脑源性神经营养因子在青光眼高眼压导致的视神经节细胞的凋亡抑制作用的研究概述

陈 驰,燕晋媛,曹 霞 综述,马 骏 审校

(1.昆明医科大学第二附属医院中心实验室,昆明 650101；2.昆明医科大学第三附属医院腹部肿瘤外科，昆明 650100)

·综述·

脑源性神经营养因子在青光眼高眼压导致的视神经节细胞的凋亡抑制作用的研究概述

陈 驰1,燕晋媛1,曹 霞1综述,马 骏2△审校

(1.昆明医科大学第二附属医院中心实验室,昆明 650101；2.昆明医科大学第三附属医院腹部肿瘤外科，昆明 650100)

脑源性神经营养因子；青光眼； 视神经节细胞；细胞凋亡

脑源性神经营养因子(brain-derived neurotrophic factor,BDNF)是神经营养因子家族中的一员，已有文献证实在脊髓损伤后BDNF具有抑制其神经元进一步凋亡的作用，并对坐骨神经、面神经等外周神经的损伤也具有显著的凋亡抑制作用。而青光眼是世界范围内第二大致盲眼病，是由高眼压引起的视网膜神经节细胞的死亡，并最终致盲的严重眼科疾病。而目前为止，青光眼的发生机制仍然不明确。现今BDNF在视神经中的作用研究较少，而近年来国内外有文献报道称其对于损伤后的视神经节细胞进行性凋亡具有明显的抑制作用。因此本文着重概述近年来BDNF在青光眼高眼压所致视神经节细胞损伤下的凋亡抑制作用的研究，为后续此方面的研究提供参考依据。

1 BDNF及其受体在眼内的分布

BDNF是神经营养因子家族中的一员，自被发现以来，就因其抑制神经细胞凋亡的作用显著而受到广泛重视并被研究。BDNF在维持神经元的生长、分化和神经损伤后的修复与再生中发挥着重要作用。眼内的BDNF及其受体的表达可能是其局部发生作用的基础。现已经探明BDNF在脊髓损伤后具有抑制神经元进一步凋亡的作用[1]，并对坐骨神经、面神经等外周神经的损伤也具有积极的凋亡抑制作用，并促进神经元轴突的生长[2-3]。但是目前BDNF对于视神经的作用研究较少，近年国内外有文献报道称其对于损伤后的视神经节细胞进行性凋亡具有明显的抑制作用，尤其是在常见病青光眼高眼压所导致的损伤条件下。例如Perez等[4]发现在大鼠视网膜神经节细胞层、成纤维细胞层近侧端及内核层近侧端可见到BDNF mRNA的表达。免疫组织化学结果显示胚胎期大鼠内层视网膜、视网膜神经纤维层及视神经可见BDNF的主要受体高亲和力酪氨酸激酶B(tyrosine kinase receptors B,TrkB)受体的表达[4]。另外，Wordinger等[5]最先在小梁组织内及体外培养的小梁细胞中发现BDNF因子及其受体。此外,BDNF还可进行自分泌与旁分泌,在视网膜光感受器层、内核层均有表达[6]。可见，BDNF及其主要受体TrkB在眼内具有较为丰富的表达，这为眼内局部研究其作用提供了基础，可在生理或病理条件下进行对比观察，达到阐明其作用机制的目的，为人工干预提供可能。

2 青光眼与视网膜视神经节细胞视网膜神经节细胞(retinal ganglion cells，RGCs)凋亡

青光眼是全球第二大致盲眼病，其危害视力的严重性不言而喻，该病以持续升高的眼内压导致的RGCs的选择性凋亡为主要特征。虽然临床病例显示部分患者通过降低眼压的治疗后仍旧存在RGCs的进行性凋亡，但高眼压仍然是大部分患者RGCs损伤的主要原因，所以高眼压条件下的RGCs损伤机制的研究对于临床治疗具有重要的价值[7]。目前的研究显示青光眼中RGCs的死亡主要是通过：(1)经典的细胞凋亡机制；(2)其他包括神经营养因子的剥夺、胶质细胞的活化、兴奋性中毒、局部缺血和氧化压力等导致的非经典的细胞凋亡机制[8],其中神经营养因子BDNF的缺乏或剥夺在RGCs凋亡中发挥着关键作用[9]。

3 BDNF在青光眼高眼压损伤RGCs后的作用

多项研究均证实BDNF具有抑制青光眼高眼压损伤RGCs后的细胞凋亡作用[10-12]。如熊鳃等[13]用外源性BDNF来干预急性高眼压模型，结果发现虽然RGCs凋亡被抑制，但谷氨酰胺合成酶(GS)和L-谷氨酸-L-天冬氨酸转运体(GLAST)并没有显著性上调，说明BDNF并非通过作用于Müler细胞来增加胞外谷氨酸的摄取和代谢来抑制RGCs凋亡，具体机制有待阐明，但也充分说明了BDNF的凋亡抑制作用[13]。王慧等[9]在研究急性高眼压模型时发现谷氨酸阳性的细胞多是内核层的双极细胞，而给予BDNF后内核层的谷氨酸免疫反应显著降低，这说明BDNF可能通过某种途径抑制谷氨酸的释放及受体作用等环节，避免毒性物质的积累，抑制RGCs的凋亡[3]。这也说明BDNF具有细胞凋亡抑制作用，并且表明BDNF的缺乏导致的RGCs的凋亡机制更为重要，甚至不排除其是谷氨酸毒性累积的根本原因(BNDF首先发挥作用，缺乏失效时再通过Müler细胞等途径发挥保护RGCs的作用)。另外，多篇文献报道在青光眼高眼压致RGCs损伤的情况下，BDNF在眼内的自发性增高或外源性表达BDNF均能够发挥抑制RGCs进一步凋亡的作用[14-16]。Rudzinski等[17]和Weber等[18]研究显示，在高眼压第28天后，BDNF的表达量持续上调，RGCs的凋亡速度减低。Lambert等[19]发现在氧气-葡萄糖剥夺模型(取细胞培养后，将培养液分别换为含葡萄糖和不含葡萄糖的液体，不含葡萄糖组置入一个经改造的保鲜盒内，密闭并通入混合气体N2、CO2等，采用特定方法检测细胞损伤情况)中，筛板处和视乳头处的星形胶质细胞神经生长因子(NGF)、BDNF和神经营养因子-3(NT-3)的表达量升高，能够在缺血条件下抑制RGCs的凋亡[19]，在一定程度上间接表明高眼压缺血再灌注损伤后BDNF的凋亡抑制作用。这些研究充分说明在病理状态下，RGCs及周围组织以自分泌或旁分泌的方式代偿性增加BDNF和其受体的表达量，进行自我保护，抑制细胞凋亡[20-21]。还有一些研究也间接证实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基因修饰的神经前体细胞对轴浆运输部分中断的青光眼模型大鼠进行玻璃体腔或视网膜下腔移植后，存活RGCs的数目较对照组明显增加，证明BDNF对轴浆流运输部分中断所致的细胞凋亡具有抑制作用。Hu等[28]在研究TrkB的单克隆抗体29D7时，发现其在体外具有和BDNF相似的作用，能够促进视神经节细胞的生存和神经突触的生长，并发现通过巩膜静脉注射29D7，能够加强视神经节细胞的凋亡抑制作用，说明BDNF很可能通过其受体TrkB而直接发挥凋亡抑制作用。虽然这项研究并不是基于高眼压损伤条件下进行，但仍然值得借鉴思考，其充分说明BDNF的重要受体TrkB的作用，也证明BDNF通过TrkB发挥生物学效应[29]。

4 BDNF作用于TrkB受体后的细胞内信号传导通路

BDNF主要作用于TrkB受体发挥作用。目前已知BDNF作用于TrkB后的细胞内信号传导通路主要有3条：(1)丝裂原活化蛋白激酶/细胞外信号调节激酶通路(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，使反应逐步放大；激活的ERK可使cAMP反应元件结合蛋白ser133磷酸化，促进一系列基因表达和抗凋亡作用产生[30]。Zhou等[7]在青光眼高眼压模型中发现运用腺病毒表达丝裂原活化蛋白激酶1(mitogen-activated proteinkinasekinase 1，MEK1)并转染至RGCs，结果显示RGCs显著存活，证明MAPK/ERK通路在高眼压损伤机制下发挥了重要作用。朱江等[31]研究高眼压模型时使用BDNF干预Ets样转录因子(ets-like transcription factor-1，EIK-1)磷酸化水平，表明外源性BDNF可以促进大鼠急性高眼压后视网膜节细胞层EIK-1活化，而在MAPK信号传导过程中，EIK-1作为诱导基因发挥了关键性作用，再次说明高眼压损伤机制通过MAPK/ERK通路发挥了作用。第2条PI3K/AKT通路靠Ras激活，激活的PI3K促进质膜上产生第二信使3,4,5-三磷酸磷脂酰肌醇，最终导致蛋白激酶B(protein kinase B,AKT)的ser308位点磷酸化，从而发挥抗凋亡作用[32]。第3条PLc/IP3-DAG通路是在磷脂酰肌醇信号通路中胞外信号分子与细胞表面G蛋白耦联型受体结合，激活质膜上的磷脂酶C(PLc-β)，使质膜上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)两个第二信使，胞外信号转换为胞内信号，这一信号系统又称为“双信使系统”[33]。但目前尚少有文献报道在高眼压损伤机制下后两条通路发挥作用，这有待于进一步的研究证实。细胞内信号传导通路复杂，上述3条通路仍未完全清楚解释其作用过程，还有待于进一步深入探究，亦有可能存在其他信号通路在高眼压损伤机制下发挥作用。

5 神经元的靶向联系

研究BDNF在青光眼高眼压导致的RGCs的凋亡抑制作用的目的是希望通过使用BDNF来进行临床治疗，但大量文献已经报道通过将BDNF直接或间接注入或表达在眼内缺乏有效的长效机制[34]，这给将BDNF运用于治疗的期望带来困难，因此目前应该将神经元靶向联系机制加以研究并应用，因为这种机制对神经系统的发育和成熟起到了重要的作用。这种机制认为，正常的RGCs细胞提供了向他们靶向的神经元(可能是背外侧膝状体)的基础强度电信号，这些靶向神经元会表达RGCs而被神经节细胞轴突端获取而转给视网膜。而外伤或其他损伤对视神经的影响不仅会影响反向轴浆运输，也会影响靶向的神经元电活动联系。这种联系的减少导致的结果就是RGCs的显著减少，这既影响了已经受损的神经元，也影响正常健康的神经元，所以常常看到在解除了原始致伤因素以后，神经节细胞仍然处于进行性凋亡的状态[35]。所以，对靶向神经元的电活动干预可能会起到维持靶向神经元表达RGCs的水平，进而抑制凋亡的进行，也至少保证了未受损害的神经节细胞免受损害，这样就避免外源性的BDNF注入所产生的长效机制缺乏问题。基于上述理论，目前使用一种经颅磁刺激的治疗方法来保证靶向神经元的电刺激，具有一定的效果，但还需要进一步的研究[36-37]。

6 展 望

综上所述，关于BDNF在青光眼高眼压所致RGCs损伤中凋亡抑制作用的研究取得了一定的成果，但仍然存在诸多亟待解决的问题。如BDNF作用后的已知信号通路并不十分清楚，直接的BDNF注入或表达缺乏长效机制[38-39]及BDNF只能抑制部分种类的RGC凋亡等[40]。但全球该领域学者正在不懈努力，不断攻克复杂的信号通路或者打开思路考虑其他可能的深层机制。相信RGCs的研究和运用终会造福人类，极大地降低临床致盲率，避免患者遭受失明之苦。

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10.3969/j.issn.1671-8348.2017.33.044

云南省教育厅重点课题(2014Z062)；云南省学术技术带头人后备人才(2015HB041)。

陈驰(1990-)，硕士，主要从事神经免疫研究。△

，E-mail:1244815508@qq.com。

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1671-8348(2017)33-4735-04

2017-07-18

2017-09-26)