Rho/ROCK信号通路与青光眼

宋海珊，高殿文

(1.中国人民解放军 202医院 眼科，辽宁 沈阳 110003； 2.中国医科大学 附属盛京医院 眼科，辽宁 沈阳 110004)

青光眼是世界范围内首要的致盲性眼病之一。视网膜神经节细胞的凋亡是青光眼神经病变的最终通路。引起青光眼视神经病变的关键因素是眼压升高，目前的治疗方法主要是通过药物或手术降低眼压。由于单纯降低眼压并不能完全阻止神经节细胞及轴突的进行性变性损害，因此，寻求保护视网膜神经节细胞及其轴突的青光眼视神经保护治疗也越来越引起人们的重视，在相关领域开展了许多动物实验，已经取得有意义的研究成果，包括神经营养因子、凋亡抑制剂、谷氨酸拮抗剂、NO合成酶抑制剂、钙通道阻滞剂、抗氧化剂、疫苗等[1-2]，但都还缺乏有说服力的证据证明临床有效。

Rho属于小分子单聚体GTPases超家族，是Ras超家族的哺乳动物基因同系物，通过其下游最主要的效应分子Rho激酶或ROCK(Rho-associated coiled-coil-containing protein kinase)，来调节细胞肌动蛋白骨架的重组，从而广泛参与细胞有丝分裂、细胞骨架调整、肌肉细胞收缩、神经再生、肿瘤细胞浸润，细胞凋亡的调节等一系列生物学过程[3-4]。越来越多的研究表明：RhoA/ROCK激酶信号通路参与了青光眼的发病机制，在降低眼压、保护视网膜神经节细胞及改善眼部血流量方面为青光眼的治疗显示了良好的前景，特异性RhoA/ROCK阻断剂可能成为青光眼治疗的一个新的靶点。

1 Rho/ROCK信号通路的基本概念

自1985年首次发现Rho(ras homologous)基因以来[5]，人们对其基因产物Rho及其信号传导通路Rho/ROCK进行了广泛的研究。人Rho亚家族分子量约为20～30 kD，由氨基酸序列高度同源的3种异构体组成： RhoA、RhoB和RhoC，目前研究较为清楚的是RhoA。它含有高度保守的GDP/GTP结合区和GTP酶活性区，此外还具有靶区和膜定位结构。Rho蛋白以活化的Rho-GTP形式和非活化的Rho-GDP形式两种状态存在于细胞质中[6]。Rho受多种细胞因子的调控，使Rho完成两种状态之间的转换。活化的Rho-GTP作用于其下游的多种底物，产生不同的生物学效应。

ROCK是Rho下游最主要的效应分子[7]，称为相关卷曲螺旋形成蛋白激酶(Rho-associated coiled-coil-containing protein kinase)，简称为Rho激酶或ROCK。ROCK是一种丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶，其分子结构包括氨基端的催化结构域、中间结合Rho的α卷曲螺旋结构域和羧基端的催化结构域以及Cys/His区。活化的Rho- GTP通过与ROCK的α卷曲螺旋结构域结合，暴露ROCK的催化中心，激活ROCK。Rho激酶有两种同源性极高的异构体：ROCK I和ROCK II。

ROCK I主要在非神经组织中表达，包括心脏、肺和骨骼肌；ROCK II主要在大脑、脊髓等神经系统中表达。两种异构体在眼小梁组织、睫状体中都有表达[8]。

ROCK激活后，可以作用于多种底物，产生不同的生物学过程。其中，肌球蛋白轻链(MLC)和肌球蛋白轻链磷酸酶(MLCP)是两种最主要的底物。肌球蛋白轻链MLC的磷酸化水平是决定平滑肌收缩程度的一个重要因素。MLCK磷酸化MLC的Ser-19 位点，导致平滑肌收缩；MLCP的抑制可以使MLC的磷酸化和平滑肌的收缩进一步增强。ROCK被激活以后，本身可以将MLC磷酸化而发生肌丝收缩作用；同时也能将MLCP磷酸化，使MLCP失活，导致细胞胞浆内MLC磷酸化程度增高，间接促进肌丝收缩，而Rho或ROCK抑制剂可以抑制MLCP的活性，增强平滑肌的扩张[7]。

2 Rho/ROCK通路对眼压的影响

目前，治疗青光眼的方法主要是降低眼压。而眼压的增高是由于房水流畅率的下降或房水流出阻力的增高所致。通过降低房水流出道的阻力、增加房水流出易度来降低眼压已引起越来越多的关注。

2.1 房水的小梁引流途径

房水由睫状突上皮细胞分泌，主要通过小梁途径流出眼外，人眼的小梁房水流出系统包括：小梁网、Schlemm氏管和房水静脉。小梁网从眼内到眼外的方向又分为葡萄膜小梁、角巩膜小梁和邻管组织(juxtacanalicular conneetive tissue, JCT)。房水经葡萄膜小梁、角巩膜小梁和邻管组织，经Schlemm氏管内皮细胞上的孔，进入Schlemm氏管管腔，再经过集合管开口流入集合管和房水静脉，最终流入眼表。这一途径中Schlemm氏管和邻管组织是房水流出阻力最大的区域[9-10]，因而成为青光眼降眼压治疗的新靶点。

2.2 小梁组织的收缩特性及对房水引流的影响

小梁细胞具有平滑肌细胞样的一些特性，如：小梁细胞表达平滑肌细胞激动蛋白、肌球蛋白、离子通道和G蛋白藕联受体(GPCR)；另外，一些生长因子、细胞因子和药物均可以改变小梁细胞的收缩和舒张状态[11]。研究显示，小梁组织收缩时，细胞去极化、细胞内钙增加，导致房水流出减少；小梁组织舒张时，细胞超极化，max-K通道被激活、L型钙通道的关闭，导致房水外流增加[12]。由于小梁组织具有平滑肌特性，而平滑肌的收缩程度主要由MLC的磷酸化水平决定，促使人们设法通过Rho/ROCK信号通路来调节MLCP的活性，改变MLC的磷酸化水平，从而改变小梁组织收缩和舒张状态，增加房水经小梁途径引流[11 ]。

2.3 Rho对房水引流的影响

人眼小梁细胞、Schlemm氏管均表达RhoA。研究发现：通过转基因手段增加眼前节Rho GTPase抑制剂-C3胞外酶的表达、抑制Rho GTPase的活性可使小梁细胞发生形状和结构改变，导致肌动蛋白压力纤维和细胞间粘附减少，使细胞内MLC磷酸化水平下降，增加房水流出易度，促进房水外流[13]。他汀类降胆固醇药物可以间接降低Rho GTPase的活性，也表现出增加房水的流出易度、降低眼压的作用[14]。而激活Rho-GTPase却显示出相反的作用： 如用内皮素-1等Rho-GTPase激动剂可以增加细胞间粘附和肌动蛋白压力纤维，使MLC磷酸化水平提高，降低了灌注眼球的房水流出易度[15]。

2.4 ROCK抑制剂与房水引流

小梁组织和睫状体均表达ROCK。多项动物实验显示：通过局部滴药、前房注射或玻璃体腔注射等方式给予ROCK抑制剂后(包括Y- 27632、Y- 39983及fasudil)，均可以迅速降低实验动物的眼内压[16-18]。 ROCK抑制剂的降压作用与阻断ROCK后使小梁房水流出道松弛、导致房水引流增加密切相关。研究发现，Y-27632，H-1152及fasudil等ROCK的抑制剂能阻断Carbacol和内皮素-1诱导的小梁及睫状体的收缩，使小梁组织细胞间隙扩大，减少细胞内actin纤维及细胞间局部粘附形成[19-20]。Lu Z等[21]采用牛眼进行灌注实验，观察Y-27632对邻管区结构的影响及对房水流出易度的调节作用。结果表明，Y- 27632治疗眼邻管区明显扩张，房水流出易度增加。因此，ROCK抑制剂有望成为一种有潜力的待开发的降眼压药物。

3 Rho/ROCK通路与视神经保护

青光眼视网膜神经节细胞及其轴突的缓慢、进展性的变性，最终导致视网膜神经节细胞的凋亡。在有效控制眼压的基础上，寻求神经节细胞的保护是青光眼治疗的方向。在中枢神经系统中，阻断Rho/ROCK信号通路显示出令人兴奋的神经保护作用，为青光眼的视神经保护提供了思路。

3.1 Rho/ROCK通路与中枢神经元的保护

脑及脊髓损伤后，存在大量髓源性神经生长抑制因子，如Nogo-A、髓鞘相关糖蛋白(myelin- associated glycoprotein，MAG)、少突胶质细胞- 髓鞘相关糖蛋白(oligodendrocyte- myelin glycoprotein，OMgp)、以及LINGO-1等。这些抑制因子通过激活细胞内Rho/ROCK信号传导通路引起肌动蛋白骨架的重组和轴突生长锥的塌陷，从而阻断轴突再生过程，促进神经元凋亡[22-23]，而阻断Rho活性或阻断其下游效应分子ROCK均可以解除抑制促进轴突的生长[24]。研究发现，应用ROCK抑制剂Fasudil可显著改善大鼠脊髓外伤的运动神经元恢复，在急性期表现出神经保护作用，使组织损伤减轻、软化灶缩小，在恢复期观察到损伤部位神经纤维生长明显增强[25]。

3.2 Rho/ROCK通路与视网膜神经节细胞的保护

在青光眼的发病过程中，谷氨酸毒性、一氧化氮毒性、营养因子中断、血管异常、缺血再灌注损伤等均参与视网膜神经节细胞凋亡的过程。青光眼鼠动物模型中，可发现髓源性生长抑制因子LINGO-1表达上调，RhoA活性增加[26]。在视神经挤压伤动物模型中发现：应用Rho阻断剂C3-07可以促神经节细胞轴突的再生，增加视网膜神经节细胞的存活[27]。Kitaoka[28]证实ROCK阻断剂fasudil在NMDA所致的视网膜神经毒性中显示出神经保护作用。这些研究提示，Rho/ROCK通路阻断剂对保护青光眼神经节细胞存活方面具有潜在作用。

4 Rho/ROCK通路对眼内血流量的影响

缺血因素在青光眼的发病机制中具有重要作用[29]，改善眼的血液灌注成为青光眼治疗的一个新方向。大量研究显示，Rho- GTPase和ROCK的抑制剂能够舒张高血压患者血管内皮细胞下的平滑肌，减轻血管痉挛，增加机体血液灌注。ROCK抑制剂还可以降低眼内压并增加局部眼血流量[30]。应用Rho-GTPase和ROCK抑制剂来增加眼部的血流量可能有助于青光眼的治疗。

5 小 结

Rho/ROCK信号通路参与了青光眼的发病过程，在青光眼降眼压治疗、抗RGC凋亡、增加视网膜血液灌注等方面显示出令人鼓舞的潜力，特异性RhoA/ROCK阻断剂可能成为青光眼治疗的一个新的靶点，为抗青光眼治疗提供新的思路。

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