细胞焦亡在眼部疾病中的研究进展△

张敏 李志坚 王亚敏

细胞凋亡、坏死、自噬是经典的细胞死亡方式，在眼部疾病中已有了较多的研究。而细胞焦亡是近些年来发现的新的细胞死亡方式，在各种系统性疾病中已有报道，为多种疾病的防治带来了希望。迄今为止老年性黄斑变性(age-related macular degeneration，AMD)、白内障等眼部疾病的发病机制仍不明确，但近些年来细胞焦亡在眼部疾病的研究中取得了一些进展，为这些疾病的发病机制及治疗提供了新的思路，也为治疗这些疾病带来了希望。

1细胞焦亡概述

细胞焦亡是继细胞凋亡和坏死之后发现的一种新的细胞程序性、伴有炎性因子参与的死亡方式[1]。细胞焦亡与凋亡相似，表现为细胞核皱缩、外吐小泡、DNA断裂、Annexin V及TUNEL染色阳性；同时也与坏死的细胞相似，表现为细胞肿胀破裂、释放胞内容物，并引起炎症反应，因此细胞焦亡又被称为细胞炎性坏死[2-3]。

研究已证明，在人和小鼠的细胞内存在两种死亡方式，分别为经典焦亡途径和非经典焦亡途径，细胞受到不同的刺激时通过不同的信号通路启动焦亡途径。(1)经典焦亡途径：首先不同的NOD样受体(NOD-like receptor，NLR)蛋白对相应的刺激信号产生选择性应答，接着半胱天冬氨酸酶1前体(precursor caspase-1，Pro-caspase-1)通过接头蛋白凋亡相关微粒蛋白(apoptosis-associated speck-like protein containing CARO，ASC)与NLR受体蛋白连接，从而形成一个高分子复合物，即含caspase-1经典性小体，Pro-caspase-1二聚体化，激活自身蛋白酶活性，自身剪切成有催化活性的caspase-1，caspase-1激活GasderminD蛋白(GSDMD)，诱导细胞焦亡的发生，使成熟的白细胞介素-1β(interleukin-1β，IL-1β)和IL-18分泌到细胞外。(2)非经典焦亡途径：即人的caspase-4/5或小鼠的caspase-11以胞内受体的方式结合细菌脂多糖(lipopolysaccharide，LPS)，导致caspases水解活性被激活，直接剪切GSDMD，诱导细胞裂解死亡，同时caspase-1在非经典焦亡途径中同样被NLRP3(NLR受体的一种)和ASC的结合体活化，将无活性的IL-1β前体(precursor interleukin-1β，Pro-IL-1β)较为成熟的IL-1β释放到细胞外。不论是经典焦亡途径还是非经典焦亡途径，最终均由执行蛋白GSDMD执行焦亡[4-5]。GSDMD被活化后的炎性caspase切割后释放有活性的N端结构域，并同源集聚形成多聚体，与细胞膜内磷脂酰肌醇磷酸和磷脂酰甘油等脂类特异性结合，从细胞内部贯穿于质膜，形成水通道，破坏质膜的完整性，导致细胞肿胀而焦亡，同时细胞因子IL-1β和IL-18被释放到细胞外，募集其他炎性细胞并扩大炎症反应[6-8]。

2细胞焦亡在眼部相关疾病中的研究

2.1细胞焦亡在AMD中的研究AMD是一种进行性疾病，其特点是视网膜色素上皮(retinal pigment epithelium，RPE)退化，黄斑区光感受器萎缩[9-10]。AMD是影响≥50岁人群的常见的眼部疾病，正逐渐成为世界范围内的一个主要健康问题。AMD晚期呈现出两种不同类型：脉络膜新生血管(choroidal neovascularization，CNV，湿性)和地图样萎缩(geographic atrophy，GA，干性)。目前CNV可以通过抗血管内皮生长因子(vascular endothelial growth factor，VEGF)治疗来进行临床管理[11]。然而还没有有效的治疗方法来缓解GA。

血中同型半胱氨酸水平随着年龄的增长而升高，已有研究表明高同型半胱氨酸血症与AMD发病机制有关。Singh等[12]提出一个新颖的AMD发病机制假说：高同型半胱氨酸血症的损伤启动视网膜组织中的炎症反应，从而启动AMD疾病进程，产生的炎症因子介导细胞焦亡启动，接着通过对各种免疫因子及视网膜各种细胞受体上调，导致非特异性免疫及特异性免疫反应，致使白细胞渗透和局部组织破坏，引发慢性炎症性变化，包括晚期新生血管化。对炎症分子和细胞焦亡的中心事件进行研究可能有助于阻滞甚至阻止老年人群中的AMD疾病进程。该假设还需进一步研究来证实。

AMD进程中各种视网膜细胞的死亡方式也无明确定论。近期有部分动物研究给出了一些思路。Chen等[13]研究发现IL-1β、IL-18和IL-17A可以通过细胞焦亡、坏死性凋亡和凋亡诱导鼠的多效视网膜干细胞(multipotent retinal stem cell，RSC)死亡，它们还会引起RSC的促炎反应，通过caspase-1的激活促进IL-1β和IL-18的成熟，该过程是细胞焦亡中的一部分。但此研究有局限性，RSC不是分化成熟的视网膜细胞，并不能说明成熟视网膜细胞的情况。Gao等[14]在大鼠眼内注射淀粉样蛋白，引起眼内炎症反应，然后检测RPE细胞的死亡方式，发现了在啮齿动物眼中NLRP3炎症因子激活RPE细胞焦亡和凋亡途径的证据，并且证实了GSDMD的裂解与RPE中的炎症激活有关，为该模型的细胞焦亡参与提供了分子基础。光感受器萎缩是AMD的一个特征，Viringipurampeer等[15]研究发现在视网膜退化模型P23H视紫红质突变鼠中，不同的信号通路被激活，视杆细胞死亡途径主要是细胞坏死，而视锥细胞死亡途径主要是细胞焦亡，该研究还发现死亡细胞的临近细胞死亡是通过P2RX7细胞表面受体介导的，说明细胞的死亡可以相互传播。

光的氧化损伤和NLRP3炎症因子的激活已被证实是AMD的影响因素。NLR受体对不同刺激信号选择性应答是细胞焦亡通路的起始。Tseng等[16]通过对AMD患者和非AMD患者眼组织进行NLRP3染色，发现在GA和CNV患者的RPE中发生了NLRP3上调，在人视网膜色素上皮细胞19系(human retinal pigment epithelium-19，ARPE-19)细胞中，溶酶体的不稳定诱发了NLRP3炎症因子活化，从而诱导出启动细胞焦亡的有效促炎细胞因子IL-1β的分泌，这些过程可能构成了AMD发病的新机制。Brandstetter等[17]用蓝光照射原代视网膜色素上皮(primary retinal pigment epithelium，pRPE)细胞和未转化的ARPE-19细胞导致细胞凋亡，然而预先用IL-1α和补体成分5a受体1(complement component 5a receptor 1，C5a)等炎症因子预处理组则表现为细胞焦亡，说明诸如IL-1α和C5a等物质引起的炎症反应改变了细胞死亡机制，使细胞从凋亡到细胞焦亡；该研究还表明有脂褐素积累的RPE细胞中，光氧化损伤导致了NLRP3炎症因子的激活，并释放出IL-1β和IL-18，通过抑制caspase-1或cathepsins B/L来抑制炎症因子激活可以显著减少细胞死亡，进一步证实了细胞焦亡的发生。

这些研究表明在AMD的发病及进程中，细胞焦亡参与了不同类型的视网膜细胞的死亡。炎症因子激活也是激活细胞焦亡的重要环节，而细胞焦亡并不是独立的，与其他细胞死亡方式之间也有交叉。炎症因子在细胞间的传递还会导致死亡的播散。由此可看出细胞焦亡的研究在AMD的发病机制及治疗方面有重要的价值。

2.2细胞焦亡在年龄相关性白内障中的研究白内障作为一个全球性的问题是老年人失明的主要原因，几乎占了视力残疾者的一半。手术已经成为治疗白内障的一种有效的方法，但是存在手术并发症的风险。了解白内障的发病机制可能会预防白内障的发展，从而减少全世界范围内的白内障负担。

晶状体上皮细胞死亡是非先天性白内障起始和进展的细胞基础。Jin等[18]研究发现白内障患者晶状体前囊膜组织中caspase-1和IL-1β的mRNA和蛋白表达比正常对照组显著增加。在H2O2处理过的晶状体上皮细胞中加入caspase-1抑制剂，与只用H2O2处理过的晶状体上皮细胞组相比，细胞焦亡显著减少，caspase-1和IL-1β的mRNA和蛋白表达也显著减少。细胞焦亡参与了晶状体上皮细胞的氧化，并可能涉及非先天性白内障的启动和进展。

KCNQ1OT1可以调节在Kcnq1区域内特定组织的印迹基因的表达。印迹基因是细胞凋亡的积极调控因子，而细胞凋亡参与了白内障形成，印迹基因可为白内障治疗提供新的治疗靶点。Jin等[19]研究发现长链非编码RNA KCNQ1OT1通过miR-214激活了caspase-1焦亡途径，促进了白内障形成，caspase-1是miR-214的下游目标，KCNQ1OT1的敲除减少了caspase-1的表达，说明KCNQ1OT1-miR-214-caspase-1调控途径是促进白内障形成的一种新的机制。该新型白内障形成机制的发现可为今后研究白内障预防和治疗的新策略提供了依据。

2.3细胞焦亡在角膜炎中的研究角膜炎是导致角膜溃疡的主要原因，会导致患病者视力障碍和失明。髓系细胞触发受体2(triggering receptor expressed on myeloid cells，TREM2)中表达的受体是一种新型的细胞表面受体，在感染性疾病中作为免疫调节受体起作用。Qu等[20]研究了TREM2在铜绿假单胞菌角膜炎中的功能和调节机制。发现缺乏TREM2鼠比野生型鼠角膜炎更严重。这是由于缺乏TREM2导致caspase-1增加和随后细胞焦亡的激活及IL-1β释放。此外caspase-1抑制剂抑制细胞焦亡后，不仅逆转了缺乏TREM2小鼠的严重角膜病变，而且恢复了因TREM2缺乏导致的铜绿甲单胞菌的清除抑制。该研究表明通过抑制caspase-1依赖的细胞焦亡，TREM2能促进宿主对铜绿假单胞菌的抵抗，为TREM2的抗细菌免疫提供了新的见解，同时也为铜绿假单胞菌性角膜炎的治疗提供了新的方向。

2.4细胞焦亡在闭合性眼爆炸伤中的研究眼外伤是全球第4大导致失明的原因。Bricker-Anthony等[21]用小鼠闭合性眼爆炸伤模型对眼闭合性爆照伤后的损伤及其机制进行了研究。发现过度压力的空气冲击波会导致视网膜的所有层面发生分子和细胞的变化，导致区域性非凋亡细胞死亡和视力下降。爆炸伤伤后第3天在视网膜内核层(inner nuclear layer retina，INL)发现caspase-1标记阳性细胞，主要位于中边缘视网膜，至28 d时80%的视网膜出现caspase-1阳性细胞，贯穿整个INL内部。Caspase-1是通过无轴突细胞之间的缝隙连接传播到邻近细胞的。证明了细胞焦亡参与了闭合性眼爆炸伤的延迟性视力损伤，但其具体焦亡途径还有待进一步研究。

2.5细胞焦亡在三苯氧胺的视网膜毒性中的研究三苯氧胺(tamoxifen)是一种非甾体类雌激素受体拮抗剂，它被广泛应用于低剂量的治疗中，作为治疗某些形式的乳腺癌的辅助疗法。三苯氧胺可以导致角膜毒性、白内障、视网膜病变和视神经病变。据报道，接受治疗患者的眼毒性副作用的发生率从6.3%到12.0%不等。其药物毒性最大的不良反应是黄斑病变。

Kim等[22]的研究发现在三苯氧胺作用的RPE细胞中出现caspase-1的激活和随后产生的成熟的IL-1β和细胞焦亡的激活，证明了NLRP3炎症因子的作用。加入caspase-1抑制剂后部分减少了细胞死亡，这表明虽然caspase-1确实与三苯氧胺介导的RPE细胞死亡有关，但细胞死亡并不主要是细胞焦亡引起的，还有其他途径。在ARPE-19细胞中最初表现出溶酶体不稳定，随后释放了cathepsins B、cathepsins L，该物质在启动多种细胞死亡机制中起着重要作用，包括细胞焦亡、凋亡和坏死性凋亡。对cathepsins B、cathepsins L双重抑制完全阻止了由三苯氧胺引起的RPE细胞死亡。Cathepsins B和L的抑制剂可能是药物抑制剂开发的可行性选择。

3展望

细胞焦亡为许多病因不明的眼部疾病提供了新的思路。目前在AMD的发生机制中研究较多，且发现细胞焦亡参与了视锥细胞、RPE细胞及多效视网膜干细胞死亡，但并不是单一因素，其共同的上游调控因子的发现可能为治疗AMD提供希望。细胞焦亡在白内障中也起一定作用，其通路上游基因抑制剂也许能减缓非先天性白内障的发展，但是否与其他通路间有相互影响，有没有共同的调控基因存在，这些问题仍需进一步研究。细胞焦亡目前在眼部疾病中的研究较少，其前景十分值得期待。