馬嘯辰 綜述 劉紅玲 審校

哈爾濱醫(yī)科大學(xué)第一附屬醫(yī)院眼科醫(yī)院,哈爾濱 150000

視網(wǎng)膜神經(jīng)細(xì)胞的胞體及其突起組成復(fù)雜神經(jīng)網(wǎng)絡(luò),維持視覺功能。眼底疾病常伴有神經(jīng)元細(xì)胞的永久性、不可逆損傷。如何提高視網(wǎng)膜神經(jīng)細(xì)胞的抗損傷能力,是我們亟需解決的問題。Sigma-1受體是一種多功能的分子伴侶,存在于內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜和內(nèi)質(zhì)網(wǎng)相關(guān)線粒體膜中,并廣泛分布于各種組織和器官中,對(duì)多種神經(jīng)退行性疾病具有保護(hù)作用。本文就Sigma-1受體介導(dǎo)的視網(wǎng)膜神經(jīng)保護(hù)作用予以綜述,旨在探尋治療視網(wǎng)膜疾病的新靶點(diǎn)。

1 Sigma-1受體結(jié)構(gòu)和功能

Sigma-1受體是一種膜受體蛋白,與真菌來源的C-8,7甾醇異構(gòu)酶具有很強(qiáng)的同源性,但與已知的哺乳動(dòng)物蛋白沒有明顯的同源性[1]。Sigma-1受體存在于多種組織和器官中,例如角膜、虹膜、睫狀體、晶狀體、視網(wǎng)膜、腦、肝臟、肺臟以及心臟等[2]。Sigma-1受體基因序列在整個(gè)哺乳動(dòng)物中高度保守。Sigma-1受體蛋白由223個(gè)氨基酸構(gòu)成,帶有2個(gè)跨膜螺旋和1個(gè)疏水性C端區(qū)域,形成1個(gè)配體結(jié)合袋[3]。根據(jù)結(jié)合位點(diǎn)和分子量可將Sigma受體分為2種亞型,其中Sigma-1序列已被確定,主要分布于內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜、線粒體膜、質(zhì)膜以及核膜,激活時(shí)也會(huì)游離到胞質(zhì)中[4-6];Sigma-2的結(jié)構(gòu)目前仍然未知[7-8]。Sigma-1受體激動(dòng)劑包括噴他佐辛(pentazocine,(+)-PTZ)、SA4503、PRE-084、孕烯醇酮和雙脫氫表雄酮等,其拮抗劑包括NE-100、BD1047和BD1063等。此外,Sigma-1受體還可結(jié)合多種天然存在的物質(zhì),如N,N-二甲基色胺、鞘氨醇、膽固醇和前列腺素等,發(fā)揮不同的作用并調(diào)節(jié)多種細(xì)胞功能[9-10]。

在中樞神經(jīng)系統(tǒng)中,Sigma-1受體已被證實(shí)對(duì)神經(jīng)遞質(zhì)釋放、突觸功能調(diào)節(jié),學(xué)習(xí)記憶過程具有重要作用,是治療神經(jīng)系統(tǒng)退行性疾病,如亨廷頓病、帕金森病、阿爾茨海默病、肌萎縮性側(cè)索硬化癥等的重要靶點(diǎn)[11]。在視網(wǎng)膜中,Sigma-1受體與感光細(xì)胞的功能密切相關(guān)[12]。還有研究表明,Sigma-1受體拮抗劑NE-100通過調(diào)控視網(wǎng)膜中多巴胺的含量,進(jìn)而抑制形覺剝奪性近視的形成[13]。在多數(shù)視網(wǎng)膜細(xì)胞中均可檢測(cè)到Sigma-1受體的表達(dá)[14-15],由于視網(wǎng)膜在結(jié)構(gòu)上可視為中樞神經(jīng)系統(tǒng)的延伸,故推測(cè)二者可能具有相似的病理生理學(xué)機(jī)制。為了進(jìn)一步明確Sigma-1受體的保護(hù)作用,研究者在分子層面對(duì)其進(jìn)行了大量的實(shí)驗(yàn)研究。

2 Sigma-1受體對(duì)視網(wǎng)膜的保護(hù)作用及其分子機(jī)制

作為一種新型分子伴侶,Sigma-1受體通過與離子通道、膜受體、激酶甚至RNA相互作用,進(jìn)而調(diào)節(jié)多種細(xì)胞功能,發(fā)揮著視網(wǎng)膜保護(hù)作用(圖1)。

圖1 Sigma-1受體發(fā)揮作用的相關(guān)分子機(jī)制[15] A:缺血-再灌注損傷 B:Sigma-1受體參與細(xì)胞膜上表皮生長(zhǎng)因子受體、Thromb受體再循環(huán)過程,進(jìn)而調(diào)控ERK1/2和Akt/PKB信號(hào)通路 1.酸中毒導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)Ca2+超載;2.谷氨酸通過胞吐作用釋放;3.谷氨酸與NMDA受體結(jié)合,引起Ca2+的流入;4.Ca2+激活神經(jīng)元型一氧化氮合酶;5.Ca2+經(jīng)過VDAC通路進(jìn)入線粒體;6.Ca2+水平升高導(dǎo)致氧化呼吸鏈中ROS和Cyt c的釋放 ASIC:酸敏感離子通道;NMDA:N-甲基-D-天冬氨酸受體;EGFR:表皮生長(zhǎng)因子受體;Thr.R:thromb受體;ERK:細(xì)胞外調(diào)節(jié)蛋白激酶;Akt:蛋白激酶;nNOS:神經(jīng)元型一氧化氮合酶;NO:一氧化氮

2.1 抗氧化應(yīng)激作用

細(xì)胞氧化還原過程中會(huì)產(chǎn)生活性氧簇(reactive oxygen species,ROS),體內(nèi)的抗氧化劑分子與ROS相互作用,以維持氧化應(yīng)激的平衡。氧化應(yīng)激失調(diào)將導(dǎo)致視網(wǎng)膜疾病的發(fā)生[16]。Sigma-1受體可調(diào)節(jié)氧化應(yīng)激的水平和抗氧化相關(guān)蛋白的表達(dá),進(jìn)而發(fā)揮保護(hù)作用。在視網(wǎng)膜神經(jīng)節(jié)細(xì)胞和661W細(xì)胞系中,Sigma-1受體激動(dòng)劑(+)-PTZ可降低氧化應(yīng)激相關(guān)蛋白的表達(dá),包括蛋白激酶R樣內(nèi)質(zhì)網(wǎng)激酶、肌醇需酶-1、轉(zhuǎn)錄激活因子-6和C/EBP同源蛋白[17]。同時(shí),Sigma-1受體的激活可提高抗氧化相關(guān)基因的表達(dá),包括核因子E2相關(guān)因子2、過氧化氫酶(catalase,CAT)、醌氧化還原酶-1(quinone oxidoreductase-1,NQo-1)和血紅素氧合酶(hemeoxygenase,HO)[18]。Sigma-1受體在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜上充當(dāng)分子伴侶輔助蛋白質(zhì)折疊,抑制未折疊蛋白質(zhì)反應(yīng)[19]。敲除Sigma-1受體基因后,小鼠視網(wǎng)膜Müller細(xì)胞中ROS水平升高,抗氧化基因如銅鋅超氧化物歧化酶、CAT、NQo-1、HO、谷胱甘肽S轉(zhuǎn)移酶和谷胱甘肽過氧化物酶表達(dá)下降[7]。在大鼠視網(wǎng)膜小膠質(zhì)細(xì)胞中,Sigma-1受體激動(dòng)劑(+)-PTZ抑制脂多糖誘導(dǎo)的細(xì)胞內(nèi)ROS水平升高,延緩了一氧化氮(NO)的釋放[20]。在大鼠視網(wǎng)膜神經(jīng)節(jié)細(xì)胞中,Sigma-1受體激活后可阻斷酸感應(yīng)離子通道和N-甲基-D-天門冬氨酸受體通路,減少Ca2+的內(nèi)流,進(jìn)一步降低胞質(zhì)內(nèi)NO和ROS水平[21]。

2.2 抗炎作用

炎癥反應(yīng)是視網(wǎng)膜疾病發(fā)病的關(guān)鍵因素,膠質(zhì)神經(jīng)細(xì)胞是視網(wǎng)膜中分泌炎性細(xì)胞因子的重要細(xì)胞類群[22]。在視網(wǎng)膜Müller細(xì)胞中,激活Sigma-1受體可阻斷特異性促炎因子的分泌[23],包括巨噬細(xì)胞炎癥蛋白-1γ(macrophage inflammatory protein-1γ,MIP-1γ)、MIP-2、MIP-3α和白細(xì)胞介素-12(interlukin-12,IL-12)。另一項(xiàng)研究表明,Sigma-1受體激動(dòng)劑(+)-PTZ可顯著抑制視網(wǎng)膜小膠質(zhì)細(xì)胞的形態(tài)變化,減少了脂多糖誘導(dǎo)的炎性細(xì)胞因子和趨化因子的釋放,如腫瘤壞死因子-α(tumor necrosis factor-α,TNF-α)、IL-10和單核細(xì)胞趨化蛋白-1[20]。同時(shí),Sigma-1受體激動(dòng)劑(+)-PTZ降低了c-Jun氨基末端酶和細(xì)胞外調(diào)節(jié)蛋白激酶的磷酸化,這兩者都與炎癥反應(yīng)密切相關(guān)。炎癥引起的缺血缺氧可導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)外水分積聚,引起細(xì)胞毒性腫脹。Sigma-1受體激動(dòng)劑PRE-084可抑制大鼠視網(wǎng)膜Müller細(xì)胞滲透性腫脹,其機(jī)制可能為Sigma-1受體調(diào)節(jié)離子通道,后續(xù)的離子外流一定程度上平衡了細(xì)胞內(nèi)外的滲透壓力梯度[24]。因此,抗炎是Sigma-1受體的一個(gè)重要生物學(xué)功能。

2.3 抗凋亡作用

視網(wǎng)膜變性疾病與凋亡密切相關(guān)。在病理?xiàng)l件下,視網(wǎng)膜細(xì)胞會(huì)發(fā)生程序性凋亡,以減輕炎癥反應(yīng)[25],過度的凋亡則會(huì)加劇病情進(jìn)展。Sigma-1受體激動(dòng)劑鹽酸角質(zhì)堿可減輕光照導(dǎo)致的小鼠視網(wǎng)膜感光細(xì)胞損傷,穩(wěn)定感光細(xì)胞層的整體結(jié)構(gòu),降低細(xì)胞凋亡過程中關(guān)鍵效應(yīng)蛋白酶Caspase3/7的活性[26]。在Aβ肽誘導(dǎo)的大鼠視網(wǎng)膜病變模型中,Sigma-1受體激動(dòng)劑PRE-084通過調(diào)控凋亡相關(guān)的細(xì)胞因子以及凋亡蛋白Bax的表達(dá),從而發(fā)揮神經(jīng)保護(hù)作用[27]。Ha等[28]發(fā)現(xiàn),Sigma-1受體基因敲除模型小鼠12月齡時(shí)的視網(wǎng)膜電圖b波振幅和暗視閾反應(yīng)顯著降低。Ha等[29]還發(fā)現(xiàn)Sigma-1受體基因敲除小鼠視網(wǎng)膜中Bcl-2 mRNA水平在6周齡時(shí)開始下降,24周齡和52周齡時(shí)Bcl-2蛋白表達(dá)下降更為明顯。轉(zhuǎn)錄組測(cè)序結(jié)果表明,Sigma-1受體激動(dòng)劑(+)-PTZ可降低Ins2Akita/+糖尿病小鼠促凋亡基因的表達(dá),例如CASP8/FADD樣凋亡調(diào)節(jié)因子和絲氨酸蘇氨酸激酶-3,并增加抗凋亡基因真核翻譯延長(zhǎng)因子-1的表達(dá),從而發(fā)揮抗凋亡作用[17]。

Sigma-1受體可對(duì)神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)揮保護(hù)作用,且其作用的分子機(jī)制十分復(fù)雜。Sigma-1受體基因敲除可引發(fā)各種病理變化。然而,疾病是一個(gè)系統(tǒng)性過程,研究者通過構(gòu)建疾病動(dòng)物模型來探究Sigma-1受體在實(shí)際疾病中的作用。

3 Sigma-1受體在視網(wǎng)膜疾病治療中的應(yīng)用前景

3.1 糖尿病視網(wǎng)膜病變

在Ins2Akita/+糖尿病視網(wǎng)膜病變小鼠模型中,腹腔注射Sigma-1受體激動(dòng)劑(+)-PTZ可維持視網(wǎng)膜結(jié)構(gòu)的完整性和各層的厚度,減輕神經(jīng)節(jié)細(xì)胞的丟失;視網(wǎng)膜中ROS和活性氮的含量也相應(yīng)減少,從而延緩了糖尿病視網(wǎng)膜病變引起的視網(wǎng)膜形態(tài)結(jié)構(gòu)改變[30-31]。Sigma-1受體敲除后,糖尿病小鼠視網(wǎng)膜中神經(jīng)節(jié)細(xì)胞凋亡增加,顯示了Sigma-1受體在視網(wǎng)膜中具有潛在的保護(hù)作用[32]。

3.2 視網(wǎng)膜色素變性

研究表明,經(jīng)Sigma-1受體激動(dòng)劑(+)-PTZ處理后,視網(wǎng)膜色素變性(rd10)模型小鼠的視網(wǎng)膜電圖明顯改善,視錐和視桿細(xì)胞的功能得到了恢復(fù),視錐細(xì)胞丟失減少,視網(wǎng)膜厚度更接近野生型小鼠[33-34]。相反,Sigma-1受體敲除后,其對(duì)rd10小鼠視網(wǎng)膜的保護(hù)作用被逆轉(zhuǎn)[35]。

3.3 青光眼

Sun等[36]應(yīng)用鞏膜表層靜脈燒烙法構(gòu)建慢性高眼壓小鼠模型,發(fā)現(xiàn)小鼠視網(wǎng)膜中Sigma-1受體表達(dá)在第1周時(shí)下降,在負(fù)反饋調(diào)節(jié)的作用下于第8周時(shí)升高;該研究還發(fā)現(xiàn)Sigma-1受體激動(dòng)劑孕烯醇酮可顯著降低小鼠眼壓,上調(diào)小鼠視網(wǎng)膜中Sigma-1受體的表達(dá),提高視網(wǎng)膜神經(jīng)節(jié)細(xì)胞的存活率,延緩神經(jīng)節(jié)細(xì)胞的死亡,維持視網(wǎng)膜內(nèi)叢狀層的厚度。另一項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn),Sigma-1受體敲除后,小鼠的眼壓升高,表明Sigma-1受體對(duì)眼壓具有經(jīng)常性調(diào)節(jié)作用[32]。

4 總結(jié)與展望

Sigma-1受體在眼科具有廣闊的應(yīng)用前景,可通過抗氧化應(yīng)激、抗炎癥反應(yīng)、抗細(xì)胞凋亡等途徑對(duì)糖尿病視網(wǎng)膜病變、視網(wǎng)膜色素變性、青光眼視神經(jīng)退行性病變等起保護(hù)作用。以往的研究主要關(guān)注其在大腦和神經(jīng)系統(tǒng)退行性疾病中的作用,而其在眼部的作用機(jī)制值得進(jìn)一步深入研究,以期尋找治療視網(wǎng)膜疾病的新靶點(diǎn)。未來的研究還可應(yīng)視網(wǎng)膜疾病以外的其他眼球部位延伸,以期推動(dòng)Sigma-1受體相關(guān)眼科藥物的臨床轉(zhuǎn)化。

利益沖突所有作者均聲明不存利益沖突