等[28]研究表明,视神经损伤后整合素CD11b蛋白表达显著增加,并在挤压后至少28 d仍保持较高水平;反之,CD11b缺乏诱导小胶质细胞活化,导致RGCs损伤。这些研究都提示小胶质细胞活化与青光眼视神经损伤密切相关。星形胶质细胞具有控制中枢神经系统稳态、促进突触形成和提供神经营养的作用[29]。活化的星形胶质细胞包括促炎神经毒性A1型和抗炎神经保护性A2型[30]。A1型星形胶质细胞失去了吞噬、吸收谷氨酸和促进突触形成等正常功能,转而表达炎性、神经毒性物质,诱发神经退行性病变[31]。Victorino等[32]发现,视神经挤压伤模型(ONC)慢性期基因表达以与胶质细胞结构重塑相关基因为主。人类视神经盘区域星形胶质细胞表达并上调一氧化氮合酶,损伤视神经轴突[33]。此外,研究发现[34],正常眼压性青光眼患者的视神经盘区域的星形胶质细胞可以通过表达肿瘤坏死因子-α损伤视神经。增生型星形胶质细胞还可以促进筛板区细胞外基质结构重塑,影响轴突运输,导致神经纤维受损及RGCs死亡[2,35]
1.2.5 谷氨酸的兴奋性毒性
谷氨酸是中枢神经系统中主要的兴奋性神经递质,介导双极细胞、光感受器和RGCs之间视觉信号的传递[36]。在青光眼中,谷氨酸的兴奋性毒性在多个水平参与疾病的发生发展。其过度释放激活谷氨酸受体NMDA,诱导钙离子内流、线粒体功能障碍、氧化应激及RGCs凋亡[37]。Liu等[38]通过体内外实验证实谷氨酸通过激活蛋白激酶,促进炎症小体活化,诱导RGCs坏死;反之,应用蛋白激酶抑制剂可以预防谷氨酸诱导的RGCs丢失。这些研究为未来青光眼视神经保护提供了新的策略。
1.2.6 线粒体功能障碍与氧化应激
氧化应激是指ROS的产生与抗氧化之间的失衡,在此过程中,氧化中间产物过量蓄积,超过组织清除上限,诱导组织损伤[39]。RGCs具有较长的轴突和高密度的线粒体,对氧化应激更敏感。谷胱甘肽(GSH)是体内重要的抗氧化物质。研究表明[40],多种类型的青光眼患者的血浆GSH水平均明显降低。缺氧诱导因子-1α是一种氧调控的转录激活因子,有学者发现,不同类型青光眼供体视网膜及视盘缺氧诱导因子-1α免疫标记增加,这支持了青光眼存在氧化应激损伤的学说[41]。线粒体外膜上表达的Drp1被证明具有单独调控RGCs凋亡或坏死的作用[42-43]。Zeng等[3]研究表明,在高眼压动物模型中,Drp1具有抗广泛凋亡的作用;而抑制Drp1将导致氧化还原系统受损,诱发 RGCs损伤。越来越多证据表明,青光眼RGCs处于氧化应激状态,但其在青光眼神经损伤中的确切分子机制有待进一步探索。
2 青光眼视神经损伤的治疗研究 
2.1 促进损伤视神经修复的治疗策略
目前,通过药物促进损伤视神经修复的研究有了一定的进展。Chen等[44]研究表明,抑制视前调节因子-2具有促进ONC后RGCs存活和轴突再生的作用。间充质干细胞外泌体被证实具有促进中枢神经元修复的作用[45]。Zhu等[46]证实超声靶向微泡破坏辅助治疗可以显著提高其治疗效果。G蛋白偶联受体(GPR)110被认为具有促进发育中的神经元和轴突损伤修复的作用。有学者使用GPR的配体治疗ONC小鼠后,RGCs死亡显著减少[47]。有学者[48]使用全反式维甲酸治疗ONC成年蛙,发现其通过招募巨噬细胞促进神经纤维轴突再生。小分子癌调蛋白具有显著促神经修复作用。杨明等[49]在机械性视神经损伤的大鼠玻璃体内注射表达小分子癌调蛋白的减毒载体后,发现RGCs数量增加。Chen等[50]研究表明,急性视神经损伤通过激活应激激活蛋白激酶(JNK)/AP1家族转录因子(JUN)通路,促进JUN磷酸化,诱导视神经损伤;柚皮素可以完全抑制该过程,从而提供视神经保护作用。沉默调节蛋白1(SIRT1)基因在RGCs中特异性过表达,对减少RGCs损伤起着重要作用。Ross等[51]发现ONC玻璃体内转导沉默调节蛋白1,RGCs存活率明显增加。Mead等[52]和Meng等[53]分别分析了青光眼动物模型中RGCs的miRNA谱和蛋白组学,并讨论了青光眼视神经保护的新策略。可以看出,促进损伤轴突的再生或许是青光眼视神经损伤治疗的重要方向。
2.2 铁死亡为靶点的治疗策略
有研究证实,去铁素及铁螯合剂的应用可降低视网膜内异常升高的亚铁水平、抑制铁死亡、保护RGCs[4]。目前比较主流的铁死亡防御途径包括:谷胱甘肽过氧化物酶4(GPX-4)/GSH途径[54],铁死亡抑制蛋白1/泛素-还原烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸[CoQ-NAD(P)H]途径[55],和二氢化脱氢酶(DHODH)/二氢泛醌途径[56]。其中GPX-4是体内重要的抗氧化物,被认为是抑制铁死亡的重要因子,它可以将脂质过氧化物还原而消除其细胞毒性[54]。铁死亡抑制蛋白1是一种氧化还原酶,作为抗氧化物抑制脂质过氧化反应。有研究表明[56],抑制DHODH在高表达GPX-4和低表达GPX-4的小鼠中均可诱导RGCs铁死亡,这间接证明了DHODH具有抑制铁死亡的作用。以这些通路为靶点,研究它们在青光眼RGCs和轴突保护中的作用非常重要。
2.3 焦亡与自噬为靶点的治疗策略
有学者[16]在高眼压大鼠模型中发现褪黑素通过抑制磷酸化核因子-κB/NLRP3通路减轻RGCs的焦亡。Zhang等[18]进行体外实验发现,使用P2X7受体和NLRP3抑制剂治疗后,小鼠体内焦亡水平降低,削弱了RGCs的损伤。Rashid等[57]在急性闭角型青光眼模型中发现,非编码RNA上调转运蛋白的表达,并通过NLRP3/Caspase-1/Gasder min D蛋白通路调控RGCs的焦亡。此外,Zhang等[58]发现,消融小鼠NLRP3基因可以显著抑制神经元变性,提高其视觉质量。Sase等[59]研究发现,木犀草皂苷通过增强自噬降低视神经损伤。既往研究证实,OPTN基因突变小鼠体内自噬失调。有学者[24]使用雷帕霉素治疗该突变小鼠后,其体内TDP-43降低,同时RGCs数量增加、视觉功能得到改善。毛蕊花苷可以减轻青光眼RGCs自噬水平,具有视神经保护作用[60]。这些研究表明,维持细胞内自噬稳态是青光眼视神经保护的重要举措。
2.4 小胶质细胞与星形胶质细胞活化为靶点的治疗策略
近年来,通过调节胶质细胞活化,保护青光眼视神经的研究也逐步开展。有学者应用米诺环素抑制小胶质细胞活化,降低了遗传性青光眼小鼠模型的RGCs死亡率[61]。Wang等[62]研究发现,高眼压抑制转录激活因子(STAT)3的表达,活化小胶质细胞,促进RGCs死亡。反之,STAT3抑制剂具有保护视神经的作用。Chan等[63]使用神经球蛋白治疗青光眼动物模型后,活化的小胶质细胞显著减少,神经炎性损伤降低。Chen等[64]在斑马鱼中发现,小胶质细胞通过蛋白酪氨酸激酶/STAT通路调节RGCs的存活。Sato等[65]研究发现,GPR84阳性的小胶质细胞促进RGCs轴突变性,使用Rho激酶抑制剂削弱GPR基因的表达,抑制小胶质细胞的活化,降低其神经毒性。许多学者[66-69]均证实抑制小胶质细胞活性可以有效降低视神经损伤。Zhang等[70]通过构建大黄碱治疗性纳米纤维,诱导小胶质细胞由M1型向M2型转化,改善视网膜促炎微环境,减轻视网膜损伤。Li等[71]发现维生素C通过促进星形胶质细胞分泌磷酸化蛋白1,保护RGCs并恢复视觉功能。可以看出,胶质细胞调控会成为青光眼视神经保护的重要靶点。
2.5 谷氨酸为靶点的治疗策略
谷氨酸兴奋性毒性在青光眼视神经损伤中发挥着重要的作用。蜂毒毒素被证明可以非竞争性地阻断NMDA受体通道。Fazel等[72]将其注射于小鼠玻璃体内,发现其可以抑制NMDA诱导的RGCs及轴突损伤。Wang等[73]研究表明,褪黑素可以降低谷氨酸诱导的视神经损伤,保护小鼠的视觉功能。一项体外实验[74]证实,广谱去泛素化酶抑制剂通过稳定谷氨酸兴奋性模型中RGCs的线粒体膜电位,降低兴奋性毒性,减少RGCs凋亡。反式白藜芦醇处理过的小鼠通过上调兴奋性氨基酸转运蛋白的表达,增加谷氨酸清除率,降低了谷氨酸诱导的兴奋性毒性[75]。这些研究为未来青光眼视神经损伤的保护及治疗提供新的策略。
2.6 氧化应激为靶点的治疗策略
青光眼RGCs氧化损伤的分子机制,以及对氧化应激反应通路的调节,可能为青光眼的视神经保护治疗提供机会。Lou等[76]在ONC玻璃体内注射聚多巴胺纳米粒子,发现其通过清除ROS降低RGCs的损伤。有研究发现[77],氯苯甲嗪通过满足视神经损伤后对ATP的需求,促进RGCs存活。Rho激酶抑制剂通过下调ROS的产生,保护急性缺血性视神经损伤动物模型的视觉功能[78]。Nishijima等[79]发现利帕舒地尔通过下调氧化应激,预防ONC诱导的RGCs损伤。以往的研究证实,富马酸二甲酯具有抗氧化和免疫调节的作用。Mori等[80]进一步证实富马酸二甲酯通过Nf-E2相关因子2/血红素加氧酶-1途径保护RGCs。Shin等[81]使用神经祖细胞治疗ONC大鼠,发现其通过维持线粒体稳态促进RGCs存活。三七皂苷具有抗炎、抗氧化的作用。有学者[82]将其注射于大鼠玻璃体内, RGCs凋亡水平降低,存活率增加。Park等[83]研究表明,MSC外囊泡通过保护线粒体功能,预防ROS过剩,促进损伤的视神经修复。有文献报道[84-85],口服维生素B3有助于改善线粒体功能,延缓青光眼的发展。此外,ROS通过多种机制调节自噬活性,自噬进一步降解受损的细胞器和蛋白质,以消除细胞中蓄积的ROS。尽管自噬过度激活可诱导RGCs损伤,但对于短期氧化应激状态下仍是有益的[86]。这表明通过调控细胞自噬来降低青光眼RGCs氧化应激损伤是可行的。
3 结束语
青光眼的发生发展过程受多种因素的影响。近年来,关于青光眼损伤机制及相应治疗靶点的研究已经获得了重大进展。但这些因素及其之间相互作用的研究仍不透彻。未来,青光眼视神经损伤机制及其治疗策略的研究仍是青光眼视神经保护的重要方向。