王夢迪，崔極哲

(吉林大學白求恩第二醫(yī)院 眼科中心，吉林 長春130041)

成年哺乳動物中樞神經系統(tǒng)(Central Nervous System,CNS)軸突再生能力差，在神經元損傷后可形成永久性的功能障礙[1]。視神經是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。目前理論認為：成熟神經元受損軸突再生失敗主要在于CNS組織和神經元中的生長抑制分子的調控以及損傷后生長反應激活不足。增加細胞內在關鍵生長促進因素如哺乳動物雷帕霉素靶點(mTOR)[2]，腦源性神經生長因子(BDNF)[3]，或睫狀神經營養(yǎng)因子(CNTF)[4]等，或通過下調軸突生長的轉錄抑制因子如Kruppel樣因子4(KLF4)[5]或細胞因子信號傳導抑制因子(SOCS3)[6]，可以實現CNS軸突部分再生。盡管在視神經受損后恢復視力仍然是一個難以企及的目標，近年來對哺乳動物雷帕霉素標靶蛋白(mTOR)等關鍵生長調節(jié)因子的研究揭示了開發(fā)新的藥物干預措施的潛力，將來這些干預措施可以轉化為眼科醫(yī)生的治療選擇。

1 視神經損傷軸突再生障礙與mTOR的關系

再生障礙的原因包括：(1)內在因素：損傷后的視網膜神經節(jié)細胞(RGCs)固有生長程序的再激活能力較弱[7]。RGC中促進軸突再生的相關基因及營養(yǎng)因子的表達不足。事實上，自出生后細胞內在生長抑制因子轉錄因子家族隨視網膜發(fā)育上調，而生長誘導轉錄因子在RGCs和其他CNS神經元中下調[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，神經元周圍環(huán)境由促進細胞生長，隨機體成熟而轉變?yōu)橐种萍毎L[8]。而在損傷后，視網膜中RGCs周圍的細胞表達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細胞[10]形成物理和分子屏障阻止RGCs軸突再生，無長突細胞釋放鋅被RGCs內化后阻止其再生[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，導致RGCs進一步死亡[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，是細胞蛋白質合成和存活的最重要的調節(jié)者之一，與各類細胞生長、增殖和分化密不可分[13]。mTOR信號傳導通路的失調往往發(fā)生在多種的癌癥中[14,15]。在視網膜軸突中，成熟的RGCs再生潛力的喪失伴隨著mTOR活性的下調，且在細胞損傷后的進一步減少[2]。

2 經典mTOR信號傳導通路

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

在經典通路中，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)和結節(jié)性硬化復合體(TSC1/2)。位于細胞膜上的磷脂酰肌醇(4,5)二磷酸鹽(PIP2)與活化的PI3K結合，磷酸化為PIP3(PTEN對此過程起負調控作用)。PIP3將兩個含PH域的激酶-磷脂酰肌醇依賴性激酶-1(PDK1)和Akt募集到細胞膜上，隨后通過mTORC2以及PDK1介導的磷酸化激活Akt。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蛋白結合形成，通過磷酸化下游效應物p70核S6蛋白激酶(S6K1)和4E結合蛋白(4E-BP1)，調控蛋白質的翻譯過程[20]。在蛋白質翻譯過程中，真核生物蛋白翻譯起始因子eIF4E與eIF4G的結合，形成活化的eIF4F(eIF4E-eIF4A-eIF4G)起始復合物，識別帽結構開始翻譯。而在基礎條件下，4E-BP1具有同eIF4G相似的eIF4E的識別序列，與eIF4E結合形成復合物，抑制蛋白翻譯。mTOR1通過對4E-BP1的磷酸化，釋放eIF4E，進而促進蛋白質的合成[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在視神經軸突再生實驗室研究中的進展

3.1 激活mTOR通路是促進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顯示神經突從損傷的視神經纖維中生長約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存活數目明顯增多及大量神經纖維再生，這一結論被其它實驗室相繼證實[21-25]。也有少數實驗室證實mTOR抑制劑Rapamycin對損傷的RGCs有保護作用[26,27]。

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

選擇性敲除編碼mTOR信號通路的上游抑制劑聯(lián)合其它神經再生的調節(jié)因子共同作用于受損視神經可形成促進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(癌調蛋白或酵母多糖)[21]，CPT-cAMP[21,23]及c-myc[25]的聯(lián)合應用引起視神經軸突顯著再生。但是，除de Lima et al[21]報道PTEN敲除/ cAMP過表達/ 玻璃體腔注射癌調蛋白三聯(lián)治療方法可促使小鼠RGCs軸突生長至外側膝狀體和上丘靶位置，同時小鼠部分視功能恢復外，絕大多數聯(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U形轉向，再生的軸突折返或向對側眼生長[22-23]，造成RGCs與腦中靶目標分離的現象。當然，并不是所有的聯(lián)合治療均出現疊加效應。敲除RGCs中的雙亮氨酸拉鏈激酶(DLK)[24]，通過改變細胞凋亡途徑增強了RGCs視神經損傷后的存活，但同時也限制了基于PTEN敲減對軸突再生的增強。

3.3 mTOR通路的激活聯(lián)合神經電活動促進再生軸突與大腦重建突觸關系

軸突的再生只是視神經損傷修復的開始，視覺功能恢復意味著受損的軸突再生到外側膝狀核(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8 mm以上，還需與大腦中的靶目標建立正確的突觸關系[28]。在發(fā)育期，自發(fā)和視覺驅動的電活動提高RGC連接，并通過增加對營養(yǎng)因子的反應性來增強RGCs軸突生長[29]。Lim J HA[38]證實增加對視神經損傷模型成年小鼠的RGCs高對比度視覺刺激可以促進損傷后的軸突再生。相反，降低RGCs的神經活動水平會抑制細胞存活。雖然單獨增加RGCs視覺刺激不足以支持RGCs軸突再生進入大腦，但實驗表明增強視覺刺激和激活mTOR的聯(lián)合對軸突的再生具有協(xié)同作用，當縫合小鼠對側健眼時，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)現是視神經再生研究中重要的進展。

4 總結與展望

視覺修復的研究集中在損傷后維持RGCs存活，促使軸突再生成視神經，并重建其與大腦正確的突觸關系。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)系方面取得重大進展。但是這些進展還局限于實驗室階段，且在考慮mTOR的臨床應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)揮促進再生作用[30]；(2)mTOR廣泛影響細胞生長[16-20]，眼內應用可能導致視網膜腫瘤形成[31]；(3)mTOR聯(lián)合治療促進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，仍不能預測視覺功能恢復[30]。

綜上，mTOR信號通路在視神經再生方向取得的一系列新的進展，使視神經損傷后視覺功能恢復逐漸成為一個可以實現的目標。

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