佘曼 胡倩倩 周曉東

(復(fù)旦大學(xué)附屬金山醫(yī)院眼科 上海 201508)

近年來(lái)，近視呈現(xiàn)著發(fā)病率不斷上升、發(fā)病年齡明顯提前的特點(diǎn)，且已成為一項(xiàng)全球性的挑戰(zhàn)，是全球范圍內(nèi)防盲、治盲的工作重點(diǎn)。目前，對(duì)近視發(fā)病機(jī)制的研究顯示，在外界異常視覺信息的作用下，涉及多種神經(jīng)遞質(zhì)、生長(zhǎng)因子等信號(hào)通路通過視網(wǎng)膜-脈絡(luò)膜-鞏膜途徑最終導(dǎo)致鞏膜重塑和眼軸延長(zhǎng)，從而引起近視。因此，尋找近視發(fā)病機(jī)制的相關(guān)信號(hào)通路成為現(xiàn)代眼科研究者的關(guān)注重點(diǎn)之一。本文就近視發(fā)生、發(fā)展過程中，參與調(diào)控眼球屈光發(fā)育的主要信號(hào)通路做一綜述。

1 多巴胺信號(hào)通路

多巴胺(dopamine,DA)屬于兒茶酚胺類，其廣泛分布于眼內(nèi)各層結(jié)構(gòu)，其中以視網(wǎng)膜含量最豐富[1]。多巴胺D1受體分布于視網(wǎng)膜雙極細(xì)胞、無(wú)長(zhǎng)突細(xì)胞、神經(jīng)節(jié)細(xì)胞等，D2受體在視網(wǎng)膜色素上皮細(xì)胞的頂端和基底膜，作為自身受體存在于無(wú)長(zhǎng)突細(xì)胞。研究[2]表明，DA可降低視網(wǎng)膜到背外側(cè)膝狀體突觸傳遞的興奮性，繼而調(diào)節(jié)視網(wǎng)膜信號(hào)對(duì)背外側(cè)膝狀體神經(jīng)元的激發(fā)方式。DA可增加獼猴初級(jí)視皮質(zhì)的視覺誘發(fā)反應(yīng)，并影響初級(jí)視皮質(zhì)在自發(fā)活動(dòng)及電刺激下的局部場(chǎng)電位[3-4]。因此，DA作為眼內(nèi)常見的神經(jīng)遞質(zhì)，可能參與視網(wǎng)膜-外側(cè)膝狀體-視覺中樞的完整視覺信號(hào)傳導(dǎo)過程。

1.1 視網(wǎng)膜DA及其受體在近視中的作用 目前，DA研究最廣泛使用的是形覺剝奪性近視(form-deprivation myopia，F(xiàn)DM)及透鏡誘導(dǎo)性近視(lens-induced myopia，LIM)模型。在這2種模型中，近視的誘導(dǎo)伴隨DA含量下降[5-6]。在近年來(lái)逐漸受到關(guān)注的頻閃光誘導(dǎo)性近視(flickering-light induce myopia, FLM)中，Luo等[7]發(fā)現(xiàn)FLM視網(wǎng)膜DA是增加的而非降低的，推測(cè)FLM與FDM模型因不同的誘導(dǎo)因素而具有不同的發(fā)病機(jī)制。Wang等[8]利用特制儀器激活小雞視網(wǎng)膜給光反應(yīng)，使DA分泌增加，脈絡(luò)膜增厚。這一結(jié)果與LIM近視發(fā)生時(shí)相反，故可通過此方式來(lái)減輕近視，但該儀器因具有頻率約1 Hz的頻閃光作用，從而加重了LIM。因此，DA與近視的關(guān)系并非直線相關(guān)，過高或過低的DA含量都可能打破視網(wǎng)膜內(nèi)穩(wěn)態(tài)的平衡，從而影響屈光發(fā)育。

目前，越來(lái)越多研究證實(shí)D1受體與D2受體在維持正視化的平衡過程中，發(fā)揮著相反的作用[9]。過度激活D1受體可能導(dǎo)致遠(yuǎn)視漂移，而過度激活D2受體則導(dǎo)致近視進(jìn)展[10]。研究[11]表明，非選擇性DA受體激動(dòng)劑阿撲嗎啡主要通過作用于D1受體而非D2受體抑制近視進(jìn)展。在亮光作用下激活D1受體可激活視網(wǎng)膜給光反應(yīng)，DA釋放增加[12-13]。D1受體拮抗劑可抑制LIM在去除透鏡后的屈光變化[14]，但對(duì)去除遮蓋的FDM小雞的屈光度則無(wú)明顯影響[15]。喹吡羅(選擇性D2受體激動(dòng)劑)可抑制近視形成[16]，而螺哌隆則通過抑制D2受體活性，促使近視發(fā)生[17]。這些差異提示激活D1和D2受體將對(duì)近視產(chǎn)生不同作用。在分子水平上，激活D1受體將依次通過腺苷酸環(huán)化酶(AC)-環(huán)磷酸腺苷(cAMP)-蛋白激酶A(PKA)，最終調(diào)控目的基因的轉(zhuǎn)錄，如c-fos等，而激活D2受體則抑制這一通路[18-19]。目前研究已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，DA受體的作用靶點(diǎn)可能包括：①視網(wǎng)膜ON/OFF雙極細(xì)胞[20-21]；②視網(wǎng)膜感光細(xì)胞[22]；③視網(wǎng)膜神經(jīng)節(jié)細(xì)胞[23]；④視網(wǎng)膜色素上皮(retinal pigment epithelium, RPE)細(xì)胞[24-25]，并可能與其他因子及信號(hào)通路相互作用，最終影響眼球發(fā)育。Mathis等[26]用免疫熒光的方法發(fā)現(xiàn)，視網(wǎng)膜中DA能神經(jīng)元與膽堿能受體、腎上腺素α2A受體有共定位的關(guān)系，玻璃體腔注射阿托品可顯著減少該雙標(biāo)細(xì)胞的數(shù)量。這提示視網(wǎng)膜DA系統(tǒng)可受阿托品調(diào)控，且可能與腎上腺素α2A受體有關(guān)。聯(lián)合使用γ-氨基丁酸(aminobutyric acid，GABA)受體激動(dòng)劑與D2受體拮抗劑可抑制FDM小雞去遮蓋時(shí)屈光度的恢復(fù)，而聯(lián)合D2受體激動(dòng)劑則產(chǎn)生相反的作用[17]。其可能的機(jī)制是：D1受體通過控制GABA受體通道的氯離子電流，從而影響水平細(xì)胞的光反應(yīng)[22]。DA受體在近視中的作用一直是眼科學(xué)者關(guān)注的熱點(diǎn)，但是由于藥物濃度和給藥方式不同、動(dòng)物種屬不同，以及不同的實(shí)驗(yàn)性近視模型，可能導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)結(jié)果的差異。在未來(lái)的研究中，運(yùn)用轉(zhuǎn)基因動(dòng)物及更精準(zhǔn)的分子生物學(xué)技術(shù)，將有助于探究DA受體與近視發(fā)生、發(fā)展的關(guān)系，并進(jìn)一步探索不同信號(hào)通路之間的相互影響。

近年來(lái)，一些學(xué)者發(fā)現(xiàn)內(nèi)源性DA及左旋多巴(L-DOPA)能延緩實(shí)驗(yàn)性近視，而運(yùn)用轉(zhuǎn)基因技術(shù)降低動(dòng)物體內(nèi)DA的合成與釋放(如敲低合成DA的關(guān)鍵酶——酪氨酸羥化酶、敲低囊泡單胺轉(zhuǎn)運(yùn)體-2從而減少DA釋放)則導(dǎo)致近視漂移，因此認(rèn)為L(zhǎng)-DOPA可能是治療近視的一個(gè)潛在藥物[27-29]。此外，紅光、藍(lán)光和紫外光能增加視網(wǎng)膜DA的釋放，且釋放量與光的波長(zhǎng)有關(guān)[30]。高強(qiáng)度的光照將抑制小雞FDM形成，并隨照度的增加，玻璃體腔多巴克的濃度增加[31]。因此，通過各種途徑影響內(nèi)源性DA濃度繼而影響近視的發(fā)生、發(fā)展，可能為近視防控帶來(lái)新的前景。

1.2 DA的晝夜節(jié)律與屈光發(fā)育的關(guān)系 視網(wǎng)膜光感受器接受光信號(hào)，調(diào)節(jié)人體內(nèi)在節(jié)律，使人體與外部環(huán)境光線的晝夜節(jié)律保持一致[14]。Weiss等[32]在雞FDM模型中發(fā)現(xiàn)：形覺剝奪降低白天視網(wǎng)膜的DA分泌。這提示生理性晝夜節(jié)律的DA分泌與眼球正視化密切相關(guān)。視網(wǎng)膜DA的釋放受視網(wǎng)膜成像的對(duì)比度和亮度控制。長(zhǎng)時(shí)間強(qiáng)光會(huì)導(dǎo)致小雞視網(wǎng)膜DA水平升高，從而部分抑制近視，而玻璃體腔內(nèi)注射DA受體拮抗劑后，強(qiáng)光對(duì)近視發(fā)展的抑制作用消失，由此可以推測(cè)強(qiáng)光對(duì)近視的抑制作用部分是由DA介導(dǎo)的[33]。視網(wǎng)膜本身即有內(nèi)源性的晝夜節(jié)律，在實(shí)驗(yàn)性近視形成過程中，其內(nèi)在的節(jié)律受到干擾，而DA即是調(diào)試視網(wǎng)膜適應(yīng)光周期節(jié)律的重要神經(jīng)遞質(zhì)之一，并調(diào)節(jié)著屈光發(fā)育[34]。然而，視網(wǎng)膜DA的晝夜節(jié)律在分子水平上具體如何影響眼軸生長(zhǎng)，需要進(jìn)一步的探索。

2 轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子-β-Smad信號(hào)通路

轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子-β(transforming growth factor-β,TGF-β)具有調(diào)控細(xì)胞增殖、分化、遷移、免疫監(jiān)控等多種功能。當(dāng)前在人類的視網(wǎng)膜及鞏膜中能檢測(cè)到的有3種亞型：TGF-β1，TGF-β2，TGF-β3。TGF-β與膜表面受體Ⅱ(TβRⅡ)結(jié)合后，在胞質(zhì)激活smad2、smad3，再與smad4形成異源寡聚物，并使信號(hào)轉(zhuǎn)位入核，調(diào)控靶基因的表達(dá)[35]。

在FDM造模過程中，鞏膜中TGF-β1的下游靶分子——轉(zhuǎn)錄因子特異性蛋白1(sp1)的RNA表達(dá)水平隨造模時(shí)間下降，且與鞏膜Ⅰ型膠原呈明顯正相關(guān)，表明TGF-β1-sp1參與FDM的形成過程[36]。TGF-β1可打破基質(zhì)金屬蛋白酶(matrix metalloproteinase，MMP)的平衡，防止細(xì)胞外基質(zhì)(extracellular matrix，ECM)降解[37]。其可能的機(jī)制是：TGF-β1激活Smad3轉(zhuǎn)導(dǎo)通路，并使成纖維細(xì)胞分泌結(jié)締組織生長(zhǎng)因子，進(jìn)而刺激ECM的合成，從而改變鞏膜的生長(zhǎng)，延緩近視發(fā)展[37-38]。亦有報(bào)道TGF-β1可通過激活核因子-κB調(diào)節(jié)韌帶成纖維細(xì)胞中MMP2的表達(dá)[39]，但在鞏膜成纖維細(xì)胞中是否存在該通路以及近視是否與炎癥反應(yīng)有關(guān)？則需要進(jìn)一步的研究。TGF-β1在近視發(fā)生、發(fā)展中的作用機(jī)制是復(fù)雜多樣的。如M1受體拮抗劑哌侖西平可促進(jìn)TGF-β1-Smad3通路，使豚鼠鞏膜成纖維細(xì)胞分泌更多的I型膠原，從而抑制眼軸延長(zhǎng)[40]，而Smad7可競(jìng)爭(zhēng)性結(jié)合TGF-β1受體，阻斷Smad3的磷酸化，從而阻止其轉(zhuǎn)位入核[41]。此外，運(yùn)用抑制劑阻斷Wnt/βcatenin信號(hào)通路的活化可降低TGF-β1對(duì)于鞏膜Ⅰ型膠原的調(diào)控，從而抑制FDM的近視進(jìn)展[42]。Fu等[43]發(fā)現(xiàn)530 nm單色光照射將上調(diào)堿性成纖維細(xì)胞生長(zhǎng)因子(basic fibroblast growth factor，bFGF)的mRNA表達(dá)，而下調(diào)TGF-β1表達(dá)水平。530 nm單色光可導(dǎo)致近視漂移[44]，因此，推測(cè)長(zhǎng)波長(zhǎng)單色光誘導(dǎo)近視發(fā)生的原因可能與下調(diào)的TGF-β1有關(guān)，其與bFGF產(chǎn)生作用相反。

TGF-β2對(duì)后極部鞏膜生長(zhǎng)的調(diào)控起著關(guān)鍵作用，它通過多重水平調(diào)節(jié)鞏膜蛋白多糖的合成，且對(duì)鞏膜細(xì)胞的收縮具有調(diào)節(jié)作用[45]。但在近視發(fā)生過程中，視網(wǎng)膜和脈絡(luò)膜中的TGF-β2無(wú)明顯變化，推測(cè) TGF-β2在視網(wǎng)膜和脈絡(luò)膜的信號(hào)通路中不是首級(jí)信號(hào)，而在鞏膜中發(fā)揮的作用更為重要[45-46]。如在豚鼠LIM模型中發(fā)現(xiàn)，隨著近視發(fā)展，后極部鞏膜TGF-β2表達(dá)上升，鞏膜基質(zhì)中MMP-2增加，而金屬蛋白酶組織抑制劑-2(tissue inhibitors metalloproteinases-2， TIMP-2)減少[47]。然而，亦有學(xué)者認(rèn)為脈絡(luò)膜及視網(wǎng)膜的TGF-β2同樣參與近視發(fā)生。例如利用MT3(一種對(duì)M4受體高親和力的拮抗劑)能顯著抑制視網(wǎng)膜及脈絡(luò)膜的TGF-β2的表達(dá)水平，從而抑制FDM進(jìn)展[48]。過表達(dá)HOXA9基因(近視風(fēng)險(xiǎn)基因)的RPE細(xì)胞將劑量依賴性上調(diào)TGF-β2、MMP2、FGF2等表達(dá)水平[49]。因此，不同靶組織的TGF-β2表達(dá)與近視眼軸延長(zhǎng)的關(guān)系有待進(jìn)一步的探索。

3 類胰島素生長(zhǎng)因子/信號(hào)傳導(dǎo)及轉(zhuǎn)錄激活因子信號(hào)通路

類胰島素生長(zhǎng)因子(insulin-like growth factor，IGF)因其結(jié)構(gòu)與胰島素結(jié)構(gòu)類似而命名。IGF在人眼內(nèi)有廣泛的表達(dá)和分泌，包括視網(wǎng)膜各層細(xì)胞、脈絡(luò)膜、鞏膜、晶狀體上皮細(xì)胞、小梁網(wǎng)組織等。

在LIM中，視網(wǎng)膜、脈絡(luò)膜及鞏膜中的IGF-1及其受體(IGF-1R)表達(dá)上調(diào)[50]，而IGF-1R反義核苷酸可抑制豚鼠FDM的近視進(jìn)展[51]。目前鞏膜上IGF-1與近視的關(guān)系研究較多，且與信號(hào)傳導(dǎo)及轉(zhuǎn)錄激活因子-3(signal transducers and activators of transcription-3，Stat3)及MMP2關(guān)系密切。IGF-1可激活Stat3信號(hào)途徑，繼而調(diào)節(jié)MMP-2的表達(dá)，引起鞏膜重塑，導(dǎo)致近視。Liu等[52]實(shí)驗(yàn)表明，F(xiàn)DM豚鼠的鞏膜IGF-1、Stat3及MMP2表達(dá)隨遮蓋時(shí)間的延長(zhǎng)而升高，其中MMP2與IGF-1蛋白表達(dá)量呈正相關(guān)。

在FDM模型中，遮蓋眼后極部鞏膜IGF-2表達(dá)隨遮蓋時(shí)間顯著升高[53-54]。玻璃體腔注射人重組IGF-2能促進(jìn)FDM進(jìn)展[55]。相反的，IGF-2反義核苷酸可抑制FDM進(jìn)展[54]。由于IGF-2能刺激鞏膜成纖維細(xì)胞的增殖，且能促進(jìn)鞏膜細(xì)胞外基質(zhì)中黏多糖鏈的伸長(zhǎng)和硫化，從而引起鞏膜的重塑和眼軸長(zhǎng)度的延長(zhǎng)[56-57]。因此可以推測(cè)，鞏膜IGF-2可能通過調(diào)控鞏膜ECM的重塑從而參與近視形成。

4 sonic hedgehog(Shh)信號(hào)通路

hedgehog蛋白最初在果蠅中發(fā)現(xiàn)，是一族分泌的信號(hào)分子。Shh主要存在于眼部視網(wǎng)膜神經(jīng)節(jié)細(xì)胞、內(nèi)核層、無(wú)長(zhǎng)突細(xì)胞,其對(duì)調(diào)控脊椎動(dòng)物眼球發(fā)育有重要作用。

在FDM模型中，近視的誘導(dǎo)過程伴隨著視網(wǎng)膜Shh表達(dá)水平的升高[58]，玻璃體腔注射外源性Shh類似物或抑制劑可分別促進(jìn)或抑制小鼠近視性改變[59]。其可能是通過調(diào)節(jié)P13K / AKT信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑改變鞏膜MMP-2的表達(dá)水平，從而參與調(diào)控眼球的屈光發(fā)育[59-60]。然而視網(wǎng)膜的Shh如何作用到鞏膜上的MMP2，脈絡(luò)膜及RPE上的信號(hào)分子是否參與其中，還需要更深入的研究。

5 一氧化碳-cGMP信號(hào)通路

一氧化氮(nitric oxide, NO)由一氧化氮合酶(nitric oxide synthase， NOS)合成。

在形覺剝奪早期，視網(wǎng)膜NOS和cGMP濃度下降，但從第2周開始NOS和cGMP濃度上升，推測(cè)NO-cGMP信號(hào)通路可能在形覺剝奪后期發(fā)揮作用[61]。形覺剝奪可使N-甲基-D-天冬氨酸受體1(NMDAR1)、NO及環(huán)磷酸鳥苷(cGMP)在視網(wǎng)膜表達(dá)增加，其可能的機(jī)制是：形覺剝奪導(dǎo)致視網(wǎng)膜谷氨酸的分泌增加，并促進(jìn)NMDAR-1的表達(dá)，繼而激活NO-cGMP信號(hào)傳導(dǎo)通路，介導(dǎo)谷氨酸的細(xì)胞毒性作用使特定類型的無(wú)長(zhǎng)突細(xì)胞凋亡，影響視覺信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)，導(dǎo)致近視形成[62]。同時(shí)，NOS對(duì)FDM的作用可能與膽堿受體有關(guān)，因?yàn)镹OS抑制劑可扭轉(zhuǎn)阿托品對(duì)FDM的抑制[63]。然而，NO-cGMP途徑與低濃度阿托品對(duì)人近視眼的控制是否相關(guān)，需要進(jìn)一步探索。

6 視黃酸

視黃酸(retinoic acid，RA)能抑制猴鞏膜成纖維細(xì)胞中糖胺聚糖的合成，并能在體外抑制人鞏膜成纖維細(xì)胞的生長(zhǎng)[64-65]。體外培養(yǎng)的人鞏膜成纖維細(xì)胞能檢測(cè)到全部的RA受體亞型，因此推測(cè)鞏膜是RA參與近視進(jìn)展的主要作用部位[66]。在實(shí)驗(yàn)性近視模型中觀察到視網(wǎng)膜、脈絡(luò)膜、鞏膜中RA及RA受體的表達(dá)上升[67]，提示RA及其受體在視網(wǎng)膜-脈絡(luò)膜-鞏膜等部位均與近視有關(guān)。此外，一項(xiàng)體外實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)全反式RA可通過激活磷脂酶C信號(hào)通路促進(jìn)人RPE細(xì)胞分泌更多的TGF-β2，這說(shuō)明RA可能通過調(diào)控RPE分泌的TGF-β2從而參與近視形成[68]。

7 其他信號(hào)通路

成纖維細(xì)胞生長(zhǎng)因子、神經(jīng)生長(zhǎng)因子、集落刺激因子等多種生長(zhǎng)因子也參與近視發(fā)生、發(fā)展的部分信號(hào)通路中。如和TGF-β共同調(diào)控眼球生長(zhǎng)的“GO”信號(hào)和“STOP”信號(hào)[58]。此外，促分裂素原活化激酶(mitogen-activated protein kinase，MAPK)通路包括細(xì)胞外信號(hào)調(diào)節(jié)激酶(extracellular signal-regulated kinase，ERK)通路、c-JNK 氨基末端激酶/應(yīng)激活化通路和p38MAPK通路也與眼球的生長(zhǎng)發(fā)育密切相關(guān)。有研究發(fā)現(xiàn)，ERK信號(hào)級(jí)聯(lián)可能參與了雛雞眼球的正視化過程[69]，且ERK1/2的磷酸化激活參與調(diào)節(jié)人鞏膜成纖維細(xì)胞的增殖[70]，這說(shuō)明鞏膜成纖維細(xì)胞中ERK1/2蛋白的活化可能與近視的形成有著密切聯(lián)系。c-JNK通路可能參與近視發(fā)生、發(fā)展中鞏膜的重塑過程。紅光誘導(dǎo)的近視眼鞏膜中p38 MAPK表達(dá)增加，提示p38 MAPK可能參與色覺異常性近視的發(fā)生、發(fā)展[71]。因此，這些與近視發(fā)生、發(fā)展相關(guān)的信號(hào)通路需要進(jìn)一步的關(guān)注和研究。

8 結(jié)語(yǔ)

近視是由多因素、多信號(hào)通路通過視網(wǎng)膜-RPE-脈絡(luò)膜-鞏膜途徑共同參與調(diào)節(jié)的過程，不同信號(hào)通路之間相互交叉，相互影響，共同介導(dǎo)后極部鞏膜的基質(zhì)重塑，促進(jìn)近視發(fā)生、發(fā)展。目前對(duì)近視分子機(jī)制的研究大多局限于單一信號(hào)通路的作用機(jī)制，對(duì)各通路之間的相互作用研究較少，且對(duì)某一通路的研究多停留于發(fā)現(xiàn)分子改變的現(xiàn)象，而難以解釋現(xiàn)象的本質(zhì)及因果關(guān)系，故仍不能全面闡述近視發(fā)生、發(fā)展的機(jī)制。因此，通過對(duì)各條信號(hào)通路的深入研究，篩選出大量與近視發(fā)生、發(fā)展過程有關(guān)的信號(hào)蛋白，進(jìn)行定性、定量分析，細(xì)化各傳導(dǎo)通路，同時(shí)探索各通路之間的關(guān)系，建立完整調(diào)控近視的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)網(wǎng)絡(luò)將顯得格外重要，也將為不斷地探索近視防治新方法提供新方向。