自噬與氧化應(yīng)激對(duì)青光眼視神經(jīng)損傷的調(diào)節(jié)作用研究進(jìn)展

彭焱靖，秦銘鋯，邱偉雯，彭素銀，鄧智祥，張秋麗

廣東醫(yī)科大學(xué)附屬醫(yī)院眼科中心，廣東湛江 524023

青光眼的特點(diǎn)是視神經(jīng)的緩慢進(jìn)行性退化，最終導(dǎo)致視網(wǎng)膜神經(jīng)節(jié)細(xì)胞（RGCs）不可逆性死亡，是不可逆轉(zhuǎn)致盲的主要原因。RGCs 具有長軸突和高密度線粒體，因而對(duì)氧化應(yīng)激更加敏感。活性氧（ROS）水平升高是神經(jīng)退行性疾病的常見特征，過量ROS促進(jìn)蛋白質(zhì)修飾和DNA 損傷，進(jìn)一步誘導(dǎo)神經(jīng)元死亡［1-2］。在青光眼大鼠視網(wǎng)膜和房水中可發(fā)現(xiàn)自由基產(chǎn)生增加，抗氧化劑超氧化物歧化酶（SOD）和過氧化氫酶水平降低，蛋白質(zhì)氧化標(biāo)志物丙二醛（MDA）、脂質(zhì)過氧化產(chǎn)物8-羥基-2-脫氧鳥苷累積，表明細(xì)胞內(nèi)出現(xiàn)明顯氧化應(yīng)激反應(yīng)，嚴(yán)重者可導(dǎo)致神經(jīng)細(xì)胞死亡［3-4］。自噬是細(xì)胞中進(jìn)化高度保守的一種自我降解的途徑，細(xì)胞在饑餓、缺氧和感染條件下由于能量的不平衡，會(huì)促進(jìn)氧化應(yīng)激，導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)ROS 累積，進(jìn)一步激活自噬，維持細(xì)胞和組織穩(wěn)態(tài)。研究表明，自噬紊亂與神經(jīng)退行性疾病有關(guān)，自噬在青光眼視神經(jīng)損傷時(shí)被激活［5-6］。氧化應(yīng)激和自噬均與青光眼視神經(jīng)損傷密切相關(guān)，ROS 與自噬的相互調(diào)控作用對(duì)維持細(xì)胞穩(wěn)態(tài)至關(guān)重要。自噬受氧化應(yīng)激的調(diào)節(jié)，ROS能夠誘導(dǎo)自噬發(fā)生，而過量的ROS 可通過破壞線粒體功能、氧化自噬相關(guān)蛋白和降低自噬溶酶體活性抑制自噬［7-9］；氧化應(yīng)激也受到自噬的調(diào)節(jié)，自噬可通過線粒體自噬和參與抗氧化反應(yīng)減少氧化應(yīng)激損傷［10-11］。現(xiàn)將自噬與氧化應(yīng)激在青光眼視神經(jīng)損傷中的調(diào)節(jié)作用研究進(jìn)展綜述如下。

1 自噬抑制氧化應(yīng)激在青光眼視神經(jīng)損傷中的作用

1.1 自噬通過抑制ROS 減輕青光眼視神經(jīng)損傷細(xì)胞內(nèi)ROS 主要由線粒體內(nèi)膜的電子傳遞鏈產(chǎn)生，線粒體通過不斷的融合、裂變、生物合成和線粒體自噬來保持細(xì)胞內(nèi)環(huán)境穩(wěn)定。線粒體自噬可以通過去除過多受損的線粒體來下調(diào)線粒體中ROS 的產(chǎn)生。在慢性氧化刺激下，神經(jīng)細(xì)胞內(nèi)Parkin 易位到線粒體中，通過線粒體自噬清除多余的ROS，維持細(xì)胞內(nèi)穩(wěn)態(tài)［12］。Parkin 是一種E3 泛素連接酶，其功能是介導(dǎo)線粒體自噬機(jī)制，選擇性清除功能失調(diào)的線粒體，抑制ROS 生成。在慢性高眼壓性青光眼大鼠視神經(jīng)中，過表達(dá)Parkin 可以顯著增強(qiáng)細(xì)胞內(nèi)線粒體自噬，抑制線粒體ROS 的生成，最終增加RGCs 存活率［10］，表明青光眼中線粒體自噬可抑制ROS 產(chǎn)生，保護(hù)視神經(jīng)。OPTN 是線粒體自噬途徑的受體之一，當(dāng)在青光眼小鼠RGCs 過表達(dá)OPTN 時(shí)，線粒體自噬激活，增強(qiáng)對(duì)ROS 的抵抗能力，降低RGCs 氧化應(yīng)激損傷［13］。E50K 突變是OPTN 的一種常見的突變形式，在OPTN-E50K 基因突變的小鼠視網(wǎng)膜中發(fā)現(xiàn)TDP-43 大量積累，說明OPTN 突變抑制了自噬降解途徑，無法調(diào)節(jié)ROS，導(dǎo)致青光眼視網(wǎng)膜神經(jīng)變性［14］。解偶聯(lián)蛋白2（UCP2）是一種線粒體內(nèi)膜蛋白，與氧化應(yīng)激產(chǎn)物的生成、線粒體膜電位的降低、代謝能量的耗散密切相關(guān)。在UCP2 基因缺陷的慢性高眼壓小鼠中，視網(wǎng)膜內(nèi)線粒體功能增強(qiáng)，線粒體自噬水平增加，可以抑制ROS 過度產(chǎn)生，促進(jìn)RGCs存活［15］，提示敲除UCP2 基因可能通過增加自噬抑制ROS 發(fā)揮保護(hù)視神經(jīng)的作用。因此，青光眼中線粒體自噬對(duì)于清除線粒體ROS、促進(jìn)視神經(jīng)存活十分重要。

1.2 自噬通過抗氧化減輕青光眼視神經(jīng)損傷 在哺乳動(dòng)物中，自噬和p62-Keap1-Nrf2 通路（簡稱Nrf2通路）是細(xì)胞內(nèi)主要的防御系統(tǒng)，可對(duì)抗氧化損傷并維持細(xì)胞穩(wěn)態(tài)。p62/SQSTM1 是一種泛素結(jié)合自噬受體蛋白，可將Nrf2 通路與自噬聯(lián)系起來，在氧化應(yīng)激、自噬受阻和代謝紊亂條件下細(xì)胞內(nèi)p62 基因轉(zhuǎn)錄激活，促進(jìn)細(xì)胞質(zhì)中p62蛋白的聚集。p62蛋白聚集體與Keap1的直接相互作用可維持Nrf2的慢性激活，進(jìn)一步促進(jìn)抗氧化酶的基因轉(zhuǎn)錄［16］。在視神經(jīng)擠壓青光眼大鼠模型中觀察到，視網(wǎng)膜神經(jīng)元在視神經(jīng)擠壓后第7 天自噬受損，p62 蛋白表達(dá)升高［11］。在ATG8缺陷小鼠肝臟中發(fā)現(xiàn)，大量p62積累激活Nrf2 分子，抑制氧化應(yīng)激反應(yīng)［17］。此外，核內(nèi)Nrf2促進(jìn)p62基因過度表達(dá)，形成p62-Keap1-Nrf2正反饋軸，導(dǎo)致Nrf2 持續(xù)激活。越來越多的研究表明，自噬的激活和p62-Keap1-Nrf2 正反饋環(huán)是改善神經(jīng)退行性疾病發(fā)展的保護(hù)機(jī)制［18-19］。雖然目前自噬與Nrf2 通路之間的串?dāng)_在青光眼中研究有限，但兩者相互作用關(guān)系可能成為治療青光眼的新靶點(diǎn)，自噬蛋白p62 可能通過激活Nrf2 抗氧化信號(hào)通路，減輕視神經(jīng)損傷。

2 氧化應(yīng)激調(diào)節(jié)自噬在對(duì)青光眼視神經(jīng)損傷中的作用

2.1 ROS 通過誘導(dǎo)自噬減輕青光眼視神經(jīng)損傷RGCs 具有很高的能量需求，而ROS 生成與抗氧化系統(tǒng)之間的不平衡導(dǎo)致腺苷三磷酸（ATP）不足，最終導(dǎo)致RGCs 損傷。在原發(fā)性開角型青光眼青光眼患者的血清和房水中，氧化產(chǎn)物MDA 水平升高，但抗氧化酶SOD 水平反而升高［20］。這說明機(jī)體內(nèi)可能存在自噬這種對(duì)氧化應(yīng)激的代償反應(yīng)機(jī)制。動(dòng)物實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，急性缺血缺氧大鼠視網(wǎng)膜內(nèi)RGCs 的ROS 水平升高，進(jìn)一步促進(jìn)自噬，減輕視神經(jīng)損害［21］。在自噬基因缺陷動(dòng)物中，細(xì)胞內(nèi)ROS 無法順利啟動(dòng)自噬這個(gè)保護(hù)機(jī)制，會(huì)導(dǎo)致RGCs 更容易發(fā)生損傷。比如ATG5 自噬基因缺失小鼠的視網(wǎng)膜比正常小鼠視網(wǎng)膜內(nèi)積聚更多氧化應(yīng)激產(chǎn)物［22］；視神經(jīng)軸切術(shù)后的ATG4b 敲除小鼠由于ROS 誘導(dǎo)自噬的反饋機(jī)制被抑制，導(dǎo)致其RGCs 存活率降低［23］。在機(jī)體生長發(fā)育中，自噬會(huì)隨著視網(wǎng)膜衰老而減少，在年老的視神經(jīng)擠壓青光眼模型小鼠中，氧化應(yīng)激水平升高，但由于視網(wǎng)膜的衰老導(dǎo)致自噬缺陷，其視神經(jīng)損傷比年輕的視神經(jīng)擠壓小鼠更加嚴(yán)重［24］。以上研究表明，在青光眼動(dòng)物模型中ROS 的積累可誘導(dǎo)自噬，進(jìn)而保護(hù)RGCs，一旦機(jī)體中自噬啟動(dòng)受限，那么ROS的過度積累就會(huì)損害RGCs。

在青光眼RGCs 中，ROS 可能通過細(xì)胞質(zhì)中的雷帕霉素靶蛋白（mTOR）通路介導(dǎo)自噬。哺乳動(dòng)物mTOR 靶標(biāo)蛋白對(duì)視網(wǎng)膜RGCs 發(fā)育和損傷后存活十分重要。細(xì)胞在營養(yǎng)物質(zhì)充足的情況下，mTOR被激活，抑制自噬發(fā)生。青光眼RGCs 在視網(wǎng)膜缺血再灌注損傷過程中，由于ATP 缺乏導(dǎo)致大量ROS生成。在神經(jīng)元中發(fā)現(xiàn)，大量ROS 可抑制mTOR 通路，促進(jìn)自噬體形成，增強(qiáng)自噬活性［25］。mTOR 抑制劑雷帕霉素通過激活自噬對(duì)慢性神經(jīng)退行性疾病如青光眼有益。在視網(wǎng)膜缺血再灌注損傷小鼠中，自噬早期使用雷帕霉素可以維持自噬的持續(xù)激活狀態(tài)，改善RGCs 存活率［8］。在慢性高眼壓大鼠中，應(yīng)用雷帕霉素可顯著減少RGCs 死亡率［26］。盡管ROS直接激活自噬在青光眼中的研究較少，但考慮到ROS、mTOR 信號(hào)傳導(dǎo)和自噬在神經(jīng)退行性疾病中的重要作用，有理由推測ROS 可能通過mTOR 通路調(diào)節(jié)自噬而參與青光眼視神經(jīng)損傷。

2.2 ROS 通過抑制自噬導(dǎo)致青光眼視神經(jīng)損傷ROS 可誘導(dǎo)線粒體DNA 損傷和線粒體膜電位降低，從而抑制線粒體自噬。抑制線粒體自噬會(huì)擾亂線粒體Ca2+穩(wěn)態(tài)，導(dǎo)致線粒體功能障礙，嚴(yán)重者甚至導(dǎo)致神經(jīng)元死亡。在青光眼大鼠急性視神經(jīng)擠壓模型中，細(xì)胞內(nèi)積聚大量ROS，破壞線粒體自噬，當(dāng)使用鈣通道抑制劑后降低了視網(wǎng)膜內(nèi)Ca2+積累，進(jìn)而改善神經(jīng)元軸突變性和促進(jìn)RGCs 的長期生存［7］。這表明青光眼中ROS 可能抑制線粒體自噬，促進(jìn)細(xì)胞內(nèi)Ca2+失衡，損害視神經(jīng)。大量ROS 會(huì)氧化自噬核心蛋白，令其失活，從而抑制自噬。在大鼠視網(wǎng)膜急性缺血再灌注損傷后24 h，RGCs細(xì)胞質(zhì)中自噬相關(guān)蛋白ATG4、ATG12、BECN1 減少，導(dǎo)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啟動(dòng)。另外，過度的氧化應(yīng)激也會(huì)損傷溶酶體膜，導(dǎo)致受損的溶酶體失去與自噬體融合的能力，從而降低自噬活性。轉(zhuǎn)錄因子EB（TFEB）可調(diào)節(jié)溶酶體活性和增強(qiáng)自噬促進(jìn)氧化應(yīng)激下的細(xì)胞存活。在高濃度H2O2作用下，TFEB 失活，進(jìn)而抑制自噬體和溶酶體形成，導(dǎo)致神經(jīng)元細(xì)胞死亡［9］，表明氧化應(yīng)激會(huì)破壞溶酶體穩(wěn)定性進(jìn)而抑制神經(jīng)元中的自噬。以上研究表明，在青光眼視神經(jīng)中，ROS可能通過抑制線粒體自噬、氧化自噬核心蛋白和破壞溶酶體功能，進(jìn)而抑制自噬，導(dǎo)致視神經(jīng)損傷。

綜上所述，ROS 介導(dǎo)的細(xì)胞成分損傷與青光眼的發(fā)病機(jī)制高度相關(guān)。氧化應(yīng)激可以激活自噬，而自噬可以消除細(xì)胞中氧化受損的成分，是短期氧化應(yīng)激下視網(wǎng)膜細(xì)胞存活的有益途徑。探討如何通過調(diào)節(jié)自噬來減輕氧化應(yīng)激損傷，有助于為未來青光眼視神經(jīng)抗氧化分子機(jī)制的研究和臨床治療提供新的思路。