陳 馳,燕晉媛,曹 霞 綜述,馬 駿 審校

(1.昆明醫(yī)科大學第二附屬醫(yī)院中心實驗室,昆明 650101；2.昆明醫(yī)科大學第三附屬醫(yī)院腹部腫瘤外科，昆明 650100)

·綜述·

腦源性神經(jīng)營養(yǎng)因子在青光眼高眼壓導致的視神經(jīng)節(jié)細胞的凋亡抑制作用的研究概述

陳 馳1,燕晉媛1,曹 霞1綜述,馬 駿2△審校

(1.昆明醫(yī)科大學第二附屬醫(yī)院中心實驗室,昆明 650101；2.昆明醫(yī)科大學第三附屬醫(yī)院腹部腫瘤外科，昆明 650100)

腦源性神經(jīng)營養(yǎng)因子；青光眼； 視神經(jīng)節(jié)細胞；細胞凋亡

腦源性神經(jīng)營養(yǎng)因子(brain-derived neurotrophic factor,BDNF)是神經(jīng)營養(yǎng)因子家族中的一員，已有文獻證實在脊髓損傷后BDNF具有抑制其神經(jīng)元進一步凋亡的作用，并對坐骨神經(jīng)、面神經(jīng)等外周神經(jīng)的損傷也具有顯著的凋亡抑制作用。而青光眼是世界范圍內(nèi)第二大致盲眼病，是由高眼壓引起的視網(wǎng)膜神經(jīng)節(jié)細胞的死亡，并最終致盲的嚴重眼科疾病。而目前為止，青光眼的發(fā)生機制仍然不明確。現(xiàn)今BDNF在視神經(jīng)中的作用研究較少，而近年來國內(nèi)外有文獻報道稱其對于損傷后的視神經(jīng)節(jié)細胞進行性凋亡具有明顯的抑制作用。因此本文著重概述近年來BDNF在青光眼高眼壓所致視神經(jīng)節(jié)細胞損傷下的凋亡抑制作用的研究，為后續(xù)此方面的研究提供參考依據(jù)。

1 BDNF及其受體在眼內(nèi)的分布

BDNF是神經(jīng)營養(yǎng)因子家族中的一員，自被發(fā)現(xiàn)以來，就因其抑制神經(jīng)細胞凋亡的作用顯著而受到廣泛重視并被研究。BDNF在維持神經(jīng)元的生長、分化和神經(jīng)損傷后的修復與再生中發(fā)揮著重要作用。眼內(nèi)的BDNF及其受體的表達可能是其局部發(fā)生作用的基礎(chǔ)?，F(xiàn)已經(jīng)探明BDNF在脊髓損傷后具有抑制神經(jīng)元進一步凋亡的作用[1]，并對坐骨神經(jīng)、面神經(jīng)等外周神經(jīng)的損傷也具有積極的凋亡抑制作用，并促進神經(jīng)元軸突的生長[2-3]。但是目前BDNF對于視神經(jīng)的作用研究較少，近年國內(nèi)外有文獻報道稱其對于損傷后的視神經(jīng)節(jié)細胞進行性凋亡具有明顯的抑制作用，尤其是在常見病青光眼高眼壓所導致的損傷條件下。例如Perez等[4]發(fā)現(xiàn)在大鼠視網(wǎng)膜神經(jīng)節(jié)細胞層、成纖維細胞層近側(cè)端及內(nèi)核層近側(cè)端可見到BDNF mRNA的表達。免疫組織化學結(jié)果顯示胚胎期大鼠內(nèi)層視網(wǎng)膜、視網(wǎng)膜神經(jīng)纖維層及視神經(jīng)可見BDNF的主要受體高親和力酪氨酸激酶B(tyrosine kinase receptors B,TrkB)受體的表達[4]。另外，Wordinger等[5]最先在小梁組織內(nèi)及體外培養(yǎng)的小梁細胞中發(fā)現(xiàn)BDNF因子及其受體。此外,BDNF還可進行自分泌與旁分泌,在視網(wǎng)膜光感受器層、內(nèi)核層均有表達[6]?？梢姡珺DNF及其主要受體TrkB在眼內(nèi)具有較為豐富的表達，這為眼內(nèi)局部研究其作用提供了基礎(chǔ)，可在生理或病理條件下進行對比觀察，達到闡明其作用機制的目的，為人工干預提供可能。

2 青光眼與視網(wǎng)膜視神經(jīng)節(jié)細胞視網(wǎng)膜神經(jīng)節(jié)細胞(retinal ganglion cells，RGCs)凋亡

青光眼是全球第二大致盲眼病，其危害視力的嚴重性不言而喻，該病以持續(xù)升高的眼內(nèi)壓導致的RGCs的選擇性凋亡為主要特征。雖然臨床病例顯示部分患者通過降低眼壓的治療后仍舊存在RGCs的進行性凋亡，但高眼壓仍然是大部分患者RGCs損傷的主要原因，所以高眼壓條件下的RGCs損傷機制的研究對于臨床治療具有重要的價值[7]。目前的研究顯示青光眼中RGCs的死亡主要是通過：(1)經(jīng)典的細胞凋亡機制；(2)其他包括神經(jīng)營養(yǎng)因子的剝奪、膠質(zhì)細胞的活化、興奮性中毒、局部缺血和氧化壓力等導致的非經(jīng)典的細胞凋亡機制[8],其中神經(jīng)營養(yǎng)因子BDNF的缺乏或剝奪在RGCs凋亡中發(fā)揮著關(guān)鍵作用[9]。

3 BDNF在青光眼高眼壓損傷RGCs后的作用

多項研究均證實BDNF具有抑制青光眼高眼壓損傷RGCs后的細胞凋亡作用[10-12]。如熊鰓等[13]用外源性BDNF來干預急性高眼壓模型，結(jié)果發(fā)現(xiàn)雖然RGCs凋亡被抑制，但谷氨酰胺合成酶(GS)和L-谷氨酸-L-天冬氨酸轉(zhuǎn)運體(GLAST)并沒有顯著性上調(diào)，說明BDNF并非通過作用于Müler細胞來增加胞外谷氨酸的攝取和代謝來抑制RGCs凋亡，具體機制有待闡明，但也充分說明了BDNF的凋亡抑制作用[13]。王慧等[9]在研究急性高眼壓模型時發(fā)現(xiàn)谷氨酸陽性的細胞多是內(nèi)核層的雙極細胞，而給予BDNF后內(nèi)核層的谷氨酸免疫反應(yīng)顯著降低，這說明BDNF可能通過某種途徑抑制谷氨酸的釋放及受體作用等環(huán)節(jié)，避免毒性物質(zhì)的積累，抑制RGCs的凋亡[3]。這也說明BDNF具有細胞凋亡抑制作用，并且表明BDNF的缺乏導致的RGCs的凋亡機制更為重要，甚至不排除其是谷氨酸毒性累積的根本原因(BNDF首先發(fā)揮作用，缺乏失效時再通過Müler細胞等途徑發(fā)揮保護RGCs的作用)。另外，多篇文獻報道在青光眼高眼壓致RGCs損傷的情況下，BDNF在眼內(nèi)的自發(fā)性增高或外源性表達BDNF均能夠發(fā)揮抑制RGCs進一步凋亡的作用[14-16]。Rudzinski等[17]和Weber等[18]研究顯示，在高眼壓第28天后，BDNF的表達量持續(xù)上調(diào)，RGCs的凋亡速度減低。Lambert等[19]發(fā)現(xiàn)在氧氣-葡萄糖剝奪模型(取細胞培養(yǎng)后，將培養(yǎng)液分別換為含葡萄糖和不含葡萄糖的液體，不含葡萄糖組置入一個經(jīng)改造的保鮮盒內(nèi)，密閉并通入混合氣體N2、CO2等，采用特定方法檢測細胞損傷情況)中，篩板處和視乳頭處的星形膠質(zhì)細胞神經(jīng)生長因子(NGF)、BDNF和神經(jīng)營養(yǎng)因子-3(NT-3)的表達量升高，能夠在缺血條件下抑制RGCs的凋亡[19]，在一定程度上間接表明高眼壓缺血再灌注損傷后BDNF的凋亡抑制作用。這些研究充分說明在病理狀態(tài)下，RGCs及周圍組織以自分泌或旁分泌的方式代償性增加BDNF和其受體的表達量，進行自我保護，抑制細胞凋亡[20-21]。還有一些研究也間接證實BDNF的作用。Wang等[22]、Harper等[23]、Ren等[24]、Hellstrom等[25]、Park等[26]、Igarashi等[27]利用BDNF基因修飾的神經(jīng)前體細胞對軸漿運輸部分中斷的青光眼模型大鼠進行玻璃體腔或視網(wǎng)膜下腔移植后，存活RGCs的數(shù)目較對照組明顯增加，證明BDNF對軸漿流運輸部分中斷所致的細胞凋亡具有抑制作用。Hu等[28]在研究TrkB的單克隆抗體29D7時，發(fā)現(xiàn)其在體外具有和BDNF相似的作用，能夠促進視神經(jīng)節(jié)細胞的生存和神經(jīng)突觸的生長，并發(fā)現(xiàn)通過鞏膜靜脈注射29D7，能夠加強視神經(jīng)節(jié)細胞的凋亡抑制作用，說明BDNF很可能通過其受體TrkB而直接發(fā)揮凋亡抑制作用。雖然這項研究并不是基于高眼壓損傷條件下進行，但仍然值得借鑒思考，其充分說明BDNF的重要受體TrkB的作用，也證明BDNF通過TrkB發(fā)揮生物學效應(yīng)[29]。

4 BDNF作用于TrkB受體后的細胞內(nèi)信號傳導通路

BDNF主要作用于TrkB受體發(fā)揮作用。目前已知BDNF作用于TrkB后的細胞內(nèi)信號傳導通路主要有3條：(1)絲裂原活化蛋白激酶/細胞外信號調(diào)節(jié)激酶通路(mitogen-activated protein kinase/extracellular signal-regulated kinase，MAPK/ERK)；(2)磷脂酰肌醇-3激酶/蛋白激酶B通路[phosphoinositide 3-(OH) kinase/protein kinase B，PI3K/AKT或PI3K/PKB]；(3)磷脂酶/三磷酸肌醇-1,2-二酰甘油通路(phospholipase C/inositol triphosphate-Diacylglycerol,PLc/IP3-DAG)。MAPK/ERK通路主要是上游激活蛋白Ras激活MAPK激酶(rapidly accelerated fibrosarcoma，Raf)，Raf激活MAPK/ERK，使反應(yīng)逐步放大；激活的ERK可使cAMP反應(yīng)元件結(jié)合蛋白ser133磷酸化，促進一系列基因表達和抗凋亡作用產(chǎn)生[30]。Zhou等[7]在青光眼高眼壓模型中發(fā)現(xiàn)運用腺病毒表達絲裂原活化蛋白激酶1(mitogen-activated proteinkinasekinase 1，MEK1)并轉(zhuǎn)染至RGCs，結(jié)果顯示RGCs顯著存活，證明MAPK/ERK通路在高眼壓損傷機制下發(fā)揮了重要作用。朱江等[31]研究高眼壓模型時使用BDNF干預Ets樣轉(zhuǎn)錄因子(ets-like transcription factor-1，EIK-1)磷酸化水平，表明外源性BDNF可以促進大鼠急性高眼壓后視網(wǎng)膜節(jié)細胞層EIK-1活化，而在MAPK信號傳導過程中，EIK-1作為誘導基因發(fā)揮了關(guān)鍵性作用，再次說明高眼壓損傷機制通過MAPK/ERK通路發(fā)揮了作用。第2條PI3K/AKT通路靠Ras激活，激活的PI3K促進質(zhì)膜上產(chǎn)生第二信使3,4,5-三磷酸磷脂酰肌醇，最終導致蛋白激酶B(protein kinase B,AKT)的ser308位點磷酸化，從而發(fā)揮抗凋亡作用[32]。第3條PLc/IP3-DAG通路是在磷脂酰肌醇信號通路中胞外信號分子與細胞表面G蛋白耦聯(lián)型受體結(jié)合，激活質(zhì)膜上的磷脂酶C(PLc-β)，使質(zhì)膜上4，5-二磷酸磷脂酰肌醇(PIP2)水解成1，4，5-三磷酸磷脂肌醇(IP3)和二酰甘油(DG)兩個第二信使，胞外信號轉(zhuǎn)換為胞內(nèi)信號，這一信號系統(tǒng)又稱為“雙信使系統(tǒng)”[33]。但目前尚少有文獻報道在高眼壓損傷機制下后兩條通路發(fā)揮作用，這有待于進一步的研究證實。細胞內(nèi)信號傳導通路復雜，上述3條通路仍未完全清楚解釋其作用過程，還有待于進一步深入探究，亦有可能存在其他信號通路在高眼壓損傷機制下發(fā)揮作用。

5 神經(jīng)元的靶向聯(lián)系

研究BDNF在青光眼高眼壓導致的RGCs的凋亡抑制作用的目的是希望通過使用BDNF來進行臨床治療，但大量文獻已經(jīng)報道通過將BDNF直接或間接注入或表達在眼內(nèi)缺乏有效的長效機制[34]，這給將BDNF運用于治療的期望帶來困難，因此目前應(yīng)該將神經(jīng)元靶向聯(lián)系機制加以研究并應(yīng)用，因為這種機制對神經(jīng)系統(tǒng)的發(fā)育和成熟起到了重要的作用。這種機制認為，正常的RGCs細胞提供了向他們靶向的神經(jīng)元(可能是背外側(cè)膝狀體)的基礎(chǔ)強度電信號，這些靶向神經(jīng)元會表達RGCs而被神經(jīng)節(jié)細胞軸突端獲取而轉(zhuǎn)給視網(wǎng)膜。而外傷或其他損傷對視神經(jīng)的影響不僅會影響反向軸漿運輸，也會影響靶向的神經(jīng)元電活動聯(lián)系。這種聯(lián)系的減少導致的結(jié)果就是RGCs的顯著減少，這既影響了已經(jīng)受損的神經(jīng)元，也影響正常健康的神經(jīng)元，所以常?？吹皆诮獬嗽贾聜蛩匾院?，神經(jīng)節(jié)細胞仍然處于進行性凋亡的狀態(tài)[35]。所以，對靶向神經(jīng)元的電活動干預可能會起到維持靶向神經(jīng)元表達RGCs的水平，進而抑制凋亡的進行，也至少保證了未受損害的神經(jīng)節(jié)細胞免受損害，這樣就避免外源性的BDNF注入所產(chǎn)生的長效機制缺乏問題?；谏鲜隼碚?，目前使用一種經(jīng)顱磁刺激的治療方法來保證靶向神經(jīng)元的電刺激，具有一定的效果，但還需要進一步的研究[36-37]。

6 展 望

綜上所述，關(guān)于BDNF在青光眼高眼壓所致RGCs損傷中凋亡抑制作用的研究取得了一定的成果，但仍然存在諸多亟待解決的問題。如BDNF作用后的已知信號通路并不十分清楚，直接的BDNF注入或表達缺乏長效機制[38-39]及BDNF只能抑制部分種類的RGC凋亡等[40]。但全球該領(lǐng)域?qū)W者正在不懈努力，不斷攻克復雜的信號通路或者打開思路考慮其他可能的深層機制。相信RGCs的研究和運用終會造福人類，極大地降低臨床致盲率，避免患者遭受失明之苦。

[1]宗兆文，張連陽，沈岳，等.BDNF基因修飾真皮多能干細胞移植對脊髓損傷的修復作用[J].重慶醫(yī)學，2011，40(29)：2913-2914.

[2]Pang KM.Effect of recombinant human BDNF gene therapy on the nerve regeneration in rat sciatic nerve transection[J].J Oral Maxillofacial Surg,2007,65(9):e2-40.

[3]Yang BE.BDNF gene transfer promotes regeneration after rat facial nerve crush injury[J].J Oral Maxillofacial Surg,2013,71(9):e15.

[4]Perez MT,Caminos E.Expression of brain-derived neurotrophic factor and of its functional receptor in neonatal and adult rat retina[J].Neurosci Lett,1995,183(1/2):96-99.

[5]Wordinger RJ,Lambert W,Agarwal R,et al.Human trabecular meshwork cells secrete neurotrophins and express neurotrophin receptors(Trk)[J].Invest Ophthalmol Vi Sci,2000,41(12):3833-3841.

[6]Caieo M,Menna E,Chierzi S,et al.Brain-derived neurotrophic factor is an anterograde survival factor in the rat visual system[J].Cuff Biol,2000,10(22):1155-1161.

[7]Zhou Y,Pernet V,Hauswirth WW.Activation of the extracellular signal-regulated kinase 1/2 pathway by AAV gene transfer protects retinal ganglion cells in glaucoma[J].Mol Ther,2005,12(3):402-412.

[8]Qu J,Wang D,Grosskreutz CL.Mechanisms of retinal ganglion cell injury and defense in glaucoma[J].Exp Eye Res,2010,91(1):48-53.

[9]王慧,劉求理,羅學港,等.腦源性神經(jīng)營養(yǎng)因子對高眼壓后視網(wǎng)膜節(jié)細胞的保護作用[J].解剖學研究,2002,24(2):119-122.

[10]Binley KE,Ng WS,Yves-Alain B,et al.Brain-derived neurotrophic factor prevents dendritic retraction of adult mouse retinal ganglion cells[J].Eur J Neurosci,2016,44(3):2028-2039.

[11]Abe T,Tokita-Ishikawa Y,Onami H,et al.Intrascleral transplantation of a collagen sheet with cultured brain-derived neurotrophic factor expressing cells partially rescues the retina from damage due to acute high intraocular pressure[J].Adv Exp Med Biol,2014，801:837-843.

[12]Domenici L,Origlia N,Falsini B,et al.Rescue of retinal function by BDNF in a mouse model of glaucoma[J].PLoS One,2014，9(12):e115579.

[13]熊鯤,黃菊芳,蔣麗珠,等.腦源性神經(jīng)營養(yǎng)因子對急性高眼壓后大鼠視網(wǎng)膜 Müller 細胞的影響[J].解剖學雜志,2006,29(1):14-17.

[14]Nowak A,Majsterek I,Przybylowska-Sygut K,et al.Analysis of the expression and polymorphism of APOE,HSP,BDNF,and GRIN2B genes associated with the neurodegeneration process in the pathogenesis of primary open angle glaucoma[J].Bio Med Res Inter,2015,2015:258281.

[15]Gupta V,You Y,Li J,et al.BDNF impairment is associated with age-related changes in the inner retina and exacerbates experimental glaucoma[J].Biochim Biophys Acta,2014,1842(9):1567-1578.

[16]Chen DW,Foldvari M.In vitro bioassay model for screening non-viral neurotrophic factor gene delivery systems for glaucoma treatment[J].Drug Deliv Transl Res,2016，6(6):676-685.

[17]Rudzinski M，Wong TP，Saragovi HU.Changes in retinal expression of neurotrophins and neurotrophin receptors induced by ocular hypertension[J].J Neurobiol,2004,58(3):341-354．

[18]Weber A,Harman C.BDNF preserves the dendritic morphology of alpha and beta ganglion cells in the cat retina after optic nerve injury[J].Invest Ophthalmol Vis Sci,2008,49(6):2456-2463.

[19]Lambert WS，Clark AF，Wordinger RJ.Neurotrophin and Trk expression bycells of the human lamina cribrosa following oxygenglucose deprivation[J].BMC Neurosci,2004,5(1):51-66．

[20]楊迪亞,卿國平,王寧利.青光眼視網(wǎng)膜神經(jīng)節(jié)細胞易損性與神經(jīng)營養(yǎng)因子及其前體的相關(guān)性研究進展[J/CD].中華眼科醫(yī)學雜志(電子版),2012,2(1):31-34.

[21]Weber AJ,Viswanathan S,Ramanathan C,et al.Combined application of BDNF to the eye and brain enhances ganglion cell survival and function in the cat after optic nerve injury[J].Invest Ophthalmol Vis Sci,2010,51:327-334.

[22]Wang NL，Zeng MB，Ruan YW,et al.Protection of retinal ganglion cells against glaucomatous neuropathy by neurotrophinproducing，genetically modifiedneural progenitor cells in a rat model[J].Chin Med J (Engl)，2002，115(9):1394-1400．

[23]Harper M,Grozdanic S,Blits B,et al.Transplantation of BDNF secreting mesenchymal stem cells provides neuroprotection in chronically hypertensive rat eyes[J].Invest Ophthalmol Vis Sci,2011,52(7):4506-4515.

[24]Ren R,Li Y,Liu Z,et al.Long-term rescue of rat retinal ganglion cells and visual function by AAV-mediated BDNF expression after acute elevation of intraocular pressure[J].Invest Ophthalmol Vis Sci,2012,53(2):1003-1011.

[25]Hellstrom M,Harvey AR.Retinal ganglion cell gene therapy and visual system repair[J].Curr Gene Ther,2011,11(2):116-131.

[26]Park H,Kim J,Kim H,et al.Stem cell-based delivery of brainderived neurotrophic factor gene in the rat retina[J].Brain Res,2012,1469:10-23.

[27]Igarashi T,Miyake K,Kobayashi M,et al.Tyrosine triple mutated AAV2-BDNF gene therapy in a rat model of transient IOP elevation[J].Mol Vis,2016,22:816-826.

[28]Hu Y,Cho S,Coldberg JL.Goldberg.Neurotrophic effect of a novel TrkB agonist on retinal ganglion cells[J].Invest Ophthalmol Vis Sci,2010,51(3):1747-1754.

[29]Dekeyster E,Geeraerts E,Buyens T,et al.Tackling glaucoma from within the brain:an unfortunate interplay of BDNF and TrkB[J].PLoS One,2015,10(11):e0142067.

[30]Arthur JS,Fong AL,Dwyer JM,et al.Mitogen and stress-activated protein kinase 1 mediates cAMP response element-binding protein phosphorylation and activation by neurotrophins[J].J Neurosci,2004,24(18):4324-4332.

[31]朱江,周玉寶,劉建榮,等.腦源性神經(jīng)營養(yǎng)因子對實驗性大鼠高眼壓視網(wǎng)膜節(jié)細胞EIK-1磷酸化水平的作用[J].神經(jīng)解剖學雜志,2015,31(5):584-588.

[32]Ahn JY,Liu X,Liu Z,et al.Nuclear Akt associates with PKC-phosphorylated Ebp1,preventing DNA fragmentation by inhibition of caspase-activated DNase[J].EMBO J,2006,25(10):2083-2095.

[33]劉凌云,薛紹白.細胞生物學教程[M].北京:北京高等教育出版社,2002.

[34]Chen H,Weber AJ.BDNF enhances retinal ganglion cell survival in cats with optic nerve damage[J].Invest Ophthalmol Vis Sci，2001,42(5):966-974.

[35]Weber AJ,Harman CD.BDNF treatment and extended recovery from optic nerve trauma in the cat[J].Invest Ophthalmol Vis Sci,2013,54(10):6594-6604.

[36]Salminen-Vaparanta N,Noreika V,Revonsuo A,et al.Is selective primary visual cortex stimulation achievable with TMS? [J].Hum Brain Mapp,2012,33(3):652-665.

[37] Merabet L,Theoret H,Pascual-Leone A.Transcranial magnetic stimulation as an investigative tool in the study of visual function[J].Optom Vis Sci,2003,80:356-368.

[38]Boye SE,Boye SL,Lewin AS.A comprehensive review of retinal gene therapy[J].Mol T her,2013,21(3):509-519.

[39]Feng L,Chen H,Yi J,et al.Long-term protection of retinal ganglion cells and visual function by brain-derived neurotrophic factor in mice with ocular hypertension[J].Invest Ophthalmol Vis Sci,2016，57(8):3793-3802.

[40]Valiente-Soriano FJ,Nadal-Nicolás FM,Salinas-Navarro M,et al.BDNF rescues RGCs but not intrinsically photosensitive RGCs in ocular hypertensive albino rat retinas[J].IOVS,2015(56):1924-1936.

10.3969/j.issn.1671-8348.2017.33.044

云南省教育廳重點課題(2014Z062)；云南省學術(shù)技術(shù)帶頭人后備人才(2015HB041)。

陳馳(1990-)，碩士，主要從事神經(jīng)免疫研究?！?/p>

，E-mail:1244815508@qq.com。

R774

A

1671-8348(2017)33-4735-04

2017-07-18

2017-09-26)