王忠清,吳建峰,2

0 引言

兒童單純性近視的發(fā)病是遺傳和環(huán)境因素共同作用的結果,神經(jīng)遞質在近視的發(fā)生發(fā)展中發(fā)揮著重要作用。神經(jīng)遞質是在感受器、神經(jīng)元的化學突觸間傳遞信號的一類化學物質,廣泛分布于神經(jīng)系統(tǒng)、肌肉系統(tǒng)及感官系統(tǒng)中。研究發(fā)現(xiàn),多巴胺、一氧化氮、乙酰膽堿、γ-氨基丁酸、5-羥色胺等多種主要的神經(jīng)遞質均參與了近視的發(fā)生發(fā)展過程。本文將詳述這些神經(jīng)遞質在眼軸增長和屈光發(fā)育中發(fā)揮的關鍵作用。

1 多巴胺

多巴胺(dopamine,DA)是一種由視網(wǎng)膜多巴胺能無長突細胞和內核層的內網(wǎng)狀細胞分泌的神經(jīng)遞質[1]。已有研究表明,DA與屈光發(fā)育密切相關,其合成和釋放被認為是抑制近視發(fā)展的重要因素[2]。早在1989年就有研究發(fā)現(xiàn),雛雞和恒河猴形覺剝奪性近視(form deprivation myopia,FDM)模型視網(wǎng)膜DA的含量降低[3-4];之后在樹鼬、豚鼠近視模型中也有同樣的發(fā)現(xiàn)。同時有研究發(fā)現(xiàn),通過增加小鼠內源性DA的合成和釋放可預防FDM的形成[5],視網(wǎng)膜特異性多巴胺缺乏的小鼠近視發(fā)病率較高[6]。這些結果均表明DA在抑制近視的發(fā)生發(fā)展中發(fā)揮了重要作用。

1.1多巴胺與光環(huán)境研究發(fā)現(xiàn)增加戶外活動、延長光照時間可以降低近視的發(fā)病率[7],這可能與DA有關。DA的分泌有晝夜節(jié)律,受光照影響較大,在白天達到峰值,而在夜間下降[8]。視網(wǎng)膜中DA的合成和釋放隨著光照時間的增加而增加,其活性隨著光照強度的增大而增強[9]。有研究發(fā)現(xiàn)在豚鼠[10]、樹鼩[11]實驗性近視的形成過程中,視網(wǎng)膜DA的水平是降低的;而強光可以抑制雛雞[12]和恒河猴[13]實驗性近視的發(fā)展。Nickla 等[14]將雛雞按12h光照/12h黑暗周期飼養(yǎng),并測定玻璃體中DA代謝物3,4-二羥基苯乙酸(DOPAC)的水平,發(fā)現(xiàn)正常對照組的DOPAC水平白天達到峰值,夜間降至最低;實驗組(包括形覺剝奪和透鏡誘導性近視)眼玻璃體DOPAC水平明顯低于對照組或對側正常眼玻璃體DOPAC水平。

1.2多巴胺受體與近視視網(wǎng)膜內存在著兩種多巴胺受體:D1類受體(D1DR)和D2類受體(D2DR),其中D1DR包括D1、D5受體,D2DR包括D2、D3、D4受體。D1DR(D1R和D5R)通過激活腺苷酸環(huán)化酶增加環(huán)磷酸腺苷含量,而D2DR(D2R和D4R)則抑制其合成[15]。DA介導的屈光改變可能與DA受體的激活有關。有研究報道[16],強光可激活視網(wǎng)膜神經(jīng)細胞多巴胺D1R信號通路,抑制小鼠FDM的發(fā)展,這主要與強光增加了一氧化氮通路中雙極細胞D1R活性相關。Jiang等[17]通過對白化豚鼠進展性近視的研究發(fā)現(xiàn),D1R的激活抑制了近視的發(fā)展,而D2R的激活促進了近視的發(fā)展。Zhang等[18]在單側形態(tài)剝奪的豚鼠眼周圍分別注射D1R激動劑SKF38393、D2R激動劑喹吡羅、D1R拮抗劑SCH23390和D2R拮抗劑舒必利,結果發(fā)現(xiàn),SKF38393激活的D1R抑制了FDM的進展,而D1R拮抗劑SCH23390對FDM無影響;喹吡羅激活的D2R促進了FDM的發(fā)展,D2R拮抗劑舒必利可減緩FDM的進展。但是,也有研究結果與上述研究相反,胡倩倩等[19]發(fā)現(xiàn)在頻閃光誘導性豚鼠近視模型中(flickering light-induced myopia,FLM),DA及D1R的表達明顯升高,玻璃體腔注射D1R拮抗劑后,FLM豚鼠視網(wǎng)膜的D1R的表達明顯下調,能夠抑制豚鼠屈光度和眼軸長度的增加。Thomson等[20]發(fā)現(xiàn)非選擇性多巴胺受體激動劑如阿樸嗎啡通過激活D2R抑制了FDM和透鏡誘導型近視(lens-induced myopia,LIM)雛雞模型近視的發(fā)展,而D2R拮抗劑螺環(huán)哌啶酮則消除了阿撲嗎啡對FDM和LIM雛雞模型近視的抑制作用。

綜上,視網(wǎng)膜DA是屈光不正的重要調節(jié)劑,增加視網(wǎng)膜DA的含量可以有效抑制近視的發(fā)生發(fā)展。多巴胺受體的激活與近視關系密切,但是有關D1DR、D2DR的具體作用仍存在爭議,部分實驗結果存在分歧,原因可能與實驗動物不同和造模方式差異等因素有關。因此,多巴胺信號傳導在屈光發(fā)育中的作用是非常復雜的,仍需進一步的研究探討。

2 一氧化氮

一氧化氮(nitric oxide,NO)是一種有效的血管擴張劑和血管內皮舒張因子,也是中樞和外周神經(jīng)系統(tǒng)中的一種重要神經(jīng)遞質[21]。眼內的NO主要是在視網(wǎng)膜色素上皮細胞和脈絡膜中合成,可以保護視網(wǎng)膜的神經(jīng)節(jié)細胞免受炎癥的損傷[22]。NO與DA一樣也介導了視網(wǎng)膜的光適應變化,在強光或閃爍光下的合成和釋放會增加[23]。視網(wǎng)膜細胞中的NO通過激活桿狀細胞、錐狀細胞、雙極細胞和神經(jīng)節(jié)細胞中的特定離子導體,發(fā)揮光調節(jié)作用[24]。一氧化氮合成酶(nitric oxide synthetase,NOS)能催化L-精氨酸合成NO, NOS主要有3種,包括腦型NOS(bNOS)、內皮型NOS(eNOS)和誘導型(iNOS),bNOS和eNOS產生的NO主要參與脈絡膜微循環(huán)的調控,可以舒張脈絡膜血管,增加脈絡膜血流,從而使脈絡膜厚度增加,但NOS抑制劑并不能抑制FDM中脈絡膜的增厚[25]。iNOS可被炎癥因子、內毒素等病理產物激活,長時間產生大量的NO,進而轉化為亞硝酸鹽、自由基以及NO2,引發(fā)眼部的氧化應激反應,導致眼部的各種病變。

在各種組織中,NO的合成和釋放都需要DA的參與[26]。在近視發(fā)病過程中,DA和NO在視網(wǎng)膜-鞏膜通路中的作用有先后順序:DA與視網(wǎng)膜色素上皮細胞中的DA受體結合后,釋放信號分子,從而影響脈絡膜源性NO的釋放。由此可見,DA作用于NO的上游,在FDM或LIM雛雞模型中,DA對眼睛生長的調節(jié)作用要先于NO[27]。Carr等[28]研究發(fā)現(xiàn),阿托品抑制近視需要NO的參與,且呈劑量依賴性,阿托品可能會增加雛雞FDM視網(wǎng)膜中DA的水平,從而增加NO的合成和釋放,最終抑制FDM的發(fā)生,但當阿托品與NOS抑制劑聯(lián)合使用時,不能抑制雛雞FDM的發(fā)展,NOS抑制劑減弱了阿托品的作用。Shi等[29]則在給予FDM、LIM雛雞多巴胺激動劑喹吡羅治療后,發(fā)現(xiàn)NO的合成和釋放增加,抑制了近視的發(fā)展。因此,在抑制近視發(fā)生發(fā)展的過程中,NO系統(tǒng)與DA系統(tǒng)具有協(xié)同作用,二者都是介導眼球生長的關鍵因子。

但是,也有研究發(fā)現(xiàn)[28],在雛雞FDM近視模型的玻璃體內注入NOS抑制劑L-精氨酸,可以抑制FDM的形成。張文龍等[30]也發(fā)現(xiàn),NOS抑制劑可以降低FDM豚鼠視網(wǎng)膜iNOS表達水平,減少NO的過量合成,抑制眼軸增長,從而有效抑制FDM的發(fā)生發(fā)展。這些研究發(fā)現(xiàn)與前述結論完全相反,原因仍不清楚。

總之,一般研究認為NO對近視的發(fā)展有調節(jié)作用,多數(shù)研究認為其抑制近視作用明顯,但也有研究結論相反,尚需進一步研究以闡明其確切機制。同時,研究發(fā)現(xiàn)阿托品抑制近視的作用對NO具有依賴性,這有助于我們深入理解阿托品的作用機制。

3 乙酰膽堿

乙酰膽堿(acetylcholine,ACh)也是一種重要的神經(jīng)遞質,參與了神經(jīng)系統(tǒng)的各種生理活動。ACh的功能通過多種特異性受體來介導[31],目前已知的乙酰膽堿受體(mAChR)主要有5種不同的亞型(M1～M5),介導了其在中樞和周圍神經(jīng)系統(tǒng)中的大部分作用。截至目前,已在多種動物的視網(wǎng)膜中發(fā)現(xiàn)了M1、M2、M3和M4受體,在人鞏膜中也發(fā)現(xiàn)了此類受體;同時在豚鼠視網(wǎng)膜色素上皮細胞中檢測到了乙酰膽堿受體mRNA的表達[32]。

在哺乳動物中,ACh拮抗劑對FDM的抑制作用主要是通過M1和M4受體信號通路來實現(xiàn)的,有研究發(fā)現(xiàn)[33],在FDM樹鼬玻璃體內注射MT3(M4受體拮抗劑)和MT7(M1受體拮抗劑)5d,可有效抑制FDM的發(fā)展。同時,MT7對樹鼩LIM也有顯著的抑制作用。Liu等[32]研究發(fā)現(xiàn)在FDM豚鼠中,M1基因和蛋白質表達明顯增加。但是,Tao等[34]的研究卻發(fā)現(xiàn),在綠色閃爍光誘導的豚鼠近視眼模型中M1受體mRNA的表達顯著降低。Barathi等[35]研究發(fā)現(xiàn),M2突變小鼠與野生型小鼠以及其他毒蕈受體突變小鼠相比,鞏膜中Ⅰ型膠原蛋白的表達升高,Ⅴ型膠原蛋白的表達降低,M2突變可以抑制實驗性近視的發(fā)展,藥物阻斷M2毒蕈堿受體蛋白可延緩小鼠近視的進展,因此毒蕈堿M2受體拮抗劑可能對近視也有一定抑制作用。Lin等[36]比較了mAChR基因在不同程度近視患者中的表達,發(fā)現(xiàn)M2、M3、M4受體基因拷貝數(shù)變異均下降,尤其是M3受體基因拷貝數(shù)變化最顯著,提示M3受體在近視的發(fā)病機制中也發(fā)揮重要作用。

常用的乙酰膽堿受體拮抗劑主要有阿托品(非選擇性mAChR拮抗劑)、哌侖西平(M1受體選擇性拮抗劑)和他巴辛(M4受體選擇性拮抗劑)等。Barathi等[37]發(fā)現(xiàn),在阿托品治療后mAChR亞型M1、M3和M4在鞏膜中表達上調,而M2和M5幾乎沒有變化。但是,目前尚沒有足夠的證據(jù)表明阿托品是通過與乙酰膽堿受體結合產生抑制近視的作用。另有研究認為,阿托品主要是通過阻斷2α腎上腺素能受體和ZENK信號通路抑制雛雞FDM的發(fā)展,而不是通過mAChR作用于M4/cM4受體亞型發(fā)揮作用[38]。哌侖西平作為M1選擇性乙酰膽堿拮抗劑,也曾用于抑制人和實驗動物(包括雛雞)的近視,其機制可能主要是通過調節(jié)視網(wǎng)膜、鞏膜和脈絡膜中的M1和M4受體抑制近視的發(fā)展[39]。但是,目前尚不清楚哌侖西平誘導的M1和M4受體增加是抑制了近視發(fā)展,還是近視的結果。

綜上,乙酰膽堿對近視的作用主要通過其受體介導的。但是,不同物種和近視造模方式可能通過mAChR的不同亞型發(fā)揮作用的,這可能是導致不同研究結論差異較大的主要原因。此外,有研究顯示[40],多巴胺能通路、NO信號通路和膽堿能通路之間相互關聯(lián),共同調控近視的發(fā)生發(fā)展。

4 γ-氨基丁酸

γ-氨基丁酸(γ-aminobutyric acid,GABA)是一種抑制性神經(jīng)遞質,主要存在于中樞神經(jīng)系統(tǒng)中,同時也在視網(wǎng)膜中發(fā)揮多種作用,可影響多巴胺和乙酰膽堿的功能。在視網(wǎng)膜中,GABA主要存在于內核層的內叢狀層、無長突細胞、神經(jīng)纖維層和神經(jīng)節(jié)細胞,其含量的變化反映了視網(wǎng)膜的功能狀態(tài)。GABA 是由谷氨酸(GLU)轉化而成的,GABA和GLU在視覺發(fā)育中起著重要作用, 既可以介導視皮層突觸的可塑性, 又可以介導視網(wǎng)膜神經(jīng)突觸的可塑性。

GABA和GLU及其受體在FDM的形成和發(fā)展中均有不同程度的變化,興奮性和抑制性神經(jīng)遞質之間的平衡對眼球的正常發(fā)育很重要,這種平衡被打破可能導致近視的發(fā)病[41]。GLU與GABA比值(RGG)反映了二者之間的動態(tài)變化。Li等[42]研究發(fā)現(xiàn),LIM豚鼠視網(wǎng)膜的RGG增加,與屈光不正和軸向伸長呈正相關。Stone等[43]研究發(fā)現(xiàn),在玻璃體腔注射GABA受體拮抗劑可抑制FDM導致的眼球擴大,GABAA受體拮抗劑可抑制眼球赤道徑上的擴大,GABAB受體拮抗劑可抑制眼球的軸長。在FDM中,GABA能通路可能與DA能通路相互作用,主要通過GABAAOr受體和D2受體來介導;在玻璃體腔內注射GABA受體激動劑能夠削弱光照對近視的保護作用,多巴胺D2R激動劑則能夠恢復這種保護作用。這表明在近視的發(fā)生過程中,視網(wǎng)膜GABA系統(tǒng)與DA系統(tǒng)關系密切,正常視覺對屈光發(fā)育的保護作用還受GABA能和DA能通路的調控[44]。

5 5-羥色胺

5-羥色胺(5-hydroxytryptamine,5-HT)是一種來源于色氨酸的內源性單胺類神經(jīng)遞質和神經(jīng)調節(jié)劑,存在于中樞神經(jīng)及周圍神經(jīng)系統(tǒng)中,是神經(jīng)元連接的關鍵調節(jié)劑。5-HT也是視網(wǎng)膜中的一種神經(jīng)遞質,同時還存在于角膜、晶狀體、虹膜、睫狀體和房水中。5-HT的各種作用主要是通過5-HT受體介導的,受體主要包括5-HT1～5-HT7受體。5-HT受體激動劑主要通過調節(jié)突觸前神經(jīng)遞質GABA的釋放對視網(wǎng)膜神經(jīng)節(jié)細胞發(fā)揮保護作用[45]。

George等[46]研究表明LIM雛雞視網(wǎng)膜中5-HT無長突細胞數(shù)量增加,提示5-HT在LIM的發(fā)展中可能有重要作用;在玻璃體腔內注射5-HT受體抑制劑,對FDM影響較小,但可顯著抑制LIM的發(fā)展。楊積文等[47]研究發(fā)現(xiàn),5-HT在LIM豚鼠眼球中的含量明顯高于正常對照組,其中在脈絡膜中含量最高,其次為鞏膜和視網(wǎng)膜,證明5-HT參與了LIM的形成過程。Li等[48]發(fā)現(xiàn)5-HT和5-HT2A受體在FDM和FLM玻璃體及視網(wǎng)膜色素上皮細胞中的表達均上調,5-HT可能通過與5- HT2A受體結合參與了近視的發(fā)展。此外,Alex等[49]還發(fā)現(xiàn)5-HT系統(tǒng)與DA系統(tǒng)相互作用,5-HT水平的升高可能導致視網(wǎng)膜DA水平的下降。

6 胰高血糖素和胰島素

胰高血糖素受體主要在視網(wǎng)膜色素上皮細胞、脈絡膜和鞏膜上表達。在LIM雛雞模型中,胰高血糖素可以通過增加脈絡膜厚度、降低眼軸伸長來抑制近視的發(fā)展[50]。有研究發(fā)現(xiàn)在FDM雛雞眼玻璃體內注射胰高血糖素后,可以防止眼軸伸長,增加脈絡膜厚度,抑制FDM的發(fā)展,且呈劑量依賴性[51-52]。但是,目前關于胰高血糖素與近視的研究大多都集中在雛雞的眼睛上,未能擴展到哺乳動物,這可能與哺乳動物視網(wǎng)膜中不存在胰高血糖素無長突細胞有關[53]。

在正常雛雞的眼睛中,胰島素和胰島素樣生長因子受體相似,均存在于雛雞的視網(wǎng)膜和鞏膜中,因此它們能夠產生“交叉作用”,都能夠增加眼軸的長度[54]。劉小琦[55]發(fā)現(xiàn)胰島素相關因子Ⅱ基因變異,會增加漢族人群高度近視的風險。臨床研究中,肖志剛等[56]發(fā)現(xiàn)血漿中胰島素的水平與屈光發(fā)育密切相關,其水平高低影響近視的程度,胰島素水平與屈光度呈負相關。呂秀芳等[57]研究發(fā)現(xiàn)近視兒童血清中胰島素樣生長因子-1的水平明顯高于健康兒童。白慧玲等[58]研究指出二甲雙胍可以降低胰島素水平,改善胰島素抵抗,對2型糖尿病大鼠視網(wǎng)膜起到保護作用。

綜上,胰高血糖素、胰島素與近視的發(fā)生發(fā)展關系密切,在今后的研究中,我們應該進一步明確它的信號轉導通路,以及與其他神經(jīng)遞質之間的協(xié)同作用。

7 前列腺素

前列腺素(prostaglandin,PG)是一種肽類神經(jīng)遞質,在體內由花生四烯酸(ARA)合成,是存在于動物和人體中的一類不飽和脂肪酸,由局部組織產生和釋放,具有多種生理功能。

在FDM的發(fā)生過程中,視網(wǎng)膜中ARA水平是下降的,前列腺素F2α(PGF2α)也相應下降。Yang等[59]在視力正常豚鼠和FDM豚鼠球周分別注射前列腺素F受體(FP)激動劑拉坦前列素酸(latanoprost acid, LAT)和F受體拮抗劑AL8810,結果發(fā)現(xiàn),AL8810抑制了PGF2α- FP受體信號通路,促進了FDM的發(fā)展,而LAT則上調了該信號通路,抑制了FDM的發(fā)展,由此說明了前列腺素F受體活性減弱,會導致視網(wǎng)膜PGF2α水平下降,導致FDM的發(fā)生。El-Nimri等[60]研究發(fā)現(xiàn)外用拉坦前列素可以顯著降低FDM豚鼠眼壓,減緩近視進展。該團隊進一步研究發(fā)現(xiàn),外用拉坦前列素可以擴張脈絡膜血管,增加脈絡膜厚度[61],使FDM豚鼠的鞏膜微結構正?；?且沒有對鞏膜篩板結構產生不良影響[62],從而為拉坦前列素治療近視提供了理論基礎。

8 小結與展望

綜上所述,神經(jīng)遞質在近視的發(fā)生發(fā)展中發(fā)揮著重要作用。多種視網(wǎng)膜神經(jīng)遞質,或單獨作用或共同作用,通過多種途徑對近視產生影響,是近視形成的重要信號分子。但是,對于神經(jīng)遞質及其受體在各類型近視中的作用,不同研究結果尚有分歧,甚至是矛盾的,尤其是多巴胺、一氧化氮、乙酰膽堿神經(jīng)遞質。因此,在今后的研究中,要圍繞近視形成過程中不同神經(jīng)遞質的變化規(guī)律進行深入的探索,不僅可以闡釋近視發(fā)病的視網(wǎng)膜神經(jīng)調控機制,而且可以進一步揭示近視發(fā)生的中樞神經(jīng)調控機制,從而為近視的預防和治療提供理論依據(jù)。