自噬与氧化应激对青光眼视神经损伤的调节作用研究进展

彭焱靖，秦铭锆，邱伟雯，彭素银，邓智祥，张秋丽

广东医科大学附属医院眼科中心，广东湛江 524023

青光眼的特点是视神经的缓慢进行性退化，最终导致视网膜神经节细胞（RGCs）不可逆性死亡，是不可逆转致盲的主要原因。RGCs 具有长轴突和高密度线粒体，因而对氧化应激更加敏感。活性氧（ROS）水平升高是神经退行性疾病的常见特征，过量ROS促进蛋白质修饰和DNA 损伤，进一步诱导神经元死亡［1-2］。在青光眼大鼠视网膜和房水中可发现自由基产生增加，抗氧化剂超氧化物歧化酶（SOD）和过氧化氢酶水平降低，蛋白质氧化标志物丙二醛（MDA）、脂质过氧化产物8-羟基-2-脱氧鸟苷累积，表明细胞内出现明显氧化应激反应，严重者可导致神经细胞死亡［3-4］。自噬是细胞中进化高度保守的一种自我降解的途径，细胞在饥饿、缺氧和感染条件下由于能量的不平衡，会促进氧化应激，导致细胞内ROS 累积，进一步激活自噬，维持细胞和组织稳态。研究表明，自噬紊乱与神经退行性疾病有关，自噬在青光眼视神经损伤时被激活［5-6］。氧化应激和自噬均与青光眼视神经损伤密切相关，ROS 与自噬的相互调控作用对维持细胞稳态至关重要。自噬受氧化应激的调节，ROS能够诱导自噬发生，而过量的ROS 可通过破坏线粒体功能、氧化自噬相关蛋白和降低自噬溶酶体活性抑制自噬［7-9］；氧化应激也受到自噬的调节，自噬可通过线粒体自噬和参与抗氧化反应减少氧化应激损伤［10-11］。现将自噬与氧化应激在青光眼视神经损伤中的调节作用研究进展综述如下。

1 自噬抑制氧化应激在青光眼视神经损伤中的作用

1.1 自噬通过抑制ROS 减轻青光眼视神经损伤细胞内ROS 主要由线粒体内膜的电子传递链产生，线粒体通过不断的融合、裂变、生物合成和线粒体自噬来保持细胞内环境稳定。线粒体自噬可以通过去除过多受损的线粒体来下调线粒体中ROS 的产生。在慢性氧化刺激下，神经细胞内Parkin 易位到线粒体中，通过线粒体自噬清除多余的ROS，维持细胞内稳态［12］。Parkin 是一种E3 泛素连接酶，其功能是介导线粒体自噬机制，选择性清除功能失调的线粒体，抑制ROS 生成。在慢性高眼压性青光眼大鼠视神经中，过表达Parkin 可以显著增强细胞内线粒体自噬，抑制线粒体ROS 的生成，最终增加RGCs 存活率［10］，表明青光眼中线粒体自噬可抑制ROS 产生，保护视神经。OPTN 是线粒体自噬途径的受体之一，当在青光眼小鼠RGCs 过表达OPTN 时，线粒体自噬激活，增强对ROS 的抵抗能力，降低RGCs 氧化应激损伤［13］。E50K 突变是OPTN 的一种常见的突变形式，在OPTN-E50K 基因突变的小鼠视网膜中发现TDP-43 大量积累，说明OPTN 突变抑制了自噬降解途径，无法调节ROS，导致青光眼视网膜神经变性［14］。解偶联蛋白2（UCP2）是一种线粒体内膜蛋白，与氧化应激产物的生成、线粒体膜电位的降低、代谢能量的耗散密切相关。在UCP2 基因缺陷的慢性高眼压小鼠中，视网膜内线粒体功能增强，线粒体自噬水平增加，可以抑制ROS 过度产生，促进RGCs存活［15］，提示敲除UCP2 基因可能通过增加自噬抑制ROS 发挥保护视神经的作用。因此，青光眼中线粒体自噬对于清除线粒体ROS、促进视神经存活十分重要。

1.2 自噬通过抗氧化减轻青光眼视神经损伤 在哺乳动物中，自噬和p62-Keap1-Nrf2 通路（简称Nrf2通路）是细胞内主要的防御系统，可对抗氧化损伤并维持细胞稳态。p62/SQSTM1 是一种泛素结合自噬受体蛋白，可将Nrf2 通路与自噬联系起来，在氧化应激、自噬受阻和代谢紊乱条件下细胞内p62 基因转录激活，促进细胞质中p62蛋白的聚集。p62蛋白聚集体与Keap1的直接相互作用可维持Nrf2的慢性激活，进一步促进抗氧化酶的基因转录［16］。在视神经挤压青光眼大鼠模型中观察到，视网膜神经元在视神经挤压后第7 天自噬受损，p62 蛋白表达升高［11］。在ATG8缺陷小鼠肝脏中发现，大量p62积累激活Nrf2 分子，抑制氧化应激反应［17］。此外，核内Nrf2促进p62基因过度表达，形成p62-Keap1-Nrf2正反馈轴，导致Nrf2 持续激活。越来越多的研究表明，自噬的激活和p62-Keap1-Nrf2 正反馈环是改善神经退行性疾病发展的保护机制［18-19］。虽然目前自噬与Nrf2 通路之间的串扰在青光眼中研究有限，但两者相互作用关系可能成为治疗青光眼的新靶点，自噬蛋白p62 可能通过激活Nrf2 抗氧化信号通路，减轻视神经损伤。

2 氧化应激调节自噬在对青光眼视神经损伤中的作用

2.1 ROS 通过诱导自噬减轻青光眼视神经损伤RGCs 具有很高的能量需求，而ROS 生成与抗氧化系统之间的不平衡导致腺苷三磷酸（ATP）不足，最终导致RGCs 损伤。在原发性开角型青光眼青光眼患者的血清和房水中，氧化产物MDA 水平升高，但抗氧化酶SOD 水平反而升高［20］。这说明机体内可能存在自噬这种对氧化应激的代偿反应机制。动物实验发现，急性缺血缺氧大鼠视网膜内RGCs 的ROS 水平升高，进一步促进自噬，减轻视神经损害［21］。在自噬基因缺陷动物中，细胞内ROS 无法顺利启动自噬这个保护机制，会导致RGCs 更容易发生损伤。比如ATG5 自噬基因缺失小鼠的视网膜比正常小鼠视网膜内积聚更多氧化应激产物［22］；视神经轴切术后的ATG4b 敲除小鼠由于ROS 诱导自噬的反馈机制被抑制，导致其RGCs 存活率降低［23］。在机体生长发育中，自噬会随着视网膜衰老而减少，在年老的视神经挤压青光眼模型小鼠中，氧化应激水平升高，但由于视网膜的衰老导致自噬缺陷，其视神经损伤比年轻的视神经挤压小鼠更加严重［24］。以上研究表明，在青光眼动物模型中ROS 的积累可诱导自噬，进而保护RGCs，一旦机体中自噬启动受限，那么ROS的过度积累就会损害RGCs。

在青光眼RGCs 中，ROS 可能通过细胞质中的雷帕霉素靶蛋白（mTOR）通路介导自噬。哺乳动物mTOR 靶标蛋白对视网膜RGCs 发育和损伤后存活十分重要。细胞在营养物质充足的情况下，mTOR被激活，抑制自噬发生。青光眼RGCs 在视网膜缺血再灌注损伤过程中，由于ATP 缺乏导致大量ROS生成。在神经元中发现，大量ROS 可抑制mTOR 通路，促进自噬体形成，增强自噬活性［25］。mTOR 抑制剂雷帕霉素通过激活自噬对慢性神经退行性疾病如青光眼有益。在视网膜缺血再灌注损伤小鼠中，自噬早期使用雷帕霉素可以维持自噬的持续激活状态，改善RGCs 存活率［8］。在慢性高眼压大鼠中，应用雷帕霉素可显著减少RGCs 死亡率［26］。尽管ROS直接激活自噬在青光眼中的研究较少，但考虑到ROS、mTOR 信号传导和自噬在神经退行性疾病中的重要作用，有理由推测ROS 可能通过mTOR 通路调节自噬而参与青光眼视神经损伤。

2.2 ROS 通过抑制自噬导致青光眼视神经损伤ROS 可诱导线粒体DNA 损伤和线粒体膜电位降低，从而抑制线粒体自噬。抑制线粒体自噬会扰乱线粒体Ca2+稳态，导致线粒体功能障碍，严重者甚至导致神经元死亡。在青光眼大鼠急性视神经挤压模型中，细胞内积聚大量ROS，破坏线粒体自噬，当使用钙通道抑制剂后降低了视网膜内Ca2+积累，进而改善神经元轴突变性和促进RGCs 的长期生存［7］。这表明青光眼中ROS 可能抑制线粒体自噬，促进细胞内Ca2+失衡，损害视神经。大量ROS 会氧化自噬核心蛋白，令其失活，从而抑制自噬。在大鼠视网膜急性缺血再灌注损伤后24 h，RGCs细胞质中自噬相关蛋白ATG4、ATG12、BECN1 减少，导致自噬通量降低［8］，表明ROS 可以氧化自噬核心蛋白抑制自噬的启动。另外，过度的氧化应激也会损伤溶酶体膜，导致受损的溶酶体失去与自噬体融合的能力，从而降低自噬活性。转录因子EB（TFEB）可调节溶酶体活性和增强自噬促进氧化应激下的细胞存活。在高浓度H2O2作用下，TFEB 失活，进而抑制自噬体和溶酶体形成，导致神经元细胞死亡［9］，表明氧化应激会破坏溶酶体稳定性进而抑制神经元中的自噬。以上研究表明，在青光眼视神经中，ROS可能通过抑制线粒体自噬、氧化自噬核心蛋白和破坏溶酶体功能，进而抑制自噬，导致视神经损伤。

综上所述，ROS 介导的细胞成分损伤与青光眼的发病机制高度相关。氧化应激可以激活自噬，而自噬可以消除细胞中氧化受损的成分，是短期氧化应激下视网膜细胞存活的有益途径。探讨如何通过调节自噬来减轻氧化应激损伤，有助于为未来青光眼视神经抗氧化分子机制的研究和临床治疗提供新的思路。