缺血性视神经病变相关分子的病理机制

王晶莹，王 影，赵子德，龙思羽，孙婉钰，周芷伊

0引言

缺血性视神经病变(ischemic optic neuropathy，ION)是一种常导致严重的永久性视力损害和视野缺损的急性视神经损害。临床上，根据视盘是否肿胀，将其分为前部缺血性视神经病变(anterior ischemic optic neuropathy，AION)和后部缺血性视神经病变(posterior ischemic optic neuropathy，PION)，前者是供应视盘筛板区的睫状后短动脉缺血，后者是筛板后至视交叉间的视神经血管发生急性缺血。这两种类型均可分为动脉炎性和非动脉炎性，几乎所有动脉炎性缺血性视神经病变都是由巨细胞动脉炎引起的，目前在欧美国家发病率较高，在我国尚属罕见。因此，本文以非动脉炎性前部缺血性视神经病变(nonarteritic anterior ischemic optic neuropathy，NAION)为重点，从其发病机制、病理改变，以及既往研究中相关蛋白分子和易感基因方面综述了目前该病的分子病理机制，为今后研究NAION的病理机制及治疗提供理论依据。

1 NAION发病机制

NAION确切发病机制尚未完全明确，目前，视盘血供灌注压降低和危险视盘结构是诱发NAION的共识。视盘由睫状后短动脉、软膜动脉网分支和脉络膜血管分支组成的吻合Zinn-Haller环的动脉血供[1]，生理条件下，视盘血供的灌注压与眼内压、血压处于动态平衡状态[2]，但这种血液供应系统十分脆弱，各种眼局部或全身血管危险因素引发的压力变化即可能导致血管自动调节机制紊乱，引起毛细血管灌注压降至临界水平以下和缺血。现已证实的血管危险因素包括高血压、夜间低血压、糖尿病、睡眠呼吸暂停综合征等，以及可能相关的高脂血症、贫血和吸烟等[3-6]，而颈动脉狭窄、心脏病或中风并没有增加NAION的风险[7]。此外，某些药物的使用与NAION有所相关，如磷酸二酯酶(PDE5)抑制剂[8]和胺碘酮[9]等。研究还发现，绝大多数的NAION患者除了具备血管危险因素，同时拥有较小的视盘或视杯(杯盘比<0.35)，这种“危险视盘结构”使得120多万条视神经纤维通过视盘时十分拥挤[10]。Moghimi等[11]利用谱域光学相干层析成像(spectral domain optical coherence tomography, SD-OCT)对NAION患者与健康对照组的视神经头结构进行对比研究发现，NAION患者的筛板前膜组织较厚。这些解剖特征共同对疾病的发生奠定了病理基础。

2病理改变

理论上，各种因素引起视盘低灌注或缺血梗塞将引起视神经轴突水肿，当局限性肿胀的视神经纤维穿过僵硬且拥挤的筛板前固定间隙时，会通过隔室综合征加重对视神经的机械性压迫，继而进一步阻断其内毛细血管血供并引发炎症反应，引起轴突退化和视网膜神经节细胞(retinal ganglion cells, RGCs)凋亡。王一玮等[12]通过对大鼠NAION(rodent NAION, rNAION)模型RGCs及视神经轴突的动态观察，发现rNAION模型建立1wk后即出现视神经部分轴突水肿、神经纤维髓鞘解体，RGCs缓慢丢失，随着病变时间延长，视神经轴突溃变消失、胶质明显增生，伴RGCs存活率快速下降，仅有37.5%; Salgado等[13]通过对早期NAION患者视神经组织临床标本和诱导后非人灵长类NAION模型的对比观察，发现二者病理组织相似，局灶性轴突丢失区域均出现外源性巨噬细胞和内源性小胶质细胞，认为细胞炎症在视神经梗死后发挥重要作用，主要通过多形核白细胞和巨噬细胞参与碎片清除和视神经组织重塑。

3 NAION相关蛋白分子

3.1细胞凋亡相关分子细胞凋亡是维持机体组织或器官内环境平衡与稳定的细胞程序性死亡，若各因素引起细胞凋亡功能紊乱，将导致机体炎症、神经退行性疾病、肿瘤等病理改变[14]。凋亡的主要途径包括内源性途径，即线粒体通路，如由Bcl-2 (B-cell lymphoma-2) 家族蛋白调控，激活凋亡启动亚类含半胱氨酸的天冬氨酸蛋白水解酶(Caspase) 蛋白酶作用反应；外源性途径，即死亡受体通路，如激活肿瘤坏死因子(TNF)/肿瘤坏死因子受体(TNFR)或凋亡相关因子配体(FasL)/凋亡相关因子受体(Fas)通路作用反应；以及内质网应激(endoplasmic reticulum stress，ERS)，最终激活下游的执行细胞凋亡效应分子Caspase-3，通过分解其他蛋白质引起凋亡。由于RGCs凋亡为NAION主要的病理结局，目前基础研究多聚焦于凋亡相关分子。

3.1.1 Caspase蛋白家族和Bcl-2蛋白家族Caspase家族可介导细胞凋亡的级联反应，现发现该蛋白家族在哺乳动物细胞中包括15种家族成员，包括凋亡起始分子如Caspase-2、Caspase-8、Caspase-9、Caspase-10等；凋亡效应分子如Caspase-3、Caspase-6、Caspase-7等，为级联反应下游的执行细胞凋亡效应分子[15]。Bcl-2家族中的Bcl-2分子可以对细胞凋亡发挥抑制及抗氧化作用，Bax分子则可以促进细胞凋亡[16]。田紫煜等[17]通过眶内及眶外针刺对NAION兔模型细胞中凋亡关键蛋白观察，发现针刺对NAION组织Bax及Caspase-3表达有一定抑制作用，对Bcl-2表达有促进作用，从而减少RGCs凋亡、修复视神经，干预NAION病变进程。

3.1.2 Fas受体Fas为一种细胞膜Ⅰ型跨膜蛋白受体分子，其天然配体FasL为Ⅱ型跨膜蛋白，二者同属于TNFR家族跨膜蛋白，机体正常组织中均有表达，且相互结合可诱导Fas所在的细胞凋亡，在多种免疫性疾病、血液系统疾病及肿瘤疾病等方面发挥重要的生理功能。李雪菲[18]采用中药干预rNAION模型，发现抑制Fas以及FasL表达，从外源性途径抑制了RGCs凋亡。

3.1.3 ERS相关分子ERS表现为在各种损伤因素的作用下，许多错误折叠与未折叠蛋白聚集在内质网内，导致细胞内钙离子(Ca2+)平衡紊乱，影响细胞稳态。激活后的ERS可引起相关葡萄糖调节蛋白78(glucose regulated protein 78kD，GRP78)和CCAAT/增强子结合同源蛋白(CHOP)等表达变化。GRP78有助于将新合成的多肽跨内质网膜转运，促进蛋白质的折叠和组装，靶向错误折叠的蛋白质进行内质网相关降解(ER-associated degradation, ERAD)，调节钙稳态，并充当内质网应激传感器，而CHOP通过与蛋白激酶R样内质网激酶(proteinkinase R-like ER kinase, PERK)、肌醇酶(inositol-requiring enzyme-1，IRE-1)、活化转录因子6 (activating transcription factor6, ATF6)等信号通路相互作用介导细胞凋亡[19]。Kumar等[20]在rNAION模型建模后1d，观察到视网膜内CHOP表达增加、GRP78表达减少，证实了急性NAION可导致ERS增加。

3.2内皮素-1 内皮素-1(endothelin 1, ET-1)是一种由血管内皮细胞分泌的生物活性肽，可以通过与内皮素受体ETA和ETB受体结合，影响细胞内Ca2+内流、一氧化氮(NO)及前列环素释放而调节血管张力和血流量，在血流动力学中发挥重要生理调节功能。诸多国内外研究证实，ET-1在缺血性视神经病变中发挥一定作用。Cioffi等[21]应用ET-1造成慢性rNAION模型产生剂量依赖性的血管收缩，并出现了视神经轴突丧失。王润生等[22]动态观察了急性期rAION模型眼内组织ET-1水平变化过程，认为一旦视盘局部缺血缺氧即刺激ET-1分泌，进而影响疾病进程，ET-1浓度与视盘水肿持续或消退状态相关。

3.3髓样细胞触发受体髓样细胞触发受体(triggering receptor expressed on myeloid cells,TREMs)是主要在髓样细胞中表达的免疫球蛋白跨膜受体超家族，可介导多种途径诱导细胞内Ca2+动员、肌动蛋白细胞骨架重排、核因子κB(NF-κB)等转录因子激活、相关细胞因子生成、吞噬等作用，同时也调节神经系统的凋亡[23]。其中TREM-1、TREM-2为热门研究受体。TREM-1是在固有免疫细胞(中性粒细胞、成熟单核细胞、巨噬细胞)和血小板上表达的免疫受体，通过促进Toll样受体(Toll-like receptor, TLR)和NOD样受体(nucleotide binding oligomerization domain like receptors, NLR)参与触发的炎症信号放大[24]；而TREM-2则是一种重要的自身免疫负调节因子，可以抑制巨噬细胞TNF和白细胞介素-6 (interleukin- 6, IL-6) 的产生，并促进小胶质细胞的抗炎状态[25]。孟凡超等[26-27]在rAION模型视神经组织中分别检测TREM-1、TREM2，研究结果表明二者表达与AION有一定关系，TREM-1通过促进炎症反应及促凋亡作用加重视神经损伤，TREM-2则通过抗炎、抗凋亡作用发挥神经保护作用。

3.4原肌球蛋白受体激酶B 原肌球蛋白受体激酶B(tropomyosin-related kinase B, TrkB)是位于神经细胞膜上的一种跨膜蛋白，是脑源性神经营养因子(brain-derived neurotrophic factor, BDNF)的特异性受体。当BDNF与高亲和力的TrkB受体结合，将介导下游信号分子的激活，如丝裂原活化蛋白激酶(mitogen-activated protein kinase，MAPK)和磷脂酰肌醇-3激酶(phosphatidylinositol 3-kinase, PI3K)，对神经系统神经元丢失具有抑制作用。在神经保护治疗中，除了广泛应用的外源性BDNF治疗靶点，通过使用直接与TrkB受体结合的单克隆抗体以激活内源性神经营养因子也是一种治疗途径。抗TrkB受体单克隆抗体诱导TrkB受体磷酸化，可激活细胞外调节蛋白激酶(extracellular regulated protein kinases，ERK1/2)和蛋白激酶B(AKT)信号通路，对实验性青光眼和视神经切断后RGCs的抢救具有一定作用[28-29]。Ali等[30]通过应用TrkB受体特异性激动剂LM22A-4，证实在rNAION模型中激活TrkB受体均可提高体内、体外RGCs的存活率，为治疗NAION提供了有效依据。

3.5 αB-晶体蛋白αB-晶体蛋白(αB-crystallin，αB-C)属于小热休克蛋白家族成员，分布在晶状体、神经视网膜、视网膜色素上皮等不同组织中，在信号传导、蛋白质降解、细胞骨架结构稳定和细胞凋亡等细胞过程中起着重要作用[31]。大量研究表明，αB-C在视神经损伤模型中具有神经保护作用，可以提高RGCs的存活率和视网膜功能[32]。Wu等[33]研究证实αB-C通过减弱Caspase-3表达来抑制RGCs的死亡，在视网膜缺血再灌注损伤中起到神经保护作用。Yan等[31]研究发现，αB-C可显著降低丙二醛(MDA)、NO水平以及一氧化氮合酶(iNOS)、NF-κB-p65的阳性表达，提高总超氧化歧化酶(T-SOD)活性，发挥抗氧化作用，保护视网膜免受缺血再灌注损伤。Pangratz-Fuehrer等[34]发现rAION模型视神经组织中αB-C表达增加，并与小胶质细胞及星形胶质细胞的激活相一致，认为αB-C是实验性AION的早期标志物，而αB-C治疗可通过降低小胶质细胞活性和促进少突胶质细胞存活以增强缺血后内源性神经保护。

4 NAION相关易感基因

4.1凝血因子相关基因多态性凝血因子是参与凝血过程的各种蛋白质组分，其基因多态性可以改变血浆浓度，影响机体凝血与抗凝的动态平衡，对纤溶功能低下、血栓形成起到重要作用。研究证实，NAION与遗传性及获得性凝血因子有关[35]。Glueck等[36]前瞻性评估了12例NAION患者血清中与凝血障碍相关基因，发现亚甲基四氢叶酸还原酶(MTHFR)基因C677T纯合突变，认为这与NAION发病存在因果关系。此外，凝血因子V莱顿(FVL)突变和凝血酶原基因G20210A突变(PTG)是血栓性疾病的主要危险因素，也是NAION发病的潜在风险[37]。

4.2血小板膜糖蛋白多态性血小板在血栓形成中发挥重要作用，它们通过某些膜糖蛋白和内皮下层成分的相互作用而黏附在血管内皮受损处，控制黏附或聚集所必需的膜糖蛋白基因的多态性可能导致血栓形成的风险增加。一些研究发现血小板膜糖蛋白(glycoprotein, GP)的功能多态性与冠状动脉、脑动脉血栓形成风险增加相关[38-39]。因此有学者认为血小板增多与NAION发病有一定相关性，并通过对5种GP多态性检测证实，其中GP Ibα基因的可变数目串联重复序列(VNTR)B等位基因，是NAION发病的一个重要的独立危险因素[40-41]。

4.3胆固醇酯转运蛋白TaqⅠB基因多态性高密度脂蛋白胆固醇(HDL-C)对胆固醇具有逆向转运，以及抗氧化、抗炎和抗血栓的功能[42]。王小东等[43]研究证实， 胆固醇酯转运蛋白(cholesterol ester transfer protein, CETP)TaqⅠB基因多态性B1等位基因中B1B1基因型为NAION发病的危险因素。这可能因为B1B1基因型下调血浆HDL-C浓度，从而抑制了对血管内皮的保护功能，增加了NAION发生风险。

4.4谷胱甘肽-s-转移酶基因多态性谷胱甘肽-s-转移酶(glutathione S-transferase, GSTs)是谷胱甘肽(GSH)结合反应的关键酶，GSTM1和GSTT1其亚家族主要成员，可以催化异烟肼的有毒代谢物与GSH结合排出体外，已经被证实能够保护细胞免受高活性氧(reactive oxygen species, ROS)的毒性作用，维持机体细胞的新陈代谢。Wan等[44]研究发现，GSTM1空白基因型与NAION发病有显著相关性，表明GSTs受损或氧化损伤可能参与NAION的致病途径；而GSTT1空白基因型与NAION易感性之间无显著相关性，但有保护作用的趋势，这与GSTT1对GSTs酶活性有积极影响有关，有助于视网膜维持氧化产物生成和清除之间的稳态平衡。

4.5视盘相关基因ATOH7的多态性ATOH7是一种外显子基因，可促进Müller细胞衍生的视网膜干细胞分化为视网膜神经节细胞，并在决定人类视盘大小方面发挥重要作用[45]。Chen等[46]研究发现ATOH7的T等位基因具有独立的NAION患病风险，同时还探讨了ATHO7与血管因子相关基因ET-1和ACE的相互作用，结果表明血管因子相关基因不能单独影响NAION风险，而当与ATOH7风险因素结合时，可以增加NAION的患病机率。

4.6 c-fos基因c-fos是广泛分布在中枢神经系统内的一种家族原癌基因，在缺氧、光线、机械、疼痛等多种刺激因子下衍生其表达产物FOS蛋白，该蛋白为一类核蛋白转录因子，经磷酸化修饰后返回细胞核内与另一家族原癌基因c-jun表达产物JUN蛋白形成复合物，在细胞增殖、分化、凋亡、炎症等病理过程中起着重要作用，是神经元激活的标志。郭瑶等[47]研究发现，缺血诱导rAION模型RGCs凋亡过程中c-fos基因出现快速一过性表达，与脑缺血诱导c-fos基因在脑内表达的结果基本一致，但认为其相应的机制及意义仍需做进一步探讨。

5小结

NAION是一种较为常见的急性视神经损害，根据典型的临床表现以及眼科检查技术的进步，其诊断与鉴别诊断比较明确。目前，国内外对NAION发病机制的研究多围绕视盘结构及血管相关危险因素进行探讨，但对该病相关的分子病理机制仍有待进一步深入研究。疾病相关的蛋白分子、易感基因在机体患病中的作用十分复杂且相互交错，本文仅依据既往基础研究结果进行梳理，难免有一定局限性，希望能为今后NAION分子病理机制的进一步探讨及治疗思路提供相关理论依据。