馬海霞 胡欣欣 陸勤康

青光眼是以特征性視神經(jīng)萎縮和視野缺損為共同特征的疾病，是導(dǎo)致不可逆性失明的主要原因[1]。視網(wǎng)膜神經(jīng)節(jié)細(xì)胞（Retinal ganglion cells，RGCs）的進(jìn)行性丟失是各類青光眼視神經(jīng)損傷病理生理改變中的關(guān)鍵因素[2-3]。目前認(rèn)為高眼壓是青光眼主要的危險(xiǎn)因素，也是目前臨床上唯一可治療的病因，然而即使給予確診患者降眼壓的治療，仍不能阻止RGCs的死亡及其軸突的損害，一部分患眼視功能仍繼續(xù)惡化[4]。保留RGCs的功能對(duì)于視覺信息傳輸?shù)街袠猩窠?jīng)系統(tǒng)而言至關(guān)重要，任何損傷導(dǎo)致眼與腦之間連接的改變都會(huì)對(duì)視覺產(chǎn)生嚴(yán)重影響[5]。因此，探究青光眼RGCs的死亡機(jī)制目前仍是青光眼領(lǐng)域的研究重點(diǎn)。

線粒體自噬是一種選擇性自噬，通過自噬機(jī)制選擇性清除受損線粒體或功能障礙線粒體，在維持線粒體穩(wěn)態(tài)中起到重要作用[6]。已有研究表明線粒體自噬可促進(jìn)帕金森病和阿爾茨海默癥中神經(jīng)元的存活[7]，提示線粒體自噬在神經(jīng)退行性疾病的神經(jīng)保護(hù)中起著重要作用。因此線粒體自噬在青光眼的發(fā)病機(jī)制中的作用也逐漸受到關(guān)注?，F(xiàn)筆者將各類青光眼模型中線粒體自噬與RGCs的關(guān)系進(jìn)行綜述。

1 線粒體自噬

1.1 線粒體自噬的定義

線粒體參與體內(nèi)多種重要的細(xì)胞過程，包括能量生成、代謝產(chǎn)物合成以及細(xì)胞凋亡的啟動(dòng)[8]。因此，維持體內(nèi)線粒體穩(wěn)態(tài)十分重要。線粒體自噬以選擇性自噬的形式清除體內(nèi)缺陷或功能障礙的線粒體，有助于維持線粒體質(zhì)量和多種細(xì)胞類型中的線粒體數(shù)量控制的選擇性降解機(jī)制[9]。研究表明線粒體自噬介導(dǎo)的線粒體清除在早期胚胎發(fā)育、細(xì)胞分化、炎癥和凋亡等過程中發(fā)揮重要作用[6]。隨著對(duì)線粒體自噬的深入研究，近年來研究者們發(fā)現(xiàn)，線粒體自噬功能障礙與神經(jīng)退行性疾病、癌癥、糖尿病等多種疾病的病理機(jī)制相關(guān)[10]。

1.2 線粒體自噬的機(jī)制

線粒體自噬通過特異性的線粒體外膜受體或與線粒體表面蛋白結(jié)合的泛素分子促進(jìn)其在線粒體周圍形成自噬體。在酵母中，線粒體外膜蛋白自噬相關(guān)基因32（Mitochondrial outer membrane protein autophagy-related gene 32，Atg32）與線粒體表面的Atg8和Atg11相互作用觸發(fā)線粒體自噬機(jī)制。哺乳動(dòng)物的線粒體自噬途徑主要分為2 類：①受體介導(dǎo)途徑：主要有BNIP3（Bcl-2/E1b19kDa-interacting protein 3）和NIX（Bcl-2/E1B19kDa-interacting protein3-like，又稱BNIP3L）依賴性線粒體自噬以及FUNDC1（FUN14 domain containing 1）介導(dǎo)的線粒體自噬；②泛素介導(dǎo)途徑：主要為PINK/Parkin介導(dǎo)的線粒體自噬[11]。本文主要介紹哺乳動(dòng)物中的線粒體自噬機(jī)制。

1.2.1 受體介導(dǎo)的線粒體自噬 BNIP3、NIX/BNIP3L和FUNDC1 都具有LC3 結(jié)合基序（LC3-interacting region，LIR），起到自噬受體的作用，可直接結(jié)合LC3（哺乳動(dòng)物Atg8同源物）激活線粒體自噬[12]。

BNIP3 與NIX是缺氧條件下線粒體高效周轉(zhuǎn)所必需的。目前的研究表明在低氧條件下BNIP3表達(dá)上調(diào)并錨定在線粒體外膜（Outer mitochondrial membrane，OMM）上，促使線粒體通透性過渡孔開放、線粒體膜電位去極化以及招募LC3/GABARAPs形成自噬小體，從而誘導(dǎo)線粒體自噬的發(fā)生[13]。NIX與BNIP3具有56%同源性，NIX與缺氧誘導(dǎo)的腫瘤細(xì)胞凋亡、肥厚性心肌病以及紅細(xì)胞發(fā)育有關(guān)[14]。FUNDC1是1種具有3個(gè)跨膜結(jié)構(gòu)域的線粒體外膜蛋白，在線粒體解耦聯(lián)、缺氧介導(dǎo)的線粒體自噬以及父系線粒體清除中起著線粒體自噬受體的作用[15]。在缺氧或線粒體跨膜電位下降時(shí)，線粒體磷酸酶增強(qiáng)FUNDC1與LC3的相互作用，從而促進(jìn)線粒體自噬[16]。

1.2.2 泛素介導(dǎo)的線粒體自噬 PINK/Parkin依賴性線粒體自噬是由PINK1（PTEN-induced putative kinase 1）和Parkin（Parkin RBR E3ubiquitin protein ligase，PRKN，又稱Parkin）介導(dǎo)的線粒體自噬途徑。PINK1 是一種絲氨酸/蘇氨酸激酶，表達(dá)于線粒體外膜，感知線粒體跨膜電位變化；Parkin是E3泛素連接酶，主要位于細(xì)胞質(zhì)[17]。在線粒體受到損傷時(shí)，線粒體膜電位下降發(fā)生去極化，PINK1積聚在OMM上，導(dǎo)致已附著在OMM上的泛素分子磷酸化，進(jìn)而促進(jìn)Parkin由細(xì)胞質(zhì)轉(zhuǎn)位到線粒體，并觸發(fā)其泛素連接酶活性，隨后Parkin泛素化線粒體外膜蛋白，招募自噬受體蛋白，例如optineurin（OPTN）、P62以及自噬受體核點(diǎn)蛋白52（Nuclear dot protein 52，NDP52，又稱CALCOCO2）結(jié)合于線粒體上，誘導(dǎo)下游自噬相關(guān)蛋白LC3 包裹線粒體形成自噬體，并通過溶酶體降解[18]。此外，Lazarou等[19]研究表明，parkin也可以獨(dú)立于PINK1直接招募NPD52和optineurin蛋白到線粒體誘導(dǎo)線粒體自噬。

2 線粒體自噬與RGCs

2.1 RGCs的特殊代謝需求

視網(wǎng)膜是中樞神經(jīng)系統(tǒng)的組成部分，被認(rèn)為是哺乳動(dòng)物代謝最活躍的部位之一。RGCs是視網(wǎng)膜唯一的傳出神經(jīng)元，RGCs軸突形成視神經(jīng)并將視覺信息經(jīng)視覺通路傳遞到大腦的高級(jí)視覺處理中樞[20]。RGCs軸突、郎飛結(jié)以及軸突末梢的無髓鞘區(qū)需要高密度的線粒體用以滿足神經(jīng)纖維傳導(dǎo)和神經(jīng)遞質(zhì)釋放的高能量需求，因此RGCs容易受到氧化應(yīng)激及線粒體功能障礙的影響[21]。

2.2 線粒體自噬參與RGCs發(fā)育與分化

越來越多的研究發(fā)現(xiàn)線粒體自噬對(duì)RGCs發(fā)育、分化過程起著至關(guān)重要的作用[22-23]，如Esteban-Martinez等[22]研究發(fā)現(xiàn)小鼠RGCs的分化及發(fā)育過程受線粒體自噬調(diào)節(jié)，實(shí)驗(yàn)觀察到RGCs分化過程中線粒體數(shù)量減少而抑制線粒體自噬則減弱RGCs分化；在小鼠視網(wǎng)膜發(fā)育早期階段，微管相關(guān)蛋白1A/1B輕鏈3（MAP1LC3/LC3）積累，基礎(chǔ)自噬通量增強(qiáng)，線粒體自噬相關(guān)因子NIX、PINK及Parkin表達(dá)增加，RGCs自噬小體內(nèi)觀察到線粒體，且在溶酶體降解功能受到抑制后，線粒體數(shù)量增加，提示RGCs發(fā)育過程中線粒體數(shù)量減少是由線粒體自噬介導(dǎo)。當(dāng)組織發(fā)生缺氧時(shí)，BNIP3L/NIX表達(dá)增加影響RGCs正常發(fā)育過程[23]。由此可見，線粒體自噬是RGCs正常分化及發(fā)育過程中不可缺少的重要部分。

2.3 線粒體自噬與視神經(jīng)退行性疾病

近年來研究發(fā)現(xiàn)視神經(jīng)退行性疾病的發(fā)病過程中RGCs的損傷可能與線粒體自噬有關(guān)。遺傳性線粒體缺陷與多種視神經(jīng)疾病相關(guān)，包括Leber遺傳性視神經(jīng)?。↙eber's hereditary optic neuropathy，LHON）以及常染色體顯性視神經(jīng)萎縮（Autosomal dominant optic atrophy，ADOA）。LHON以RGCs變性和無痛性中央視力喪失為特征，其中mtDNA點(diǎn)突變被認(rèn)為與線粒體功能障礙直接相關(guān)[24]。研究發(fā)現(xiàn)攜帶LHON特異性mtDNA突變的細(xì)胞線粒體自噬顯著受損，從而導(dǎo)致細(xì)胞死亡；而激活線粒體自噬可改善線粒體缺陷，從而提高攜帶mtDNA突變細(xì)胞的存活率[25]。ADOA是一種常見的遺傳性視神經(jīng)病變，研究發(fā)現(xiàn)大約75%的病例是由線粒體蛋白OPA1基因突變引起的[26]，主要影響RGCs其軸突退化導(dǎo)致視力障礙。研究發(fā)現(xiàn)OPA1突變或缺失導(dǎo)致小鼠和線蟲的RGCs中存在不受調(diào)控的線粒體自噬[27]。通常，線粒體自噬與神經(jīng)保護(hù)相關(guān)，然而不受調(diào)控的線粒體自噬會(huì)降低線粒體密度，最終導(dǎo)致神經(jīng)元死亡[7]。上述研究表明，線粒體自噬的穩(wěn)態(tài)在視神經(jīng)退行性疾病中對(duì)于維持線粒體功能以及細(xì)胞活性的作用是不可忽視的。

3 青光眼模型中的RGCs與線粒體自噬

人類視網(wǎng)膜約有150萬個(gè)RGCs，由于正常生理衰老，每年RGCs損失量約為0.4%，而在青光眼患者中每年損失可達(dá)4%[28]。因此，探尋視網(wǎng)膜神經(jīng)元的潛在保護(hù)機(jī)制對(duì)青光眼的治療具有重要意義。以往的研究發(fā)現(xiàn)，在青光眼視神經(jīng)病變中，眼壓升高導(dǎo)致RGCs軸突橫切面增加，單位面積的視神經(jīng)內(nèi)線粒體數(shù)量減少，導(dǎo)致RGCs軸突損傷，由于RGCs軸突損傷先于RGCs死亡，也有研究者認(rèn)為受損神經(jīng)元的線粒體從視神經(jīng)頭的軸突脫出，并以溶酶體融合的方式被鄰近膠質(zhì)細(xì)胞降解。近年來的研究發(fā)現(xiàn)線粒體自噬參與青光眼中RGCs的損傷。

3.1 谷氨酸興奮毒性模型

不斷有研究者發(fā)現(xiàn)Parkin介導(dǎo)的線粒體自噬對(duì)于谷氨酸興奮毒性細(xì)胞模型中的RGCs具有一定的保護(hù)作用。谷氨酸是視網(wǎng)膜中主要的興奮性神經(jīng)遞質(zhì)，主要由光感受器細(xì)胞、雙極細(xì)胞和神經(jīng)節(jié)細(xì)胞釋放[29]。1957 年，Lucas和Newhouse首次觀察到注射谷氨酸后視網(wǎng)膜內(nèi)層出現(xiàn)顯著的細(xì)胞丟失[30]，隨著研究深入，谷氨酸興奮毒性被認(rèn)為是青光眼性視神經(jīng)退行性變的重要病理生理機(jī)制之一。Hu等[31]研究發(fā)現(xiàn)，在谷氨酸興奮毒性青光眼細(xì)胞模型中RGCs軸突中線粒體數(shù)量明顯增加，線粒體膜電位去極化，線粒體自噬相關(guān)parkin和optineurin蛋白表達(dá)上調(diào)；而parkin過表達(dá)可以恢復(fù)谷氨酸興奮毒性下RGC中線粒體膜電位水平，對(duì)RGCs具有保護(hù)作用；在N-甲基-D天冬氨酸（N-Methyl-Daspartic acid，NMDA）誘導(dǎo)的興奮毒性青光眼模型中發(fā)現(xiàn)，過表達(dá)parkin可以促進(jìn)線粒體自噬，減少RGCs凋亡。Dai等[32]研究發(fā)現(xiàn)，在谷氨酸興奮毒性作用下，parkin過表達(dá)可上調(diào)RGCs中LC3-II/LC3-I比值和溶酶體標(biāo)記物L(fēng)AMP1水平，同樣提示parkin過表達(dá)對(duì)RGCs具有保護(hù)作用。上述研究表明線粒體自噬對(duì)于谷氨酸興奮毒性青光眼模型中在線粒體功能以及減少RGCs死亡等方面具有一定積極作用。

3.2 DBA/2J小鼠模型

近年來研究發(fā)現(xiàn)線粒體自噬功能障礙導(dǎo)致受損的線粒體不斷累積，可能對(duì)RGCs活性具有一定影響。Kim等[33]在DBA/2J小鼠青光眼模型中發(fā)現(xiàn)眼壓升高后活性氧（Reactive oxygen species，ROS）產(chǎn)生增加，氧化應(yīng)激相關(guān)蛋白表達(dá)上調(diào)，DBA/2J小鼠的RGCs軸突和樹突中線粒體形態(tài)異常，RGCs死亡數(shù)量增多，提示眼壓升高后RGCs中受損線粒體數(shù)量增加可能影響RGCs的存活。Coughlin等[34]在DBA/2J小鼠繼發(fā)性青光眼模型中發(fā)現(xiàn)，眼壓升高后各年齡段的視神經(jīng)中存在線粒體自噬功能障礙，具體表現(xiàn)為線粒體自噬體及線粒體數(shù)量均增加，而LAMP1表達(dá)下降，提示受損線粒體并沒有被線粒體自噬體有效回收。以上研究表明受損線粒體積累會(huì)對(duì)RGCs活性產(chǎn)生一定影響，線粒體自噬途徑缺陷可能引起青光眼神經(jīng)退行性變。

3.3 UCP2敲除小鼠模型

研究發(fā)現(xiàn)UCP2 缺失的視網(wǎng)膜對(duì)青光眼的抵抗性與線粒體自噬相關(guān)。線粒體功能障礙可導(dǎo)致ROS水平增加，線粒體解偶聯(lián)蛋白2（Mitochondrial uncoupling protein 2，UCP2）基因在多種組織中表達(dá)，UCP2降低電子傳遞鏈效率，增加能量消耗，減少ROS生成[35]。Hass和Barnstable[36]通過在UCP2 敲除小鼠的前房注射微珠建立青光眼模型，發(fā)現(xiàn)UCP2缺失的青光眼小鼠模型的視網(wǎng)膜氧化損傷明顯減少，同時(shí)RGCs中的線粒體自噬增強(qiáng)，受損線粒體被及時(shí)清除，避免RGCs進(jìn)一步損傷。

3.4 慢性高眼壓SD大鼠模型

近年來的研究發(fā)現(xiàn)，調(diào)節(jié)parkin介導(dǎo)的線粒體自噬通路可能有助于慢性青光眼大鼠RGCs的保護(hù)。Dai等[32]通過角膜緣激光光凝小梁網(wǎng)建立慢性高眼壓模型，發(fā)現(xiàn)眼壓升高后視神經(jīng)中受損線粒體及功能障礙線粒體數(shù)量增加，RGCs死亡數(shù)量增加，RGCs細(xì)胞中觀察到大量的自噬體以及線粒體自噬體，同時(shí)LC3-II/LC3-I比例增加，LAMP1 表達(dá)水平下調(diào)，表明青光眼大鼠RGCs中存在線粒體自噬功能障礙。Hu等[31]在慢性高眼壓模型的研究中發(fā)現(xiàn)OPA1 過表達(dá)可促進(jìn)OPA1 和parkin表達(dá)，此外促使線粒體自噬增加，進(jìn)而減少RGCs死亡。由此可見，parkin介導(dǎo)的線粒體自噬對(duì)慢性高眼壓模型RGCs具有保護(hù)作用，然而目前相關(guān)研究報(bào)道甚少，其具體作用通路尚不明確。

3.5 急性高眼壓模型

研究發(fā)現(xiàn)線粒體自噬在急性高眼壓模型中可能通過降低氧化應(yīng)激對(duì)RGCs起到保護(hù)作用。視神經(jīng)擠壓/切斷（Optic nerve crush，ONC）是一種常見的青光眼模型，Rodriguez-Muela和Boya[37]發(fā)現(xiàn)在視神經(jīng)損傷、青光眼和其他視神經(jīng)疾病的情況下，清除受損線粒體對(duì)于防止ROS產(chǎn)生、細(xì)胞質(zhì)和軸突損傷以及減少RGCs死亡至關(guān)重要。Rosignol等[38]通過視神經(jīng)擠壓構(gòu)建小鼠青光眼模型，利用mito-QC報(bào)告分析發(fā)現(xiàn)視神經(jīng)擠壓損傷7 d后視網(wǎng)膜中RGCs數(shù)量明顯減少，線粒體自噬明顯增強(qiáng)，進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)線粒體自噬誘導(dǎo)物DFP對(duì)氧化應(yīng)激的RGCs具有顯著保護(hù)作用。因此，線粒體自噬對(duì)于急性高眼壓模型RGCs的保護(hù)作用可能是通過增強(qiáng)線粒體自噬以清除受損線粒體以及減少氧化應(yīng)激實(shí)現(xiàn)的，但目前相關(guān)研究較少，仍需更多的研究以進(jìn)一步明確。

4 小結(jié)

綜上所述，RGCs是將視覺信息從視網(wǎng)膜傳輸?shù)酱竽X的重要神經(jīng)元，如何減少青光眼患者RGCs死亡是青光眼診療的關(guān)鍵。目前研究發(fā)現(xiàn)在不同類型的實(shí)驗(yàn)性青光眼模型中的RGCs存在線粒體自噬功能障礙。近年來對(duì)線粒體自噬在視神經(jīng)病變中的研究取得顯著進(jìn)展，大量數(shù)據(jù)表明，調(diào)控線粒體自噬通路可保護(hù)RGCs。然而，目前線粒體自噬在青光眼發(fā)生發(fā)展中的具體信號(hào)通路及調(diào)控機(jī)制的認(rèn)識(shí)仍處于初級(jí)階段，隨著線粒體自噬在青光眼中的深入研究，線粒體自噬有望成為青光眼等視神經(jīng)退行性疾病的治療靶點(diǎn)并提供新的治療方案以減緩其進(jìn)展。

利益沖突申明本研究無任何利益沖突

作者貢獻(xiàn)聲明馬海霞：收集數(shù)據(jù)，參與選題、設(shè)計(jì)及資料的分析和解釋；撰寫論文；根據(jù)編輯部的修改意見進(jìn)行修改。胡欣欣：參與選題、設(shè)計(jì)、資料的分析和解釋，修改論文中關(guān)鍵性結(jié)果、結(jié)論，根據(jù)編輯部的修改意見進(jìn)行核修。陸勤康：參與選題、設(shè)計(jì)和修改論文的結(jié)果、結(jié)論