王夢迪，崔極哲

(吉林大學(xué)白求恩第二醫(yī)院 眼科中心，吉林 長春130041)

成年哺乳動物中樞神經(jīng)系統(tǒng)(Central Nervous System,CNS)軸突再生能力差，在神經(jīng)元損傷后可形成永久性的功能障礙[1]。視神經(jīng)是CNS中的一部分，發(fā)生損傷(如創(chuàng)傷、缺血或退行性疾病)，則同樣不能再生。目前理論認(rèn)為：成熟神經(jīng)元受損軸突再生失敗主要在于CNS組織和神經(jīng)元中的生長抑制分子的調(diào)控以及損傷后生長反應(yīng)激活不足。增加細(xì)胞內(nèi)在關(guān)鍵生長促進(jìn)因素如哺乳動物雷帕霉素靶點(mTOR)[2]，腦源性神經(jīng)生長因子(BDNF)[3]，或睫狀神經(jīng)營養(yǎng)因子(CNTF)[4]等，或通過下調(diào)軸突生長的轉(zhuǎn)錄抑制因子如Kruppel樣因子4(KLF4)[5]或細(xì)胞因子信號傳導(dǎo)抑制因子(SOCS3)[6]，可以實現(xiàn)CNS軸突部分再生。盡管在視神經(jīng)受損后恢復(fù)視力仍然是一個難以企及的目標(biāo)，近年來對哺乳動物雷帕霉素標(biāo)靶蛋白(mTOR)等關(guān)鍵生長調(diào)節(jié)因子的研究揭示了開發(fā)新的藥物干預(yù)措施的潛力，將來這些干預(yù)措施可以轉(zhuǎn)化為眼科醫(yī)生的治療選擇。

1 視神經(jīng)損傷軸突再生障礙與mTOR的關(guān)系

再生障礙的原因包括：(1)內(nèi)在因素：損傷后的視網(wǎng)膜神經(jīng)節(jié)細(xì)胞(RGCs)固有生長程序的再激活能力較弱[7]。RGC中促進(jìn)軸突再生的相關(guān)基因及營養(yǎng)因子的表達(dá)不足。事實上，自出生后細(xì)胞內(nèi)在生長抑制因子轉(zhuǎn)錄因子家族隨視網(wǎng)膜發(fā)育上調(diào)，而生長誘導(dǎo)轉(zhuǎn)錄因子在RGCs和其他CNS神經(jīng)元中下調(diào)[5]。(2)外在因素：RGCs的周圍環(huán)境不利于軸突再生。在發(fā)育過程中，神經(jīng)元周圍環(huán)境由促進(jìn)細(xì)胞生長，隨機(jī)體成熟而轉(zhuǎn)變?yōu)橐种萍?xì)胞生長[8]。而在損傷后，視網(wǎng)膜中RGCs周圍的細(xì)胞表達(dá)髓鞘蛋白抑制軸突再生[9]。同時，在突觸發(fā)育、傳輸和可塑性中起重要作用的星形膠質(zhì)細(xì)胞[10]形成物理和分子屏障阻止RGCs軸突再生，無長突細(xì)胞釋放鋅被RGCs內(nèi)化后阻止其再生[11]。(3)RGCs凋亡。軸索損傷啟動RGCs凋亡，通過p53上調(diào)下游因子及從線粒體電子傳遞鏈增加RGCs中的超氧化物水平，導(dǎo)致RGCs進(jìn)一步死亡[12]。

mTOR是一種絲氨酸-蘇氨酸激酶，在營養(yǎng)傳感途徑中起作用，是細(xì)胞蛋白質(zhì)合成和存活的最重要的調(diào)節(jié)者之一，與各類細(xì)胞生長、增殖和分化密不可分[13]。mTOR信號傳導(dǎo)通路的失調(diào)往往發(fā)生在多種的癌癥中[14,15]。在視網(wǎng)膜軸突中，成熟的RGCs再生潛力的喪失伴隨著mTOR活性的下調(diào)，且在細(xì)胞損傷后的進(jìn)一步減少[2]。

2 經(jīng)典mTOR信號傳導(dǎo)通路

mTOR本身可以形成兩種效應(yīng)復(fù)合物。mTORC1，其主要涉及蛋白質(zhì)合成，生長和存活。mTORC 2功能不明確，考慮在細(xì)胞骨架中起作用。PI3K/AKT/mTOR是經(jīng)典的mTOR信號通路，在細(xì)胞分解代謝和合成代謝過程中起著至關(guān)重要的作用[16,17]。

在經(jīng)典通路中，上游激動劑是磷脂酰肌醇3-激酶(PI3K)和蛋白激酶B(Akt)，抑制劑是磷酸酶和張力蛋白同系物(PTEN)和結(jié)節(jié)性硬化復(fù)合體(TSC1/2)。位于細(xì)胞膜上的磷脂酰肌醇(4,5)二磷酸鹽(PIP2)與活化的PI3K結(jié)合，磷酸化為PIP3(PTEN對此過程起負(fù)調(diào)控作用)。PIP3將兩個含PH域的激酶-磷脂酰肌醇依賴性激酶-1(PDK1)和Akt募集到細(xì)胞膜上，隨后通過mTORC2以及PDK1介導(dǎo)的磷酸化激活A(yù)kt。Akt可以磷酸化TSC2并抑制TSC1/2的形成(TSC1/2是包含TSC1和TSC2的異源二聚體)，從而解除對Rheb(Rashomolog enriched in brain，一種mTORC1激活劑)的抑制，激活Mtor[16,17]。

mTORC1由活性mTOR與Raptor蛋白結(jié)合形成，通過磷酸化下游效應(yīng)物p70核S6蛋白激酶(S6K1)和4E結(jié)合蛋白(4E-BP1)，調(diào)控蛋白質(zhì)的翻譯過程[20]。在蛋白質(zhì)翻譯過程中，真核生物蛋白翻譯起始因子eIF4E與eIF4G的結(jié)合，形成活化的eIF4F(eIF4E-eIF4A-eIF4G)起始復(fù)合物，識別帽結(jié)構(gòu)開始翻譯。而在基礎(chǔ)條件下，4E-BP1具有同eIF4G相似的eIF4E的識別序列，與eIF4E結(jié)合形成復(fù)合物，抑制蛋白翻譯。mTOR1通過對4E-BP1的磷酸化，釋放eIF4E，進(jìn)而促進(jìn)蛋白質(zhì)的合成[16,17]。另外，磷酸化的S6K1顯著激活核糖體S6蛋白的活性[18]，并促使eIF4B募集到起始復(fù)合物上[19]。其中，核糖體S6蛋白的激活對于刺激含有5′-寡嘧啶束的mRNA的翻譯效率非常關(guān)鍵，這個mRNA的亞組主要編碼參與翻譯過程本身的蛋白[20]。

3 mTOR在視神經(jīng)軸突再生實驗室研究中的進(jìn)展

3.1 激活mTOR通路是促進(jìn)軸突再生最有效方式之一

Park[2]等首次證實敲除mTOR信號通路上游抑制劑，使受損軸突獲得明顯再生。該研究通過在成年小鼠玻璃體腔內(nèi)注射腺病毒，選擇性敲除RGCs中編碼mTOR信號通路上游抑制劑PTEN或TSC1的基因，激活損傷RGCs中的mTOR通路。其中，在敲除PTEN的成年小鼠擠壓損傷2周后觀察到約45%的RGCs存活，而對照組約為20%。大約8%-10%存活的RGCs顯示神經(jīng)突從損傷的視神經(jīng)纖維中生長約0.5 mm以上，一些甚至延伸超過3 mm，這些纖維隨著時間的推移沿著視神經(jīng)繼續(xù)生長。在損傷4周后，一些再生纖維甚至延伸到視交叉區(qū)域。隨后，激活mTOR信號通路可使RGCs存活數(shù)目明顯增多及大量神經(jīng)纖維再生，這一結(jié)論被其它實驗室相繼證實[21-25]。也有少數(shù)實驗室證實mTOR抑制劑Rapamycin對損傷的RGCs有保護(hù)作用[26,27]。

3.2 mTOR通路的激活聯(lián)合多種再生調(diào)節(jié)因素共通促進(jìn)軸突再生

選擇性敲除編碼mTOR信號通路的上游抑制劑聯(lián)合其它神經(jīng)再生的調(diào)節(jié)因子共同作用于受損視神經(jīng)可形成促進(jìn)軸突再生的疊加效果。SOCS3[22]和PTEN基因的共同敲除或PTEN敲除與炎性分子(癌調(diào)蛋白或酵母多糖)[21]，CPT-cAMP[21,23]及c-myc[25]的聯(lián)合應(yīng)用引起視神經(jīng)軸突顯著再生。但是，除de Lima et al[21]報道PTEN敲除/ cAMP過表達(dá)/ 玻璃體腔注射癌調(diào)蛋白三聯(lián)治療方法可促使小鼠RGCs軸突生長至外側(cè)膝狀體和上丘靶位置，同時小鼠部分視功能恢復(fù)外，絕大多數(shù)聯(lián)合治療方案都不能刺激RGCs軸突再生回大腦，而是觀察到再生的RGCs軸突在視交叉處停頓或出現(xiàn)U形轉(zhuǎn)向，再生的軸突折返或向?qū)?cè)眼生長[22-23]，造成RGCs與腦中靶目標(biāo)分離的現(xiàn)象。當(dāng)然，并不是所有的聯(lián)合治療均出現(xiàn)疊加效應(yīng)。敲除RGCs中的雙亮氨酸拉鏈激酶(DLK)[24]，通過改變細(xì)胞凋亡途徑增強(qiáng)了RGCs視神經(jīng)損傷后的存活，但同時也限制了基于PTEN敲減對軸突再生的增強(qiáng)。

3.3 mTOR通路的激活聯(lián)合神經(jīng)電活動促進(jìn)再生軸突與大腦重建突觸關(guān)系

軸突的再生只是視神經(jīng)損傷修復(fù)的開始，視覺功能恢復(fù)意味著受損的軸突再生到外側(cè)膝狀核(中繼到視皮層)和上丘。也就是說，再生的RGCs軸突不僅需要再生長度到達(dá)8 mm以上，還需與大腦中的靶目標(biāo)建立正確的突觸關(guān)系[28]。在發(fā)育期，自發(fā)和視覺驅(qū)動的電活動提高RGC連接，并通過增加對營養(yǎng)因子的反應(yīng)性來增強(qiáng)RGCs軸突生長[29]。Lim J HA[38]證實增加對視神經(jīng)損傷模型成年小鼠的RGCs高對比度視覺刺激可以促進(jìn)損傷后的軸突再生。相反，降低RGCs的神經(jīng)活動水平會抑制細(xì)胞存活。雖然單獨增加RGCs視覺刺激不足以支持RGCs軸突再生進(jìn)入大腦，但實驗表明增強(qiáng)視覺刺激和激活mTOR的聯(lián)合對軸突的再生具有協(xié)同作用，當(dāng)縫合小鼠對側(cè)健眼時，這種協(xié)同作用發(fā)揮至最大，可促使部分軸突長距離再生回大腦，且再生的RGCs軸突與大腦靶目標(biāo)形成正確的連接，同時還能避免功能不正確的連接。這一發(fā)現(xiàn)是視神經(jīng)再生研究中重要的進(jìn)展。

4 總結(jié)與展望

視覺修復(fù)的研究集中在損傷后維持RGCs存活，促使軸突再生成視神經(jīng)，并重建其與大腦正確的突觸關(guān)系。mTOR信號通路的激活聯(lián)合其他治療方案在軸突長距離再生及與大腦建立正確突觸聯(lián)系方面取得重大進(jìn)展。但是這些進(jìn)展還局限于實驗室階段，且在考慮mTOR的臨床應(yīng)用時仍存在不少障礙：(1)mTOR的激活必須在RGCs軸突損傷之前，才能發(fā)揮促進(jìn)再生作用[30]；(2)mTOR廣泛影響細(xì)胞生長[16-20]，眼內(nèi)應(yīng)用可能導(dǎo)致視網(wǎng)膜腫瘤形成[31]；(3)mTOR聯(lián)合治療促進(jìn)RGCs軸突的再生作用仍然是有限的，可能需要更有力的RGCs再生刺激劑來激發(fā)RGCs軸突生長到腦中，并且同時支持RGCs軸突再生和連接的長期存活；(4)即使再生軸突與大腦建立正確突觸聯(lián)系，仍不能預(yù)測視覺功能恢復(fù)[30]。

綜上，mTOR信號通路在視神經(jīng)再生方向取得的一系列新的進(jìn)展，使視神經(jīng)損傷后視覺功能恢復(fù)逐漸成為一個可以實現(xiàn)的目標(biāo)。

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