炎症相关机制在青光眼视网膜视神经损伤与保护中的作用

吴嘉雯 张圣海

(复旦大学附属眼耳鼻喉科医院眼科 上海 200031)

青光眼已经成为世界上最常见的致盲性眼病之一，2040年全球青光眼人数将增加至1.118 亿[1]。临床上，青光眼的治疗以降低眼压为主的药物治疗和滤过性手术、防止并发症为主[2]，但是无论何种方式都无法完全阻止青光眼视神经退行性病变[3]。传统学说认为，青光眼视神经损伤的机制主要包括机械学说、血管学说以及两种学说的结合。近年来，学者认为炎症反应是视神经损伤的共同特征[4-5]，低水平的炎症反应对维持视网膜及其附近的稳态具有重要作用，但是当炎症反应过度则会造成视神经损伤，视网膜神经节细胞(retinal ganglion cells,RGCs)死亡等一系列不可逆的退行性病 变[6]。因此，本文通过对青光眼炎症相关机制在视神经损伤和保护中的深入阐述，以期为青光眼的视神经保护治疗策略提供借鉴意义。

1 炎症相关机制在青光眼视网膜视神经损伤中的作用

1.1 免疫失衡 虽然存在血-视网膜屏障，但免疫细胞仍可参与青光眼的病理过程，免疫失衡是青光眼炎症反应的重要机制[7]。升高的眼压(intraocular pressure，IOP)会上调热休克蛋白，引发包括小胶质细胞激活、T细胞和巨噬细胞浸润在内的固有和适应性免疫反应，持续和过度的免疫反应会导致RGCs凋亡和视力丧失[8]。Margeta等[7]在13例捐赠的青光眼患眼的视神经和视乳头中均找到了CD163+的巨噬细胞。T细胞在青光眼神经退行性病变中的转移会导致正常IOP小鼠的RGCs及其轴突逐渐丢失[8]。研究人员在视网膜中找到了与经典补体途径(C1qa、C1qg，C3，C4)和旁路途径相关(B因子、C3)的基因，表明补体系统参与了RGCs的死亡过程[8]。在急性青光眼大鼠、小鼠以及人中均可找到炎症小 体[9]。Chi等[10]发现急性升高的眼压激活了TLR-4，进而触发了caspase-8的生成，Caspase-8激活炎症小体NLRP1和NLRP3，L-1β水平上升，RGCs死亡。在小鼠青光眼模型中，高迁移率族蛋白B1(high-mobility group box 1，HMGB1)由坏死细胞释放，触发HMGB1的释放，进而激活caspase-1依赖性NLRP3炎症小体和通过caspase-8激活 IL-1β[9]。

1.2 胶质细胞的活化 由于血-视网膜屏障的存在，生理状态下血源性的免疫细胞无法进入视网膜，因此胶质细胞成为了视网膜中主要的免疫细胞，发挥维持视网膜的稳态、清除杂质以及修复组织的保护作用[6]。轴突运输障碍、高眼压、兴奋毒性等因素可引起胶质细胞过度活化，并使其在视网膜和视神经中重新分布，改变形态，生成细胞因子和白介素等影响RGCs的存活[11]。星形胶质细胞、Müller细胞和小胶质细胞是视网膜和视神经中3种类型的常驻免疫细胞[12]。近来，众多研究[13-15]表明，3种胶质细胞在青光眼视神经损伤中均具有保护和损伤双重作用。M1型小胶质细胞产生蛋白水解酶和促炎细胞因子(TNF-α，IL-1β，IL-6，IL-12和NO等)促进组织炎症发生[16-18]；M2型小胶质细胞上调CD68，CD206和Ym1的表达，产生抗炎介质(如IL-10、IL-4、IL-13、TGF-β)和神经营养因子(IGF-1)参与组织修复和生长刺激[14,19]。A1型星形胶质细胞上调炎性介质产生损伤作用而A2型促进愈合修复[6]。Sterling等[7]在微磁珠诱导的高眼压小鼠青光眼模型中研究了A1型星形胶质细胞，发现在高IOP的作用下，IL-1α、TNF-α和C1q的水平升高。此外，促炎因子(IL-1，IL-8和TNF-α)还可以调节金属基质蛋白酶(matrix metalloproteinase，MMP)的表达，导致星形胶质细胞周围组织中的弹性蛋白和胶原沉积[20]。Müller细胞一方面在激活早期增加谷氨酸摄取、分泌抗氧化物质和神经营养因子起到保护RGCs的作用，另一方面过度激活分泌NO、TNF-α、IL-1β、MMP-9等也会导致和加重视神经的损伤[13,21]。

1.3 氧化应激和线粒体功能损伤 氧化应激被认为是青光眼重要的致病危险因素，其产物活性氧(reactive oxygen species,ROS)可作为驱动信号参与炎症，升高的眼压和缺氧引起的氧化应激导致青光眼视神经的萎缩和杯盘比的增大[22]。细胞内外晚期糖基化终末产物累积增加，氧化应激触发NF-κB，调节炎症分子(包括IL-6，TNF-α，iNOS)、细胞间黏附分子ICAM-1、MMP-9和凋亡抑制因子Bcl-2的表达[23]。缺血/缺氧或氧化应激可能会损伤线粒体功能，在青光眼中，氧化应激产生的线粒体DNA(mtDNA)的损伤过度激活了线粒体功能障碍，导致了RGCs的凋亡[22,24]。功能失调的线粒体也会释放多种损伤相关的分子模式(damage associated molecular patterns,DAMPs，如ATP、ROS和mtDNA)，这些DAMPs会激活NLRP3炎症小体，这又触发了促炎症细胞因子前体蛋白水解(如IL-1β)并导致NF-κB通路的激活[25]。近来，Soo-Ho Choi等[26]研究表明，基因敲除定位于线粒体的AIBP蛋白会导致RGCs和Müller细胞的线粒体功能障碍，激活TLR4介导的免疫反应。

1.4 缺血/缺氧 缺血会直接上调TNF-α，通过TNF受体1和COX-2直接导致RGCs的死亡，也可以通过间接损伤Müller细胞摄取谷氨酸的能力，导致谷氨酸的过度堆积，造成谷氨酸细胞毒性作用[27]。缺氧已经被认为在青光眼视神经损伤中发挥重要作用，高水平的缺氧诱导因子-1α(hypoxia inducible factor-1α，HIF-α)存在于星形胶质细胞和Müller细胞当 中[28]，可诱导血管内皮生长因子(vascular endothelial growth factor,VEGF)和一氧化氮合酶的产生，可能引起青光眼血-视网膜屏障破坏[29]。缺氧也使RGCs和Müller细胞的线粒体造成了损伤，导致了谷氨酸异常聚集，NMDA和AMPA受体的异常活化，增加了细胞钙内流，capase信号转导异常以及RGCs的死亡[30]。

2 抗炎症相关机制在青光眼视网膜视神经保护中的作用

近年来，关于视神经保护策略的研究主要包括补充神经营养因子、抑制谷氨酸兴奋毒性、抑制凋亡过程、抗氧化应激作用、阻断NO的神经毒性、抑制胶质细胞的过度活化[31]。炎症相关机制贯穿着所有青光眼类型的病程始终，因此调节青光眼的炎症相关反应也是未来不可或缺的视神经保护策略的一环。

2.1 抑制炎症因子的释放 炎症因子的释放是青光眼炎症相关机制不可避免的一步。因此，通过抑制炎症因子的释放可以减轻青光眼炎症反应，对视神经具有一定的保护作用。在巩膜静脉灼烧(EVC)诱导的高IOP大鼠中，饮水中给予咖啡因(1 g/L)可抑制总体炎症反应和预防视网膜小胶质细胞的活化，提高RGCs的存活率[32]。咖啡苯乙酯也得到了类似的效果，降低了炎症细胞因子(IL-6、IL-8、iNOS、COX-2、TNF-α、CCL-2/MCP-1)的表达[33]。对EVC诱导的高IOP小鼠模型进行伊纳西普腹腔注射给药可抑制视网膜中TNF-α的产生，预防RGC丢失和轴突变性[34]。生酮饮食(高脂肪、低碳水饮食)则可抑制在DBA/2J小鼠中炎症因子的表达，诱导抗炎因子的产生[35]。上述研究均可以表明抑制炎症因子的释放对视神经具有一定的保护作用，也为后续靶向治疗视神经提供了借鉴。

2.2 调节免疫机制 调节免疫机制不失为可行的策略，通过抑制caspase-8、NLRP3、HMGB1可显著减少RGCs的丢失和死亡。在啮齿动物模型中，通过玻璃体内注射caspase-1和caspase-8抑制剂可抑制对NLRP1和NLRP3，减轻急性发作的青光眼的严重程度[36]。激活TLR-4/Caspase-8/IL-1β轴可加速急性高眼压RGCs的死亡，通过基因敲除NLRP3的小鼠延缓了RGCs的丢失和视轴的存活时间[37]，通过抑制HMGB1，NLRP3，caspase-8和IL-1β的水平降低，减少了RGCs的死亡和阻止了视网膜变薄[38]。山柰酚(Kaempferol)可以通过抑制急性青光眼中的NF-κB和JNK途径抑制NLRP/NLRP3炎性小体和caspase-8，从而减轻了RGCs的死亡[39]。一研究利用AAV2为载体的基因疗法在DBA/2J小鼠模型腹腔注射C3抑制剂CR2-Crry，发现视网膜C3沉积减少，RGCs的变性和进展延缓[40]。在DBA/2J自发性青光眼小鼠，C1qa mRNA水平与疾病的进展有关，C1q抑制剂能够阻止早期RGCs的丢失[41]。近年来，研究人员还发现Fas信号通路也可通过炎症反应参与青光眼的发病机制。Fas受体抑制剂小分子肽ONL1204抑制了小胶质细胞的活化，细胞因子和趋化因子(GFAP、caspase-8、TNF-α、IL-1β、IL-6、IL-18、MIP-1α、MIP-1β、MIP-2、MCPI和IP10)，补体级联(C3,C1Q)成分，Toll样受体通路(TLR4)和炎症小体通路(NLRP3)的基因表达，可以为视神经提供保护作用[42]。

2.3 抑制胶质细胞的活化和表型转换 胶质细胞过度活化和表型转换是引起青光眼炎症的重要途径。因此，在青光眼早期抑制胶质细胞的过度活化和表型转换是有效的视神经保护策略。胰高血糖素样肽-1(GLP-1)受体激动剂NLY01减少了小胶质细胞、巨噬细胞分泌IL-1α、TNF-α和C1q，减少了A1型星型胶质细胞的转换，保护了RGCs的死亡[43]。Guttenplan 等[15]使用视神经截断和微珠注射诱导的高眼压小鼠，通过基因敲除IL-1α、TNF-α和C1qa，可以抑制反应性星型胶质细胞(A1)的活化,显著减少RGCs的死亡和防止急慢性青光眼的视神经损伤。米诺环素[44]、皮质醇、染料木素[45]等可以通过抑制小胶质细胞的增殖，促炎因子的释放来保护RGCs；枸杞可通过小胶质细胞和巨噬细胞的表型转换增加大鼠部分视神经横断后视网膜神经节细胞的存活率[46]。

2.4 抗氧化应激和线粒体功能障碍 考虑到氧化应激在炎症发展过程中所起的作用，靶向抑制慢性氧化应激相关通路和线粒体相关机制可能是有效抑制视神经退行性病变的方法。在微磁珠注射诱导的高Iop小鼠中使用抗氧化剂Tempol可使促炎性细胞因子(包括IL-1，IL-2，IFN-γ和TNF-α)下降一半[47]。辅酶Q10是线粒体电子传递链的重要组成部分，是一种有效的抗氧化剂，其在青光眼的体内外模型中均具有预防RGCs死亡的功能；α-硫辛酸和超氧化物歧化酶也是有效的抗氧化剂；中药如银杏叶提取物和枸杞提取物分别对正常眼压性青光眼和高IOP青光眼患者具有神经保护作用[31]。而一些天然植物如人参提取物、绿茶、大豆提取物、姜黄素等也具有抗炎抗氧化的神经保护作用[48]，为青光眼的视神经保护策略提供了借鉴意义。

3 展望

炎症机制是青光眼进展过程中是复杂却不可忽视的影响因素，它对疾病具有保护和损害双重作用，调节眼内炎症环境对预防和治疗视神经退行性病变有着不可忽视的意义。当然，仅仅依靠调节炎症相关机制还远远不够，未来，我们需要更进一步探索各类青光眼发病机制，以求可以解决青光眼视神经退行性病变这一难题。寻找能够针对其发病机制的具有多重作用的治疗方法可能是今后视神经保护策略的研究方向。