晏 鑫,邢 凱,亢澤峰△,孫宏睿

(1.中國中醫(yī)科學(xué)院眼科醫(yī)院,北京 100040;2.北京市昌平區(qū)中醫(yī)醫(yī)院,北京 102200)

視覺作為人類感知和認識世界最重要的途徑之一,是正常生活、工作的基本條件之一。隨著經(jīng)濟發(fā)展和生活水平的顯著提高,人均壽命不斷增長,年齡相關(guān)性眼病的患病率逐年升高,嚴重影響人們的生存質(zhì)量,在全球范圍內(nèi)都造成了巨大的醫(yī)療和經(jīng)濟負擔(dān)。近年來大量研究發(fā)現(xiàn)眼科疾病的發(fā)生多與線粒體的狀態(tài)密切相關(guān)。線粒體自噬與一系列生理和病理過程相關(guān),例如細胞分化、細胞凋亡、衰老、退行性疾病等[1]。近年來,大量研究發(fā)現(xiàn)線粒體自噬的失調(diào)與眼科疾病的進展相關(guān),因此通過調(diào)控線粒體自噬防治眼科疾病引起了大量關(guān)注。中醫(yī)藥治療眼科疾病具有獨特的優(yōu)勢,開發(fā)潛力大。因此本文對線粒體自噬防治眼科疾病進行綜述,探討線粒體自噬在眼科疾病中的作用,并總結(jié)分析中醫(yī)藥調(diào)控線粒體自噬以防治眼科疾病的研究成果,以期為中醫(yī)藥防控眼科疾病提供一定的理論依據(jù)。

1 線粒體自噬的發(fā)生機制

線粒體自噬對于生理條件下線粒體更新和維持至關(guān)重要,同時它也能在各種病理應(yīng)激下強烈激發(fā),如線粒體跨膜電位異常、缺氧、氧化應(yīng)激等[2]。目前已經(jīng)報道了幾種線粒體自噬機制,由不同的刺激因素會誘導(dǎo)不同的機制來激活線粒體自噬。線粒體自噬可分為泛素蛋白連接酶(parkin rbr e3 ubiquitin protein ligase, PRKN)依賴性和PRKN非依賴性途徑。

1.1 PRKN依賴性線粒體自噬

PRKN依賴的線粒體自噬是目前的研究熱點,主要由蛋白激酶(pten induced putative kinase , PINK)1和PRKN介導(dǎo)[3]。該通路控制泛素依賴的線粒體自噬影響許多線粒體生理、病理過程,包括線粒體生物合成、動力學(xué)和自噬機制[4]。在生理情況下,PINK1通過外膜轉(zhuǎn)位酶和線粒體內(nèi)膜復(fù)合物轉(zhuǎn)位酶以膜電位依賴的方式轉(zhuǎn)移到線粒體內(nèi)膜,隨后,PINK1被線粒體駐留的絲氨酸蛋白酶切割,將PINK1維持在較低水平[5]。由于絲氨酸蛋白酶老化,減弱了阻斷PINK1對跨膜電位丟失的反應(yīng)能力,跨膜電位的丟失可能會破壞PINK1向線粒體內(nèi)膜的易位,導(dǎo)致未清除的PINK1在線粒體外膜上積聚。之后,積累的PINK1通過直接磷酸化PRKN泛素樣改變,促進細胞質(zhì)中PRKN的激活[6]。因此,泛素化和去泛素化控制PRKN依賴的線粒體,兩者之間的平衡對線粒體和細胞內(nèi)穩(wěn)態(tài)至關(guān)重要。

1.2 PRKN非依賴性線粒體自噬

PRKN非依賴性線粒體自噬途徑主要依賴于受體蛋白,這些受體蛋白通過其輕鏈蛋白(protein light chain, LC)3相互作用區(qū)直接與LC3和γ氨基丁酸A受體(gaba type a receptor-associated protein, GABARAP)基因相互作用,激活線粒體自噬以清除老化的或功能障礙的線粒體[7]。如含有LC3相互作用區(qū)的磷酸化促凋亡調(diào)節(jié)基因(anti-phospho-bnip, BNIP)3能夠直接結(jié)合LC3-GABARAP啟動線粒體自噬,無須經(jīng)歷泛素化過程。BNIP3是缺氧誘導(dǎo)基因,由缺氧誘導(dǎo)因子(hypoxic inducible facter, HIF)-1α轉(zhuǎn)錄調(diào)控,HIF-1α可以上調(diào)BNIP3的表達,從而在缺氧條件下促進線粒體自噬。此外,BNIP3也受核轉(zhuǎn)錄因子(nuclear transcription factor, NF)-κB的轉(zhuǎn)錄調(diào)控,將線粒體自噬與常見的炎癥信號通路聯(lián)系起來[8]。

2 中醫(yī)藥調(diào)控眼科疾病中的線粒體自噬

2.1 年齡相關(guān)性黃斑變性

視網(wǎng)膜色素上皮細胞(retinal pigment epithelium, RPE)和感光細胞在維持視覺中起重要作用。而RPE細胞的死亡是年齡相關(guān)性黃斑變性(age-related macular degeneration, AMD)的一個重要因素。大量研究提出線粒體自噬可能是發(fā)生AMD重要的機制之一。生理條件下角蛋白(keratin, KRT)8被發(fā)現(xiàn)通過網(wǎng)格蛋白(plectin, PLEC)與線粒體相互作用,促進線粒體自噬,減少受損線粒體的積累,從而減少RPE細胞死亡。然而,氧化應(yīng)激條件下會抑制PLEC與KRT8之間的聯(lián)系,從而促進RPE細胞死亡[9]。神經(jīng)酰胺激酶樣(ceramide kinase-like, CERKL)是一種新發(fā)現(xiàn)的保護RPE細胞免受氧化應(yīng)激損傷的基因,它的確切功能尚不完全清楚。有研究顯示,CERKL參與自噬、氧化應(yīng)激和線粒體自噬的調(diào)節(jié)[10]。CERKL基因缺失增加了RPE細胞線粒體的脆弱性,導(dǎo)致RPE細胞線粒體體積減小和形狀的改變,缺乏CERKL的RPE細胞在氧化應(yīng)激條件下線粒體呼吸功能嚴重失調(diào)[11]。

槲皮素是植物界廣泛分布的天然抗氧化劑,在側(cè)柏葉、高良姜、款冬花、桑寄生、三七等中藥中具有較高含量,可以通過Nrf-2-PGC-1α-Sirt1信號通路上調(diào)超氧化物歧化酶(superoxide dismutase, SOD)的水平以調(diào)節(jié)線粒體活性氧水平,從而促進線粒體自噬,抑制RPE細胞凋亡[12]。葡萄皮多酚具有豐富的多酚類提取物,是高效的抗氧化劑,其提取物可以降低LC3-Ⅱ在RPE細胞中的表達,從而保護和維持細胞內(nèi)線粒體自噬,抑制RPE細胞凋亡[13]。萊菔素是中藥萊菔子的主要有效成分之一,可以通過維持核因子紅系2相關(guān)因子(nuclear factor erythroid 2-related factor, Nrf)-2相關(guān)的氧化還原狀態(tài),上調(diào)沉默調(diào)節(jié)蛋白(recombinant sirtuin, SIRT)1和過氧化物酶體增殖受體γ輔激活因子(peroxisome proliIerators-activated receptor γ coactivator lalpha, PGC)-1α的表達,從而促進線粒體自噬起到對RPE細胞的保護作用[14]。甘草酸苷是一種從甘草中提取的生物活性三萜皂苷,它可以抑制活性氧的產(chǎn)生,并促進蛋白激酶(Aprotein kinase , Akt)磷酸化,上調(diào)Nrf-2表達,從而提高線粒體自噬水平,并抑制氧化應(yīng)激來保護RPE細胞[15]。上述研究顯示槲皮素和葡萄皮多酚可以通過抗氧化來提高細胞內(nèi)線粒體自噬水平,從而抑制RPE細胞凋亡;萊菔素和甘草酸苷可以通過維持Nrf-2相關(guān)的氧化還原狀態(tài),從而維持線粒體自噬水平來保護RPE細胞,而RPE細胞凋亡是AMD的重要因素,無論是抑制RPE細胞凋亡還是保護RPE細胞都可以針對AMD起到治療及預(yù)防作用。

2.2 糖尿病視網(wǎng)膜病變

糖尿病視網(wǎng)膜病變(diabetic retinopathy, DR)是糖尿病最常見的微血管病變之一,會導(dǎo)致內(nèi)皮細胞、周細胞、神經(jīng)節(jié)細胞等細胞的死亡[16]。膽汁酸膜受體G蛋白偶聯(lián)受體(type g protein-coupled receptor, TGR) 5激活可以通過抑制PKCδ / Drp1-HK2信號通路降低線粒體損傷并增強視網(wǎng)膜內(nèi)皮細胞中的線粒體自噬,調(diào)節(jié)細胞線粒體穩(wěn)態(tài),從而抑制視網(wǎng)膜內(nèi)皮細胞凋亡[17]。動力相關(guān)蛋白(dynamin related protein, Drp)1基因在DR的內(nèi)皮細胞內(nèi)高表達,將其敲除可以抑制視網(wǎng)膜內(nèi)皮細胞內(nèi)活性氧水平,并抑制自噬相關(guān)蛋白LC3-Ⅱ和自噬效應(yīng)蛋白Beclin1的表達,從而上調(diào)線粒體自噬水平,發(fā)揮視網(wǎng)膜內(nèi)皮細胞的保護作用[18]。腺苷活化蛋白激酶(adenosine-activated protein kinase, AMPK)可以上調(diào)凋亡相關(guān)蛋白兔抗人單克隆抗體(homo sapiens bcl2 associated x, apoptosis regulator, Bax)的表達,下調(diào)Beclin-2和LC3的表達,并且改善線粒體相關(guān)基因表達、跨膜電位和線粒體形態(tài),表明AMPK可以通過刺激線粒體自噬抑制視網(wǎng)膜內(nèi)皮細胞凋亡[19]。

海藻糖是主要存在于蟲類中藥中的一種自噬誘導(dǎo)劑,可以通過抑制SLC2A8/GLUT8受體,以激活A(yù)MPK來增強線粒體自噬,保護視網(wǎng)膜血管內(nèi)皮細胞[20]。白藜蘆醇是常見的植物多酚化合物,主要存在于虎杖、決明子等中藥,能通過SIRT1激活增加AMPK活性以上調(diào)線粒體自噬水平,并抑制NF-κB控制炎癥且減少活性氧生成,從而發(fā)揮其對視網(wǎng)膜神經(jīng)節(jié)細胞的保護作用[21-22]。大麻衍生物對視網(wǎng)膜的保護作用開始被發(fā)現(xiàn),它起著重要的神經(jīng)保護和神經(jīng)再生作用,通過抑制絲裂原活化蛋白激酶降低糖尿病動物的神經(jīng)毒性、炎癥和血視網(wǎng)膜屏障被破壞[23-24]。有研究指出大麻二酚可以有效改善DR的血管滲漏,其中的機制可能與抗氧化、抗炎和調(diào)節(jié)線粒體自噬相關(guān)[25]。DR作為糖尿病常見的微血管并發(fā)癥之一,常影響到多種細胞的生存,海藻糖可以保護視網(wǎng)膜血管內(nèi)皮細胞,白藜蘆醇可以保護視網(wǎng)膜神經(jīng)節(jié)細胞,從而延緩DR的進展,且近期研究發(fā)現(xiàn)大麻衍生物具有顯著的抗?jié)B漏作用,但其自身具有毒性及成癮性,還需進一步研究明確安全劑量及提升提取工藝,以降低不良反應(yīng)。

2.3 白內(nèi)障

白內(nèi)障是由于晶狀體渾濁,導(dǎo)致視網(wǎng)膜成像模糊,它的形成涉及多種信號通路,如氧化應(yīng)激、炎癥、自噬等[26]。有研究顯示,衰老的AMPK失活導(dǎo)致線粒體自噬水平下降,進一步造成晶狀體上皮細胞(lens epithelial cells, LECs)衰老從而發(fā)生年齡相關(guān)性白內(nèi)障[27]。激活A(yù)MPK可以延緩LECs的衰老并強化線粒體自噬水平[28]。年齡相關(guān)性白內(nèi)障患者LECs中SIRT1、LC3-Ⅱ/LC3-I表達增加,導(dǎo)致線粒體自噬被抑制進一步造成LECs細胞凋亡增加。

槲皮素可以通過調(diào)節(jié)TGFβ2/PI3K/Akt信號通路調(diào)控線粒體自噬水平,以抑制晶狀體蛋白變性及LECs凋亡,并且可以抑制白內(nèi)障中LECs間質(zhì)轉(zhuǎn)化,減少LECs損傷[29-30]。房水中各種細胞生長因子通常協(xié)調(diào)晶狀體的發(fā)育和維持晶狀體的動態(tài)平衡,其引起的調(diào)控系統(tǒng)對LECs的增殖與分化產(chǎn)生影響并導(dǎo)致白內(nèi)障形成[31],穿心蓮內(nèi)酯是中藥穿心蓮的有效成分,可以有效通過抑制Akt的磷酸化誘導(dǎo)線粒體自噬水平上調(diào),從而來抑制由于生長因子誘導(dǎo)的LECs增殖和遷移[32]。p38信號通路作為MAPK信號通路里的一個亞型,在調(diào)控自噬中發(fā)揮重要作用,香豆酸作為白花蛇舌草的提取物之一,能通過降低p38、氨基末端激酶(c-Jun n-terminal kinase, JNK)和細胞外信號調(diào)節(jié)激酶(extracellular signal-regulated kinase, Erk)的磷酸化和激活來調(diào)節(jié)線粒體自噬水平,同時具有抗氧化損傷的作用來保護LECs[33]。表沒食子兒茶素是綠茶中含量最高的茶多酚,可通過下調(diào) MAPK、Akt和Erk的激活,減輕由于氧化應(yīng)激誘導(dǎo)過度的線粒體自噬水平導(dǎo)致的LECs凋亡[34]。線粒體自噬需要在體內(nèi)維持穩(wěn)態(tài),當(dāng)其呈現(xiàn)過高水平,會導(dǎo)致LECs細胞損傷,當(dāng)其水平過低,則會導(dǎo)致功能障礙或衰老的細胞器殘留及過度的細胞增殖,槲皮素、香豆酸和表沒食子兒茶素可以降低線粒體自噬水平保護LECs,而穿心蓮內(nèi)酯則提升線粒體自噬水平抑制LECs的過度增殖,通過維持線粒體自噬和LECs的穩(wěn)態(tài)來防止白內(nèi)障的發(fā)生。

2.4 青光眼

青光眼是主要由于眼壓升高而導(dǎo)致視網(wǎng)膜神經(jīng)節(jié)細胞(retinal ganglion cells, RGCs)逐漸凋亡而發(fā)生的一類視神經(jīng)疾病。青光眼患者視神經(jīng)中磷酸化的AMPK水平升高,而AMPK的激活增加導(dǎo)致RGCs的突觸消除和樹突收縮[35]。有研究在哺乳動物青光眼小梁網(wǎng)細胞中觀察到細胞外基質(zhì)(extracellular matrix, ECM)成分和轉(zhuǎn)化生長因子(transforing growth factor , TGF)-β2的高沉積[36]。目前研究已知激活A(yù)MPK可以通過Ras 同源基因家族成員 A(Recombinant Ras Homolog Gene Family, Member A, RhoA)磷酸化下調(diào)小梁網(wǎng)細胞中ECM蛋白,然而當(dāng)RhoA未磷酸化時,AMPK會通過RhoA/ROCK途徑誘導(dǎo)ECM沉積[37]。并且有研究提出眼壓的升高和玻璃體內(nèi)PI3K/Akt和JAK/STAT通路的失活均會降低視網(wǎng)膜中RGCs的存活[38]。

白藜蘆醇是虎杖中一種重要的多酚類有效成分,可以通過抑制p38/p53通路的同時激活PI3K/Akt通路來下調(diào)線粒體自噬水平,從而減輕由于缺血損傷引起的RGCs凋亡和視網(wǎng)膜功能損害[39]。枸杞為眼科最常使用的中藥之一,有研究指出枸杞可以通過激活JNK/c-jun通路上調(diào)線粒體自噬水平,延遲了繼發(fā)性RGCs變性并改善了視網(wǎng)膜功能[40]。Hatziagapiou等[41]在研究缺血/再灌注損傷大鼠模型中,發(fā)現(xiàn)腹腔注射藏紅花提取物可以激活PI3K/Akt信號通路,調(diào)節(jié)細胞中線粒體自噬水平,清除由于缺血損傷的細胞器,以從而保護RGCs。有研究指出,青光眼濾過術(shù)后5年失敗率高達30%[42]。青蒿琥酯是青蒿素的衍生物,可以上調(diào)LC3-Ⅱ和Beclinl的表達,增強Tenon囊成纖維細胞的線粒體自噬水平,通過抑制細胞增殖來抑制青光眼濾過術(shù)后通道瘢痕形成[43]。上述研究表明白藜蘆醇可以下調(diào)線粒體自噬水平,減輕RGCs的凋亡,而藏紅花提取物可以增強線粒體自噬,清除受損細胞器來保護RGCs,兩者都可以延緩青光眼所導(dǎo)致的RGCs凋亡,控制青光眼的進程,而青蒿琥酯則可以通過增強線粒體自噬來抑制青光眼濾過術(shù)后瘢痕形成,降低青光眼術(shù)后的復(fù)發(fā)率。

2.5 其他眼科疾病與線粒體自噬

有證據(jù)表明,干眼與氧化應(yīng)激具有顯著的相關(guān)性,但角膜上皮細胞可以通過誘導(dǎo)線粒體自噬來減少氧化損傷[44]。顆粒性角膜營養(yǎng)不良[45]由TGF-β1基因上R124H位點突變引起,正常情況下TGFβ1通過角膜成纖維細胞中的線粒體自噬被降解,但顆粒性角膜營養(yǎng)不良出現(xiàn)突變的R124H大量積累。有研究發(fā)現(xiàn)透射電鏡下顯示在Fuchs內(nèi)皮性角膜營養(yǎng)不良中,線粒體脫氧核糖核酸(Deoxyribonucleic acid, DNA)損傷誘導(dǎo)了線粒體自噬,線粒體自噬的上調(diào)激活了線粒體融合蛋白的降解,從而導(dǎo)致更多的線粒體受損[46]。視網(wǎng)膜動脈阻塞的發(fā)生與動脈粥樣硬化相關(guān),而它們的發(fā)病與脂質(zhì)和脂蛋白的堆積顯著相關(guān),線粒體自噬在一定程度上可以清除這些脂質(zhì)和脂蛋白,但線粒體自噬水平上升可能也會促進動脈粥樣硬化斑塊的脫落,增加了視網(wǎng)膜動脈阻塞的風(fēng)險[47]。上述研究顯示線粒體自噬與眼科疾病廣泛相關(guān),可以將其作為進一步研究治療策略的抓手,目前尚無中醫(yī)藥通過調(diào)控線粒體自噬治療或防控的相關(guān)研究,還需今后進一步研究。

3 結(jié)語

本文較為全面地總結(jié)了線粒體自噬在眼科疾病的機制以及中醫(yī)藥調(diào)控線粒體自噬防治眼科疾病的研究,證實線粒體自噬確實參與眾多眼科疾病的發(fā)生發(fā)展,且中醫(yī)藥能夠調(diào)控相應(yīng)的靶點,從而防止疾病的發(fā)生發(fā)展。但目前大多研究尚處于初步發(fā)展階段,仍有較多不足。其一,目前大多數(shù)研究為動物研究,從動物研究成果轉(zhuǎn)化到臨床使用階段還有較大距離;其二,目前研究多集中于中藥單體及有效成分的研究,未能研究到方劑中藥物間配伍關(guān)系,不能發(fā)揮中醫(yī)藥特有的優(yōu)勢,對于中藥中的有效成分研究也不完整,覆蓋不全面;其三,目前的研究大多對經(jīng)典的信號通路進行研究,未能發(fā)掘新的靶點和治療機制,不能體現(xiàn)中醫(yī)藥多靶點作用的優(yōu)勢。整體觀念和辨證論治是中醫(yī)藥最大的優(yōu)勢和特點,中藥復(fù)方的配伍更靈活,且取得的效果更佳,因此今后還需加強中醫(yī)思想、中醫(yī)理念,對中藥復(fù)方進行研究。線粒體自噬是一把雙刃劍,如何利用線粒體自噬機制發(fā)揮中醫(yī)藥優(yōu)勢,還需今后進一步研究,以為臨床中醫(yī)藥調(diào)控線粒體自噬防治眼科疾病提供更多、更高質(zhì)量的參考依據(jù)。