膠質細胞活化相關炎癥在青光眼視神經病變中的研究進展△

李麗萍 張旭 雷苑

(1.復旦大學附屬眼耳鼻喉科醫院 衛生部近視眼重點實驗室 上海市視覺損害與重建重點實驗室 上海 200031；2.南昌大學附屬眼科醫院 江西省眼科學和視覺科學研究所 江西省眼科學重點實驗室 南昌 330006)

青光眼是一種以視網膜神經節細胞(retinal ganglion cells，RGCs)及其軸突凋亡為特征的視神經退行性病變，通常認為有多方面的成因，包括眼壓產生的機械和/或血管壓力、衰老、氧化應激以及基因和環境等危險因素，而越來越多的研究表明炎癥和免疫反應在青光眼視神經病變中具有重要作用[1]。

目前認為，青光眼視神經損害的原發部位是視盤篩板區[2]，且在高眼壓動物實驗中，抑制早期膠質細胞活化及減少炎癥因子釋放，對RGCs和視神經具有保護作用。例如，臨床上發現部分青光眼患者的視盤出血[3]以及視盤周圍脈絡膜視網膜萎縮帶[4]。出血可能是造成損傷的原始因素，也可能是某些神經炎癥的繼發性作用[5]；免疫抑制劑西羅莫司(雷帕霉素)可以通過抑制缺血再灌注的視網膜及視盤星形膠質細胞活化，減少RGCs丟失[6]；米諾環素(二甲胺四環素，四環素衍生物)也可通過抑制青光眼動物模型中膠質細胞活化，進而抑制視神經退行性病變[7]；臨床上，溴芬酸通過眼局部給藥即可在視網膜脈絡膜中產生并維持一定濃度，起到抗視網膜膠質化和調節炎癥介質的釋放等作用[8]，并且溴芬酸對正常RGCs沒有影響，也不加速視神經損傷的軸突病變，長時間(9 d以后)來看，溴芬酸對RGCs有一定的保護作用[8]。

青光眼視神經病變中視盤篩板處由膠質細胞等介導的炎癥和免疫反應與中樞神經系統(central nervous system, CNS)退行性疾病的一些典型的機制相似，但具體機制尚未明確[2,5]。本文重點就星形膠質細胞和小膠質細胞活化及其產生的炎癥因子，特別是視網膜及視盤部膠質細胞釋放的炎癥因子在青光眼視神經病變過程中的作用及相關機制進行綜述。

1 星形膠質細胞和小膠質細胞活化

青光眼早期即有視盤部位星形膠質細胞和小膠質細胞活化[9]。星形膠質細胞和小膠質細胞是視網膜及視乳頭篩板上重要的2種膠質細胞：星形膠質細胞分布于神經纖維層和神經節細胞層，且星形膠質細胞在視盤篩板處數量較多，是篩板部位的主要細胞類型，對維持RGCs的正常生理功能具有重要意義[10]；小膠質細胞分布于整個神經組織中，在視盤篩板處及視網膜血管周圍也有分布，主要參與視網膜免疫應答[11]。在人的青光眼視乳頭標本和動物實驗中發現膠質細胞的活化：星形膠質細胞活化后胞體增大、突起增多變粗[12]，且在高眼壓動物實驗早期RGC軸突損傷之前，即可檢測到大量星形膠質細胞相關的通路基因和蛋白表達改變，如感知元件模式識別受體(pattern recognition receptors, PRRs)、銜接蛋白和效應分子相關的表達上調[11,13]，以及補體沉積和表皮生長因子受體(epidermal growth factor receptor, EGFR)上調及其產生的誘導型一氧化氮合酶(inducible nitric oxide synthase, iNOS)及環氧酶-2(cyclo-oxygen-ase-2, COX-2)等促炎因子的增加[14-17]；小膠質細胞活化后不僅表達炎癥因子及補體、主要組織相容性復合體(major histocompatibility complex, MHC)等[1]，而且可招募循環系統中的免疫細胞協同促進炎癥反應[18]。青光眼視盤星形膠質細胞及小膠質細胞的活化所引起的神經炎癥，可影響應激的閾值，損傷神經元[1,10]，最終形成膠質瘢痕，抑制RGC軸突生長[9]。早期膠質細胞活化或輕度活化可能對視神經有一定的保護作用，隨著病程發展，膠質細胞持續的過度活化則會對視神經產生損傷[9,19]。

2 膠質細胞活化激活相關炎癥信號通路

Toll樣受體(Toll-like receptors, TLR)是PRRs中一種重要的受體，可識別病原體相關分子模式(pathogen-associated molecular patterns, PAMP)和損傷相關分子模式(damage-associated molecular pattern, DAMP)，如TLR3可對微生物雙鏈RNA產生反應，而TLR4可對細胞應激時產生的內源性物質如熱休克蛋白(heat shock proteins，HSPs)產生反應。至今，對人和小鼠分別報道了10種和13種TLRs[20]，所有類型的TLRs在小膠質細胞上均有表達，但星形膠質細胞上只表達TLR2、TLR3、TLR4、TLR5和 TLR9[21]，各自識別PAMP和DAMP的不同組分，直接對病原或損傷做出反應[20]。在人青光眼視網膜和動物模型上發現TLRs表達上升，且通過體外實驗證明，HSPs和氧化應激都可以通過上調TLRs，產生炎癥因子和免疫刺激因子，激發固有免疫和適應性免疫[11,13]。人青光眼視盤上調的肌腱蛋白-C即是TLR4的一種內源性配體[12]。肌腱蛋白-C在關節炎中可激活TLR4[22]。因此我們推測，青光眼RGCs發生改變、釋放DAMPs之前，肌腱蛋白-C可能通過TLR4激活炎癥反應[16]。TLRs通路激活后，可通過髓樣分化因子(myeloid differentiationfactor88, MyD88)激活核因子-κB(nuclear factor-κ-gene binding κ, NF-κB)和激活蛋白-1(activator protein-1, AP-1)，促進腫瘤壞死因子-α(tumor necrosis factor，TNF-α)、白細胞介素-1(interleukin-1，IL-1)、白細胞介素-6(interleukin-6，IL-6)和趨化因子等的表達[13]；TLRs也可通過TIR結構域銜接蛋白(TIR-domain-containing adaptor inducing interferon-β, TRIF)途徑激活干擾素調節因子等的表達[20]?？Х人岜揭阴タ梢种颇z質細胞活化與遷移，減弱NF-κB介導的炎癥反應，防止視網膜神經節細胞死亡[19]。

TNF-α是介導神經炎癥的一個重要細胞因子。星形膠質細胞和小膠質細胞均可產生TNF-α和表達TNF受體l(TNF-R1)，且在視盤上，TNF-α主要由星形膠質細胞產生[23]。TNF-α在青光眼視網膜和視盤中均有增加，TNF-R1在RGC及其神經軸突中表達也增加[24]。雖然有研究[25]表示，在視神經損傷模型中，早期TNF-α對RGCs具有一定的保護作用；但大量研究[15]表明，TNF-α可通過TNF受體介導半胱氨酸的天冬氨酸蛋白水解酶(cysteinyl aspartate specific proteinase, Caspase)激活、線粒體功能障礙和氧化應激等引起RGCs死亡，在青光眼神經病變中有重要作用。TNF-α可通過與RGC細胞膜上的TNF-R1結合，激活下游的TNF受體相關死亡結構域(TNF receptor associated death domain, TRADD)、TNF受體相關蛋白超家族(TNF receptor associated protein super family, TRAF)以及蛋白激酶等多條相互關聯的通路，共同激活caspase介導的RGC外源性凋亡途徑；另外，內源性可溶性TNF-α可以通過激活青光眼RGCs內的Ca2+通透性氨甲基膦酸受體(CP-AMPAR)，同時使CP-AMPAR表達增加，促進RGCs死亡[26]；亦有研究[27]表明TNF可通過FasL途徑介導RGCs死亡，在正常眼的玻璃體腔注射TNF-α可引起RGC死亡；通過抑制FasL可減輕玻璃體注射TNF-α介導的RGC毒作用[27]。此外，通過藥物或者基因敲除等抑制TNF-α可阻止小膠質細胞的活化、軸突變性和RGCs丟失[28]；在角膜化學損傷模型中，通過抑制TNF-α可抑制單核細胞向視網膜遷移和小膠質細胞活化，減輕繼發性青光眼的概率和RGC死亡[29]。TNF-α還可激活c-Jun氨基末端激酶(c-Jun N-terminal kinase, JNK)、NF-κB和細胞外調節蛋白激酶(extracellular regulated protein kinases, ERK)通路[15]，如NF-κB通路的活化可增加IL-1的表達，促進膠質細胞相關炎癥反應。

補體激活是炎癥反應中另一個重要早期事件[30]。在老鼠、猴等青光眼動物模型和人青光眼視網膜中都有補體升高，視盤和視網膜叢狀層是補體激活的兩個主要部位[13,17]。RGCs可感知細胞死亡或損傷并激活C1，級聯活化下游C3和C5，且可以吸引炎癥細胞到達補體處[17]。有研究[31]發現，補體在青光眼病變中具有雙刃劍的作用。C1qa在視盤小膠質細胞及RGC樹突上都有表達，可能是促進青光眼損傷的因素，且抑制C1可以減少青光眼RGCs樹突和突觸的丟失[32]。另外，在青光眼視盤和RGC上發現了大量膜攻擊復合物(membrane attack complex, MAC)，通過藥物抑制MAC可以減少RGC的凋亡[30]。盡管Harder[31]等發現星形膠質細胞C3水平的升高是高眼壓DBA/2J 和DBA/2J.Wlds老鼠模型早期免疫反應之一，提出C3可能通過EGFR信號途徑對青光眼起保護作用；但Kuehn等[33]等發現老鼠缺血再灌注可引起視網膜上補體表達與沉積增加；而C3缺失的老鼠視神經損傷較正常老鼠小，且RGC存活數量增加。Bosco等[34]給DBA/2J小鼠玻璃體腔注射AAV2.CR2-Crry，通過過表達Crry減少活化的C3d在視網膜的沉積，對慢性高眼壓下的RGCs軸突和胞體具有一定的保護作用。

在視盤中，活化的星形膠質細胞中EGFR表達明顯上升，并伴有酪氨酸磷酸化，促進iNOS、COX-2和前列腺素(prostaglandins, PGs)的產生和釋放，影響RGCs和視盤結構與功能[14]。Vidal等[35]發現，高眼壓模型老鼠視網膜叢狀層和視盤活化的星形膠質細胞中神經型一氧化氮合酶(neuronal nitric oxide synthase, nNOS)和iNOS表達上升；Shareef等[36]研究發現，壓力導致的視神經軸突損傷與iNOS產生過多的NO有關：在正常實驗大鼠視盤部位，星形膠質細胞、血管等可表達nNOS，血管內皮可表達內皮型一氧化氮合酶(endothelial nitric oxide synthase, eNOS)，而沒有發現iNOS表達；高眼壓實驗大鼠的眼視網膜中，在第4 d發現有iNOS 的表達升高，且在3個月時仍有iNOS的表達。Neufeld等[37]發現，iNOS抑制劑氨基胍可顯著減少RGC的損失，有望通過口服或局部使用達到青光眼視神經保護作用。另外，Zhang等[38-39]發現雖然正常視盤未檢測到細胞環加氧酶-2(COX-2)，但在離體培養的視盤組織塊中24 h 內即可檢測到COX-2，培養2～3 d后恢復低水平；用表皮生長因子(epidermal growth factor, EGF)刺激體外培養的大鼠視盤星形膠質細胞后可誘導產生COX-2，合成并分泌前列腺素E2(PGE2)，且呈時間依賴性；用EGFR的抑制物AG1478 后，表達均下降。在視神經損傷動物模型中，也發現了通過ERK和p38、依賴EGFR介導的COX-2和PGE2合成分泌增加。COX-2可氧化花生四烯酸生成PGs；PGD2、PGE2和PGI2 可分別通過與G蛋白偶聯的DP1、EP2/EP4和IP受體對神經起保護作用，而PGE2和PGF2α可以通過 EP1、FP受體損傷神經[40]。盡管很多神經炎癥相關的通路和分子在人和青光眼動物模型中已證實，但仍需大量的研究明確各類炎癥因子類型及其在青光眼不同病程中的作用和機制。

3 膠質細胞活化引起白細胞遷移及RGC死亡

在人青光眼視盤處，星形膠質細胞增加基質金屬蛋白酶的表達可能會導致基底膜降解和膠質膜破壞[41]，且白細胞跨血管遷移是在青光眼DBA/2J老鼠上最早發現的改變之一[1,5]。正常人視神經中只有少量CD163+巨噬細胞在軸突束隔膜上，而在早期和晚期青光眼中，數量增多的CD163+巨噬細胞可進入視神經束[42]。巨噬細胞和小膠質細胞在視神經中的聚集和活化在一些青光眼動物模型中也有報道，這可能對青光眼早期發病機制有重要影響[5]。Howell和Johnson等發現早期青光眼中選擇素、黏附分子和趨化因子等的表達上調，且白細胞可在檢測到視神經的損害之前跨血管內皮遷移進入視盤；若用射線處理動物后，單核細胞減少，視神經損害也隨之減輕，甚至在很長一段時間內檢測不到視神經損害，而給射線作用后的眼中注射內皮素2，又可出現典型的視神經損害[5]，糖基化依賴細胞黏附分子1(GlyCAM1)在單核細胞遷移至視盤的過程中可能具有重要作用[43]。在CNS中，TNF-α也可刺激血管內皮細胞，促進其由整合素介導的外周免疫細胞遷移[18]。星形膠質細胞中有多種整合素亞型，高眼壓可使位于血管附近的星形膠質細胞中的整合素表達上升，形成細胞外基質-粘連復合體-細胞骨架網絡系統，轉導細胞內外的機械-生物信號轉換，細胞可發生遷移、分化、黏附及產生炎癥等[44]。

4 結語

綜上所述，在青光眼的發生、發展中，視盤處的微環境可活化膠質細胞并使其釋放炎癥因子、引發免疫反應，而一些炎癥因子又可進一步影響膠質細胞和RGCs的功能。膠質細胞活化引起的炎癥和免疫反應導致視網膜RGCs死亡和篩板重塑、視盤損傷，或與青光眼患者神經纖維層變薄、大視杯、眼底出血、視野缺損等體征和癥狀相關。闡明青光眼早、中、晚期，特別是在早期星形膠質細胞和小膠質細胞活化與炎癥和免疫反應的關系，以及炎癥因子對視盤的影響，這將對青光眼的預防及靶向治療有重要的指導意義。