石晶博，馬林慧，李彬，石榮先

青光眼作為全球首位不可逆致盲眼病，嚴(yán)重威脅著人類的視覺健康。原發(fā)性青光眼病機(jī)制尚未闡明，是具有遺傳傾向的復(fù)雜眼病，有研究[1]發(fā)現(xiàn)，線粒體相關(guān)基因在青光眼的遺傳中扮演重要角色。青光眼視神經(jīng)損害是青光眼的核心問題，目前，主流學(xué)說包括機(jī)械壓力學(xué)說和血管缺血學(xué)說[2]；此外，王寧利等[3-4]提出跨篩板壓力學(xué)說也被國際所公認(rèn)。本文對青光眼遺傳相關(guān)的線粒體基因、人眼小梁網(wǎng)細(xì)胞（human trabecular meshwork cell，HTMC）和視網(wǎng)膜神經(jīng)節(jié)細(xì)胞（retinal ganglion cell，RGC）中線粒體介導(dǎo)的氧化應(yīng)激損傷機(jī)制、線粒體自噬進(jìn)行綜述，現(xiàn)報道如下。

1 青光眼患者線粒體基因的改變

原發(fā)性開角型青光眼（primary open angle glaucoma，POAG）根據(jù)其基礎(chǔ)眼壓是否高于21 mm Hg分為正常眼壓性青光眼（normal tension glaucoma，NTG）和高眼壓性青光眼（high tension glaucoma，HTG）。線粒體蛋白組由1,000 多種蛋白質(zhì)組成，僅有13 種蛋白質(zhì)由線粒體基因編碼，其余均為核基因編碼。有研究[5]對編碼線粒體蛋白的核基因進(jìn)行分析，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，3-羥基丁酸脫氫酶1（3-hydroxybutyrate Dehydrogenase 1，BDH1）、烯脂酰輔酶A 水合酶短鏈1（enoyl coenzyme A hydratase short chain 1，ECHS1）、乙酰輔酶A?；D(zhuǎn)移酶2（acetyl-coenzyme A acyltransferase 2，ACAA2）等基因與NTG 和POAG 顯著相關(guān)。線粒體DNA（mitochondrial DNA，mtDNA）是染色體外環(huán)狀雙鏈DNA 分子，因其缺乏組蛋白的保護(hù)和修復(fù)機(jī)制，易發(fā)生復(fù)制錯誤，因此，mtDNA 具有高度的多態(tài)性。有研究[6]對剝脫綜合征性青光眼（exfoliation syndrome，XFG）患者的mtDNA 非同義單核苷酸多態(tài)性（non-synonymous single nucleotide polymorphisms，nsSNPs）變異進(jìn)行鑒定，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，5個致病性的nsSNPs位于線粒體編碼的還原型煙酰胺腺嘌呤二核苷酸脫氫酶4（mitochondrially encoded NADH dehydrogenase 4，MT-ND4）基因，2個致病性的nsSNPs位于線粒體腺苷三磷酸合成酶亞基6（mitochondrial ATPase subunit 6，MT-ATP6）基因。類似的研究[7]也發(fā)現(xiàn)，POAG 與線粒體基因MT-ND4 等位基因A、線粒體編碼的細(xì)胞色素b（mitochondrially encoded cytochrome b，MTCYB）等位基因T 和單倍群K 存在相關(guān)性顯著。CUI QN 等[8]發(fā)現(xiàn)，非裔美國人的青光眼患者中的mtDNAL1c2 單倍群相較mtDNAL1b 在眼壓無明顯差異的情況下，視神經(jīng)損傷更為嚴(yán)重。GUDISEVA HV 等[9]發(fā)現(xiàn)，非裔美國人的男性青光眼患者中，mtDNA 非L 單倍群組患POAG的風(fēng)險顯著增高，不區(qū)分性別和只分析女性時POAG 患病沒有這種差異；但BANERJEE D 等[10]在對印度人的一項(xiàng)mtDNA全基因組測序研究中，卻并沒有發(fā)現(xiàn)任何標(biāo)記的單倍群和POAG 的發(fā)病相關(guān)。男性青光眼患者與線粒體細(xì)胞色素c氧化酶亞基1（mitochondrial cytochrome c oxidase subunit 1，MTCO1）V83I 的多態(tài)性顯著相關(guān)，但是在女性患者中沒有這樣的發(fā)現(xiàn)[11]。RGC暴露于30 mmHg的靜水壓力中，相對高壓可以直接損傷mtDNA，通過阻斷mtDNA 修復(fù)/復(fù)制酶，最終導(dǎo)致線粒體功能障礙和RGC 凋亡[12]。針對印度人的mtRNA 的全基因組的測序研究[1,10]中，POAG患者的群體突變率明顯高于對照組的突變率，而且突變大多集中在復(fù)合體I；BANERJEE D 等[10]進(jìn)一步詮釋了復(fù)合體I的ND5區(qū)域變異最大，ND5 可能在POAG 的發(fā)病中發(fā)揮關(guān)鍵作用。視神經(jīng)萎縮蛋白1（optic atrophy 1，OPA1）是線粒體的正常代謝所必須的，有研究[13]發(fā)現(xiàn)，POAG 患者OPA1 基因的表達(dá)與正常人相比顯著下調(diào)，因此，OPA1基因可能通過介導(dǎo)線粒體的功能影響POAG的發(fā)生與發(fā)展。

2 青光眼中HTMC和RGC線粒體介導(dǎo)的氧化應(yīng)激機(jī)制

2.1 線粒體介導(dǎo)的氧化應(yīng)激與青光眼

線粒體是存在于大多數(shù)細(xì)胞中的細(xì)胞器，是進(jìn)行有氧呼吸的主要場所；細(xì)胞內(nèi)90% 的活性氧（reactive oxygen species，ROS）由線粒體內(nèi)膜的電子傳遞鏈產(chǎn)生，ROS 由H2O2、超氧化物（O2-）和羥基自由基（OH-）組成[14]；細(xì)胞內(nèi)也存在抗氧化體系，如超氧化物歧化酶（superoxide dismutase，SOD）、過氧化氫酶和谷胱甘肽（glutathione GSH），以維持細(xì)胞內(nèi)的氧化還原平衡。ROS對細(xì)胞是有益還是有害，取決于其濃度和位置。ROS在生理水平下作為信號分子，參與細(xì)胞的多個過程；而過量產(chǎn)生的ROS 會導(dǎo)致細(xì)胞成分的氧化損傷，從而導(dǎo)致細(xì)胞死亡[15]。RGC 的軸突在眼內(nèi)沒有髓鞘包裹，無髓鞘的神經(jīng)纖維傳導(dǎo)神經(jīng)沖動需要耗費(fèi)大量的能量，RGC 的軸突中含有大量的線粒體是維持神經(jīng)傳導(dǎo)功能的必要條件。因此，RGC 對缺血缺氧狀態(tài)也更加敏感，更易產(chǎn)生氧化應(yīng)激，產(chǎn)生過量的ROS，逐漸導(dǎo)致細(xì)胞損傷，最終導(dǎo)致細(xì)胞凋亡。POAG 患者的眼壓升高，與抗氧化能力降低有關(guān)[16-17]。眼壓升高導(dǎo)致氧化損傷相關(guān)基因的表達(dá)水平升高，因此，氧化損傷與青光眼的發(fā)病有關(guān)[18]。血清8-羥基-2′-脫氧鳥苷是DNA 氧化損傷的標(biāo)志物，研究[19-20]表明，血清8-羥基-2′-脫氧鳥苷升高與POAG 和假性剝脫性青光眼（pseudoexfoliation glaucoma，PXG）之間存在明顯的相關(guān)性，說明了系統(tǒng)氧化應(yīng)激引起的DNA 損傷可能在POAG 和PXG的發(fā)病中發(fā)揮作用。

2.2 青光眼中HTMC的氧化應(yīng)激機(jī)制

氧化應(yīng)激誘導(dǎo)的HTMC 死亡是POAG 患者眼壓升高的主要原因之一[21]。有研究[22]表明，氧化應(yīng)激可以抑制磷脂酰肌醇-3-激酶（phosphatidylinositol-3-kinase，PI3K）/蛋白激酶B（protein kinase B，Akt）通路。前B 淋巴細(xì)胞白血病轉(zhuǎn)錄因子在H2O2誘導(dǎo)的HTMC 中顯著上調(diào)，通過激活PI3K/Akt 信號通路，促進(jìn)胚胎干細(xì)胞轉(zhuǎn)錄因子同源框（Nanog homeobox，NANOG）的轉(zhuǎn)錄，進(jìn)而促進(jìn)SOD 和GSH 的產(chǎn)生[23]。轉(zhuǎn)化生長因子（transforming growth factor，TGF）β2 誘導(dǎo)細(xì)胞外基質(zhì)（extracellular matrix，ECM）蛋白的合成，導(dǎo)致小梁網(wǎng)處房水流出阻力的增加[24]；TGF-β2 通過選擇性增加還原型煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸氧化酶4 的表達(dá)促進(jìn)人HTMC 原代細(xì)胞氧化應(yīng)激，可能通過氧化應(yīng)激介導(dǎo)病理纖維化反應(yīng)，包括ECM 重塑等[25-26]，HTMC 經(jīng)過TGF-β2 處理以后PI3K/Akt 信號通路被激活[26]。但是，CHEN HY 等[27-28]卻發(fā)現(xiàn)，TGF-β1/2基因分別敲除后，在H2O2誘導(dǎo)HTMC 氧化應(yīng)激的情況下，TGF-β1/TGF-β2 組細(xì)胞內(nèi)ROS 較對照組仍增加。在POAG小梁網(wǎng)組織中，腺苷A3 受體（adenosine A3 receptor，ADORA3）在轉(zhuǎn)錄和轉(zhuǎn)錄后水平上過表達(dá)。過表達(dá)ADORA3上調(diào)了ECM 的表達(dá)，ADORA3 可加重正常HTMC 的氧化應(yīng)激損傷[29]。1 項(xiàng)關(guān)于在氧化應(yīng)激下HTMC 內(nèi)源性RNA 網(wǎng)絡(luò)的研究[30]顯示，氧化應(yīng)激條件下HTMC 中70 個長鏈非編碼RNA （long non-coding RNA，LncRNA）和558 個mRNA 被鑒定為顯著失調(diào)，這說明HTMC 內(nèi)氧化應(yīng)激調(diào)節(jié)機(jī)制非常復(fù)雜。

2.3 青光眼中RGC的線粒體氧化應(yīng)激機(jī)制

研究[31]表明，線粒體介導(dǎo)的氧化應(yīng)激對RGC的凋亡起重要作用。PI3K/Akt 通路在眼壓升高引起的RGC 損傷中發(fā)揮神經(jīng)保護(hù)作用[23,32]。在青光眼模型小鼠中，下調(diào)微小RNA（microRNA，miR）-149 通過上調(diào)β 細(xì)胞調(diào)節(jié)素也可以激活PI3K/Akt 信號通路，促進(jìn)RGC 的活性，抑制RGC 的凋亡，從而對RGC 提供保護(hù)[33]。TGF-β1/2 基因分別敲除后，體外H2O2處理RGC 后ROS 積累較對照組增加，細(xì)胞凋亡增多，提示TGF-β1 對RGC 抗氧化應(yīng)激有保護(hù)作用，TGF-β1/2 基因敲除可加重RGC的氧化損傷。TGF-β1/2基因通過核因子相關(guān)因子2（nuclear factor-E2-related factor 2，Nrf2）/血紅素氧合酶1（heme oxygenase-1，HO-1）通路保護(hù)RGC 免受H2O2誘導(dǎo)的氧化應(yīng)激的影響[27]，其他研究[34-35]也證明了Nrf2 因子可在氧化應(yīng)激狀態(tài)下保護(hù)RGC 損傷。PI3K/Akt 通路磷酸化Nrf2，Nrf2/抗氧化反應(yīng)元件通路在眼高壓早期被內(nèi)源性激活，進(jìn)而發(fā)揮抗氧化作用[36]。層粘連蛋白α4（laminin，LAMA4）基因下調(diào)可抑制LAMA4、細(xì)胞外調(diào)節(jié)蛋白激酶、B淋巴細(xì)胞瘤-2（B-cell lymphoma-2，Bcl-2）相關(guān)X 蛋白、半胱天冬酶-9 和p53 的mRNA 和蛋白表達(dá)，提高Bcl-2 的表達(dá)和RGC 的活力，說明通過抑制絲裂原活化蛋白激酶（mitogenactivated protein kinase，MAPK）信號通路的激活，可以抑制RGC 的凋亡和ROS 的生成[37]。線粒體解偶聯(lián)蛋白2（uncoupling protein 2，UCP2）缺失會增強(qiáng)氧化應(yīng)激，但UCP2缺失可增加RGC的有絲分裂水平，從而發(fā)揮保護(hù)作用[38]。酪氨酸酶相關(guān)蛋白-1 與前黑素小體蛋白基因相互作用，上調(diào)酪氨酸酶相關(guān)蛋白-1 可降低慢性高眼壓大鼠的眼壓、RGC凋亡和氧化應(yīng)激，而下調(diào)前黑素小體蛋白基因可逆轉(zhuǎn)這一變化[39]。升高的眼內(nèi)壓降低了RGC 中的載脂蛋白A-I 結(jié)合蛋白，A-I結(jié)合蛋白可以保護(hù)RGC 免受青光眼性神經(jīng)炎癥和線粒體功能障礙的侵害[40]。氧化應(yīng)激誘發(fā)的miR-211 上調(diào)，miR-211 通過抑制細(xì)胞外調(diào)節(jié)蛋白激酶活化和增強(qiáng)p38 活化來誘導(dǎo)的RGC 死亡，這種效應(yīng)是通過成纖維細(xì)胞生長因子受體底物2 信號通路下調(diào)介導(dǎo)的[41]。瞬時受體電位錨蛋白1 促進(jìn)氧化應(yīng)激負(fù)荷和炎癥導(dǎo)致小鼠RGC 死亡[42]。下調(diào)miR-187通過嘌呤配體P2X門控離子通道型受體7促進(jìn)氧化應(yīng)激誘導(dǎo)的視網(wǎng)膜細(xì)胞凋亡，miR-187的過表達(dá)逆轉(zhuǎn)了RGC細(xì)胞中的氧化應(yīng)激水平[43]。環(huán)狀RNA cWDR37 在缺血再灌注損傷的視網(wǎng)膜中顯著上調(diào)，cWDR37 沉默對氧化應(yīng)激誘導(dǎo)的RGC損傷有保護(hù)作用[44]。

3 傳統(tǒng)民族醫(yī)藥通過氧化應(yīng)激途徑治療青光眼疾病的機(jī)制

大量研究表明中藥或其提取物能通過氧化應(yīng)激途徑治療青光眼，研究[45]表明PI3K/Akt 信號負(fù)向調(diào)控氧化應(yīng)激反應(yīng)，中藥黃芩苷激活PI3K/Akt 信號通路抑制N-甲基-D-天冬氨酸誘導(dǎo)的RGC 細(xì)胞凋亡、自噬和氧化應(yīng)激;黃芩苷可能通過調(diào)節(jié)體內(nèi)外PI3K/Akt信號通路來抑制青光眼的發(fā)病[46]；紅景天苷通過增強(qiáng)miR-27a 激活PI3K/Akt 和Wnt/β-連環(huán)蛋白通路，保護(hù)HTMC 免受H2O2誘導(dǎo)的氧化損傷[47]。傳統(tǒng)蒙方古日古木-13丸對青光眼小鼠模型RGC 有明顯的保護(hù)作用，通過抑制氧化應(yīng)激和內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激增加RGC 和軸突數(shù)量[48]。肉蓯蓉的提取物苯乙醇苷通過激活抗氧化酶和抑制炎癥來保護(hù)缺血再灌注損傷誘導(dǎo)的視網(wǎng)膜損傷[49]。橘皮素激活Nrf2/HO-1 通路、降低含半胱氨酸的天冬氨酸蛋白水解酶（cysteinyl aspartate specific proteinase，Caspase）水平、降低Bcl-2 相關(guān)X 蛋白和保留Bcl-2 表達(dá)來保護(hù)視網(wǎng)膜免受氧化應(yīng)激的損傷[50]。

4 線粒體自噬與青光眼

研究[51]發(fā)現(xiàn)，線粒體自噬保護(hù)RGC 免受高眼壓的損傷，第10 號染色體缺失的磷酸酶及張力蛋白同源基因誘導(dǎo)假定激酶1（PTEN-induced putative kinase 1，PINK1）/E3-泛素連接酶（Parkin）信號通路是線粒體自噬的經(jīng)典調(diào)控途徑；非PINK1/Parkin 依賴的線粒體自噬也發(fā)揮著作用[52]，Parkin 也可通過抑制谷氨酸興奮性毒性進(jìn)而保護(hù)RGC[53]。在青光眼大鼠模型中，過表達(dá)Parkin基因后，線粒體自噬增加、RCG 死亡率降低，是線粒體自噬參與青光眼性RCG 保護(hù)作用的證據(jù)[54]。HU X 等[55]發(fā)現(xiàn)，OPA1 通過增強(qiáng)PINK1/Parkin 介導(dǎo)的線粒體自噬來保護(hù)RGC。CHERNYSHOVA K 等[56]發(fā)現(xiàn)，青光眼的視神經(jīng)蛋白基因突變獨(dú)立于線粒體自噬缺陷的機(jī)制。UCP2 缺失可以通過增強(qiáng)線粒體自噬，減少了小鼠的RGC 死亡[38]。去泛素化酶可以抵消Parkin 介導(dǎo)的線粒體泛素化，并能作為線粒體自噬的關(guān)鍵負(fù)調(diào)節(jié)因子[57]，2,6-二氨基-3,5-二硫氰基吡啶是一種廣譜去泛素化酶抑制，其對RGC 發(fā)揮保護(hù)作用并促進(jìn)Parkin 介導(dǎo)的線粒體自噬[58]。青光安顆粒劑通過加強(qiáng)線粒體自噬的信號，減少自噬體的堆積，從而降低小鼠的RGC 凋亡[59]。從繡線菊中提取的二萜類化合物S3 通過增強(qiáng)Parkin介導(dǎo)的線粒體自噬保護(hù)RGC[60]。

5 小結(jié)

線粒體是細(xì)胞能量代謝的主要場所，細(xì)胞代謝所需的能量大部分產(chǎn)生自線粒體。RGC 對能量依賴性高，mtDNA 缺乏組蛋白保護(hù)，更易受到ROS 的損傷，青光眼RCG 死亡可能是由于線粒體能量短缺或氧化代謝失衡導(dǎo)致。目前，青光眼的治療依賴于降低眼壓，而在未來，增強(qiáng)線粒體活性以及抗氧化治療可能成為治療青光眼新的治療靶點(diǎn)。PI3K/Akt 通路、Nrf2/HO-1 通路、Wnt/β-連環(huán)蛋白通路的激活對于RGC的起保護(hù)作用，以及MAPK信號通路的激活介導(dǎo)ROS的生成和促進(jìn)RGC 的凋亡，激活其保護(hù)通路或抑制凋亡通路均有可能成為治療青光眼的靶點(diǎn)。氧化應(yīng)激可能通過誘導(dǎo)HTMC 凋亡、ECM 生成、纖維化反應(yīng)，從而使房水流出通道阻力增加，抑制HTMC 氧化應(yīng)激可能降低青光眼患者的眼壓，也是治療青光眼的潛在靶點(diǎn)之一。