局部RAS 组分在原发性开角型青光眼中作用的研究进展

王迪 ,李海军 ,段世超 ,任静 ,崔慧玲 ,赵茹梦

1河南大学人民医院青光眼科 郑州市,450003 2河南省人民医院河南省眼科研究所 郑州市,450003 3郑州大学人民医院青光眼科 郑州市,450003

原发性开角型青光眼(primary open angle glaucoma,POAG) 是一组多因schlemm’s 管临管组织(juxtacanalicular tissue,JCT) 的小梁网细胞(trabecular meshwork cells,TMC) 与schlemm’s 管内皮细胞以及细胞外基质(extracellular matrix,ECM)的结构与功能障碍引起的房水小梁网外流途径阻力增加、眼压增高,从而致使特征性视神经萎缩的致盲性眼病[1]。

维持房水的循环稳态是正常眼压均衡的基础,也是防治POAG 的有效策略,RAS 在维持多组织器官及血液系统的水、电解质平衡中发挥重要的作用,眼球是RAS 调控的靶器官之一,但因血眼屏障的存在,内分泌来源的RAS 组分难以有效发挥其生物学效应,因此眼前节局部RAS 对其影响更为显著。但局部RAS 组分,尤其是重要的血管活性肽,血管紧张素Ⅱ(Angiotensin Ⅱ,Ang Ⅱ) 与Ang (1-7) 等如何引起POAG 患眼小梁组织中的TMC 及ECM 病理变化,调控房水动力学稳态,如何影响眼压,其具体作用机制仍不太清楚,本文就眼局部RAS 的主要活性因子如何通过ACE2-Ang(1-7) -Mas 及ACE1-Ang Ⅱ-AT1R 等途径作用于POAG 的致病机理的研究现状作一综述。

1 眼球局部RAS 组分表达

RAS 系统在1898 年由Robert Tigerstedt 与Per Bergman 首次阐述,其由数十种血管紧张素肽、肽酶和7 种受体组成,广泛分布于全身多器官中。肝脏来源的血管紧张素原,由AGT基因编码,在肾素作用下发生级联反应,首先形成惰性AngⅠ,在血管紧张素转化酶 (angiotensin convert enzyme,ACE) 作用下,水解后去除C 端二肽,形成八肽的Ang Ⅱ,其在氨基肽酶作用下,连续去除AngⅡ的N 端氨基酸,产生具有重要活性的七肽AngⅢ和六肽AngⅣ,Ang Ⅱ在羧肽酶ACE-2 作用下,裂解C 端,产生另一种七肽Ang (1-7)。各种血管紧张素肽与相应G 蛋白偶联受体结合,主要通过ACE1-AngⅡ-AT1R 和ACE2-Ang (1-7) -Mas 两个主要信号通路发生生物作用。

Ang Ⅱ是RAS 成分中的主要生物活性肽,与不同受体结合,介导不同的生物作用。Ang Ⅱ与Ang Ⅱ1 型受体(Ang Ⅱtype 1 receptor,AT1-R)结合,介导细胞增殖及ECM 重塑,Ang Ⅱ与AT2-R 结合引起的效应与和AT1-R 结合引起的效应相反,Ang Ⅱ与AT3-R、AT4-R 结合,介导纤溶酶原激活物抑制剂1 (plasminogen activator inhibitor 1,PAI-1) 的释放,PAI-1 抑制基质降解酶的激活,抑制ECM 分解[2]。Ang (1-7) 作用于Mas 受体,并产生与Ang Ⅱ相反的效果,Ang (1-7) 可进一步代谢成更短的Ang (3,4),与AT2R 结合,产生抗增殖和血管扩张生物学效应,发挥其降压和利钠作用[3]。RAS 新成员,Alamandine 化合物,是G蛋白偶联受体MrgD 的内源性配体,在结构和功能上与Ang (1-7) 及其受体Mas 有相似之处。以上RAS 成分在全身及眼局部发挥着重要的生理及病理作用。

由于血眼屏障的因素,内分泌来源的RAS 成分难以发挥生物学效应,而研究表明RAS 在人眼组织中广泛分布,并具有潜在的功能。Holappa等[4]采用ELISA 法测定白内障患者与POAG 患者的房水中RAS 成分,证实房水中具有内源性Ang(1-7),ACE2、ACE1 成分。Seki 等[5]的研究证实POAG 患者房水中具有活性肾素、ACE1 和ACE2的组分。Wagner 等[6]在人眼组织进行RAS 成分基因表达检测,发现在肾素mRNA 阳性的组织中,血管紧张素原和ACE两种基因表达也呈阳性,且独立于循环系统并高于循环系统水平。Savaskan等[7]的研究也证实了ACE、Ang Ⅱ和AT1R 广泛分布于人眼组织中,其中ACE 和Ang Ⅱ主要定位于睫状体的非色素上皮细胞、小梁网细胞,以及眼后部的神经节细胞、光感受器细胞等,而AT1R 虽然在所有眼组织中均有定位,但其强度较弱。Vaa anen 等[8]发现Mas-R 主要定位于视网膜核层和眼前段的结构,提示Mas-R 及其内源性Ang (1-7)可能在眼组织的生理和病理过程中起一定作用。Yildiz 等[9]的研究发现RAS 在假性剥脱综合征患者的房水肾素水平也较高,提示RAS 可能在假性剥脱综合征发病过程中也发挥了一定作用。

在模式动物眼局部中也发现其具有独立的RAS 系统。Brandt 等[10]在大鼠眼组织中,通过测量肾素mRNA 的表达,发现了鼠眼局部RAS 的存在。Luhtala 等[11]在猪眼组织中,发现睫状体ACE1 活性高于视网膜,而ACE2 的活性在二者中相当,证实眼局部活跃的RAS 的两种酶在眼压的生理调节中具有平衡相互作用,可能对青光眼病变具有保护作用。刘涛等[12]在牛眼小梁网组织中也发现了AngⅡ的表达变化,他们在体外培养牛眼小梁细胞后发现,AngⅡ刺激可引起纤维粘连蛋白合成增加,导致小梁网组织中ECM 堆积而引起房水外流阻力增加,并证实此效应可被AT1 受体拮抗剂部分阻断。

2 眼局部RAS 影响JCT 组织的病理机制

生理状态下,JCT 内小梁网细胞及胞内细胞器形态正常,ECM 结构排列整齐,Schlemm’s 管管腔通畅,约75 %～85 %的房水通过小梁网途径外流,其对维持正常眼压起关键作用[13]。病理状态下,通过透射电镜可观察到衰老细胞增多,细胞膜不完整,细胞核固缩或肿胀,胞内线粒体嵴扩张、水肿等现象,Schlemm’s 管管腔变狭窄,弹性纤维增多且排列紊乱,基底膜增厚,小梁网超微结构破坏明显,以上变化累积致使TMC 骨架改变及ECM堆积交联,JCT 区房水外流阻力增加,房水动力学失衡,房水流动的洗脱效应降低,从而引起眼压升高[14]。在有害生物化学因素的刺激下,内分泌来源RAS 在多组织器官中常有如下病理反应: RNA异常表达,内质网应激发生未折叠蛋白反应[15],线粒体发生氧化应激障碍[16],溶酶体发生自噬功能障碍等,并致使细胞发生衰老、凋亡的病理改变以及ECM 的异常堆积[17]。

Ang Ⅱ是RAS 系统的主要活性因子,常诱导细胞发生纤维化的病理改变。如在肾小球系膜细胞(MCs) 中的研究证实,Ang Ⅱ参与了氧化信号级联的分子过程,诱导纤维连接蛋白积累[18]。Rao等[19]在小梁网原代细胞的研究中发现,TGF-β2 在人小梁网(TM) 内引发了原纤维化反应,即TGFβ2 通过选择性增加NOX4 的表达,促进了TM 原代细胞氧化应激。Verma 等[20]的研究证实Ang Ⅱ与AT1R 结合激活了NF-κB 信号通路和诱导炎性细胞因子表达,促进了ROS 诱导的细胞凋亡,引起了RPE/脉络膜复合体、睫状体/虹膜和神经视网膜组织病理损伤,而Ang Ⅱ与AT2R 的结合可以抵消AT1R 的作用,产生抗炎和抗氧化作用,同时,AT2R 的选择性激动剂(C21) 降低了Ang Ⅱ诱导的氧化应激和炎性反应的作用,与RAS 的另一个保护成分Ang-(1-7) 的作用相当。

现阶段,一些针对RAS 系统成员的相关靶点药物已发现有治疗青光眼的重要潜力。Shen 等[21]研究发现Ang Ⅱ在体外可诱导牛眼TM 细胞增殖,增加胶原蛋白的合成,而AT1R 拮抗剂可抑制细胞增殖作用。Vaajanen 等[22]在兔眼的房水动力学研究中证实复方乙酰二甲肼 (DIZE) 可通过Ang(1-7) 选择性的与Mas 受体结合被激活,抵消AngⅡ作用于血管的不良效应,产生具有血管扩张性和抗增殖性的有益生物活性,并产生降低眼压的效果。Foureaux 等[23]在青光眼模型鼠研究中也发现DIZE 通过ACE2/Ang-(1-7)/Mas 信号轴激活内源性ACE2,被证实是有效防治青光眼策略之一。此外,Lorenzo-Soler 等[24]通过使用Ang Ⅱ受体阻滞剂(ARBs) 的纳米颗粒制剂给眼局部滴眼的方式给药,也能达到降低眼压的效果。另外,脂质代谢被发现深度参与了各种类型的青光眼发病的机制[25-26]。Dierschke 等[27]的研究发现ACEI 药物(卡托普利) 与Mas 受体拮抗剂(A779) 对蛋白葡萄糖酰化的代谢具有一定作用,具体机制可能是Ang (1-7) 可以抑制蛋白质糖酰化。以上研究证实RAS 组分参与了青光眼的发病,以RAS 组分及其下游通路为靶点的相关药物有潜力成为治疗青光眼的新一类药物。

除此以外,新发现的RAS 成员,Alamandine化合物,是一种G 蛋白偶联受体MrgD 的内源性配体的血管活性肽,在结构和功能上与Ang (1-7)及其受体Mas 有相似之处。研究发现Alamandine可通过刺激MrgD 表达,增加大鼠VSMCs 中的p-P38 和cAMP 水平,减弱Ang Ⅱ诱导血管纤维化,并通过阻断p-P38 的表达降低动脉纤维化,因此Alamandine/MrgD 信号轴被认为是治疗纤维化的潜在靶点[28]。Zhu 等[29]发现在视网膜细胞中的MrgD表达缺乏影响了小鼠视网膜结构和生物学功能,而在体外人视网膜细胞中的研究也表明,Alamandine化合物可减弱Ang Ⅱ和LPS 诱导的炎性细胞因子的基因表达、抑制NF-κB 的激活和ROS 的增加,其作用与Ang (1-7) 的作用相当。这些研究结果支持了Alamandine/MrgD 可能是RAS 在视网膜中发挥抗氧化和抗炎作用的新靶点的观点[30]。Alamandine 化合物对小梁组织的影响还有待进一步研究。

3 结论与展望

眼局部RAS 组分具有重要生理功能,RAS 组分如何维持小梁网组织JCT 区域的生理作用,维持房水动力学稳态平衡,以及RAS 组分稳态失衡后,房水中的主要的活性肽,丰度如何变化,其如何对JCT 区域的TMC、Schlemm’s 管内皮细胞及ECM产生影响,这些问题随着足够样本累积,蛋白质组学及其他组学实验技术的更新,以及大数据的分析,将得到更加充分的认知,这些将有利于RAS组分的药物作用靶点的筛选及新型药物研发。

综上所述,RAS 组分,血管紧张素肽、肽酶及受体,广泛分布于房水、青光眼小梁组织中,通过氧化应激等多种机制全程参与小梁网ECM 纤维化等发病过程,因此,维持RAS 组分的代谢平衡是维持房水动力学及TM 微环境稳态的有效策略,也是新药物研发的潜在靶点。但目前因房水体积少、小梁网组织材料少等固有局限,加之房水里蛋白丰度低,现阶段仍存在如蛋白组学及其他组学分析困难等问题,易掩盖低丰度蛋白表达的检测,甚至导致关键差异蛋白的丢失。但随着诸如生物信息学及单细胞测序实验技术等的发展,其检测的灵敏度及特异性将进一步增加,眼局部RAS 组分的生理功能及病理机制在分子水平上将进一步得到揭示。