楊 曼，譚 薇，朱曉燕，周海倫，杭 帆

0引言

賴氨酰氧化酶(lysyl oxidase，LOX)是細胞外具有銅結合部位的氨基氧化酶，可催化膠原蛋白和彈性蛋白之間的交聯(lián)，維持細胞結構穩(wěn)定性。LOX的異常表達或激活會改變細胞的微環(huán)境，導致許多疾病，包括動脈粥樣硬化[1]，組織纖維化[2]和癌癥[3]。但是，目前LOX導致疾病發(fā)展的常見變異的潛在機制仍然未知，但潛在的作用可能在于通過組織特異性的可變剪接或表達調控來影響LOX的生物學活性。但無論是在正?；虿±砬闆r下，關于眼組織中LOX的信息仍然有限。近年有相關研究陸續(xù)發(fā)現(xiàn)LOX還可能參與多種眼部疾病的病理發(fā)生發(fā)展過程。因此，本文綜述總結近年來LOX在眼部疾病中的研究進展，以期為進一步研究LOX靶向治療眼部疾病提供幫助。

1賴氨酰氧化酶生物學特性

1.1賴氨酰氧化酶家族學者們通過分子克隆發(fā)現(xiàn)了賴氨酰氧化酶家族(lysyl oxidase family，LOXs)的存在。目前，在哺乳動物中已鑒定出五種不同的LOX酶，基于賴氨酰氧化酶基因結構上的同源和相似性，分別命名為賴氨酰氧化酶(LOX)和賴氨酰氧化酶樣蛋白1、2、3以及4(lysyl oxidase like 1, 2,3 and 4, LOXL1,2,3,4)。LOXs的五個成員的催化結構域是高度保守的，但它們的N端不同。LOX和LOXL1含有一個N-末端的前肽，而LOXL2、LOXL3和LOXL4的N端由4個清道夫受體富含半胱氨酸結構域組成。不同的N端序列，可能賦予各自的功能。LOXs具有將膠原蛋白和彈性蛋白中的賴氨酸和羥賴氨酸殘基轉化為高反應性醛的能力[4-5]，所以大量研究已經證實LOXs與細胞外基質(extracellular matrix，ECM)合成和/或分解異常有關，包括心臟的纖維化疾病(心肌纖維化)[6]，脈管系統(tǒng)(動脈粥樣硬化)[1]，肺部(肺纖維化)[2]，皮膚(肥厚性瘢痕形成)[7]，腎臟(糖尿病腎病)[8]和肝臟(肝纖維化)[9]。

1.2 LOX的結構和基因背景及生物學特征LOX也稱為蛋白賴氨酸-6-磷酸酶。人類LOX基因位于染色體5q23.2。LOX合成為包含3個結構域的50kDa前蛋白：N末端信號肽序列(aa1-21-2)，N末端前肽結構域(aa 22-162)和C末端催化結構域(aa 162-417)[10]。LOX可氧化膠原蛋白中的肽基賴氨酸和羥基賴氨酸殘基以及彈性蛋白中的賴氨酸殘基，產生肽基α-氨基己二酸-δ-半醛。這些醛修飾可與鄰肽肽醛或肽賴氨酸的ε-氨基自發(fā)結合形成穩(wěn)定并導致膠原蛋白和彈性蛋白纖維不溶于ECM的共價交聯(lián)。LOX通過膠原蛋白的氧化鍵形成纖維狀ECM的過程發(fā)生在許多組織類型中(皮膚、軟骨、角膜及某些肌腱等)。多年來，LOX不僅在ECM的重塑發(fā)揮著重要作用還與細胞增殖、衰老和趨化、血管重塑、誘導氧化應激及腫瘤發(fā)生發(fā)展等過程中都發(fā)揮著關鍵的作用[3,11-13]。Johnston等[3]通過對來自正常人供體眼球的眼組織中LOX的分布及活性的研究發(fā)現(xiàn)晶狀體、虹膜睫狀體、玻璃體、視網膜色素上皮層(retinal pigment epithelium，RPE)，脈絡膜和視網膜均有LOX的表達。LOX在眼部組織中主要是介導眼組織中膠原交聯(lián)。也有研究發(fā)現(xiàn)[14]，過量的LOX水平可誘導視網膜血管相關細胞凋亡。

2 LOX可能參與的眼部疾病

2.1糖尿病性視網膜病變在全球，糖尿病性視網膜病變(diabetic retinopathy，DR)仍然是工作年齡人群視力下降和致盲的首要原因，是嚴重的不可逆的致盲性眼病[15-16]。其最常見的早期病理特征之一是視網膜微血管病變，如非細胞性毛細血管的形成和周細胞丟失。長期以來人們一直認為血管基底膜(basement membrane，BM)增厚是糖尿病性視網膜微血管病變的組織學標志，并可能會促進細胞凋亡，從而導致視網膜血管細胞丟失[17-18]。有研究表明，LOX是一種對基底膜的發(fā)育和成熟至關重要的交聯(lián)酶，LOX活性增加可能導致過度的交聯(lián)，從而導致致密的膠原蛋白原纖維，進而可能損害基底膜的超微結構完整性[14,19-20]。該研究團隊近年先后通過實驗發(fā)現(xiàn)LOX在高糖培養(yǎng)基生長的大鼠視網膜內皮細胞中表達上調且過量的LOX與促進視網膜內皮細胞單層通透性有關。LOX過表達可能會通過降低AKT磷酸化，從而引發(fā)DR相關的視網膜血管細胞凋亡。抑制LOX過表達可有效阻止視網膜血管細胞凋亡和糖尿病誘導的LOX過表達導致的視網膜血管細胞滲漏情況，并通過建立糖尿病LOX雜合子基因敲除(LOX+/-)小鼠模型證實了通過對大鼠LOX基因敲除可能對糖尿病誘導的視網膜血管病變具有保護作用?？傊?，DR時，LOX可異常上調，并可能在促進DR相關的視網膜血管病變的發(fā)展中起重要作用。Subramanian等[21]使用ELISA檢測評估玻璃體切除術中獲得的玻璃體樣品[31例來自晚期增生性DR(PDR)的患者的玻璃體標本和27例非糖尿病患者的玻璃體標本]的LOX水平發(fā)現(xiàn)與非糖尿病患者相比患有晚期PDR的糖尿病患者玻璃體中的LOX水平顯著增加。糖尿病組和非糖尿病組在男性和女性受試者之間均未觀察到玻璃體LOX水平的顯著差異?？傮w而言，當前研究的結果表明視網膜LOX過表達可能與DR的發(fā)展有關。它為進一步研究確定抑制LOX過表達是否可能是預防與DR的發(fā)病機制以及相關的視網膜血管病變的有用策略提供了基礎。

2.2圓錐角膜圓錐角膜(keratoconus corneas，KC)是一種特征為非炎性進行性角膜逐漸變薄和突出，導致不規(guī)則散光和嚴重的視力障礙的眼病。盡管最近的研究表明與遺傳和環(huán)境因素有關，但尚不清楚KC的發(fā)病機制[21-22]。目前假說之一是基于膠原纖維的組織和結構的改變。膠原蛋白交聯(lián)提供了在人體大多數(shù)組織(包括角膜)中生理維持細胞外基質所需的機械強度[23]。LOX可介導膠原蛋白和彈性蛋白原纖維之間共價鍵的形成，維持角膜的生物力學特性。Bykhovskaya等[24]在家系中的連鎖和關聯(lián)結果以及在兩個獨立的病例對照小組中的正關聯(lián)研究中確定了LOX基因明顯參與KC的發(fā)病機制，Hasanian-Langroudi等[25]研究也表明了LOX rs1800449基因型(AA和GA+AA)和等位基因(A)似乎賦予KC易感性風險。Zhang等[26]在高加索人和中國人的組合數(shù)據集中確定了LOX變體rs2956540與KC之間的緊密聯(lián)系，并且沒有異質性。他們統(tǒng)計數(shù)據還表明rs10519694與KC，具有中等異質性，這可能是由于潛在的人口差異所致。Dudakova等[27-28]研究發(fā)現(xiàn)，角化圓錐角膜中LOX分布受限，尤其是培養(yǎng)的角膜圓錐形成纖維細胞中LOX活性降低，他們分析這可能是膠原交聯(lián)不足的潛在原因之一，也是該疾病的標志。該研究團隊相繼研究發(fā)現(xiàn)，LOX的分布在約63%的KC患者標本中明顯減少，研究數(shù)據還表明，KC角膜的結構變形可能取決于膠原蛋白和LOX的表達減少，并通過相關檢測發(fā)現(xiàn)KC患者角膜上皮中的LOX mRNA表達降低，且與疾病的臨床等級相關。在KC患者角膜上皮中LOX活性和蛋白質水平均降低。Shetty等[29]也通過分析KC患者90眼，觀察到KC患者角膜上皮細胞LOX轉錄水平顯著降低，KC眼淚中LOX活性與疾病嚴重程度相關。并通過免疫組化證明了與健康的供體角膜相比，KC患者上皮中LOX的蛋白質表達水平降低。綜上均提示KC角膜的結構畸形可能取決于膠原蛋白和LOX的表達減少。表明LOX在KC發(fā)病機制中的關鍵作用。

2.3青光眼青光眼是不可逆的視覺障礙和失明的主要原因，高眼壓是青光眼最關鍵的危險因素，小梁網(trabecular meshwork，TM)組織發(fā)生病理性改變是主要的致病原因，高眼壓與TM內ECM沉積增加有關，并且ECM中有大量突變基因[30]。因此，青光眼可以被視為TM的一種纖維性疾病。早期Sethi等[31]研究發(fā)現(xiàn)，LOX在青光眼患者的TM細胞中表達顯著上調。還說明LOX活性增加可能是通過誘導細胞外基質在TM內沉積而導致房水流出阻力增加的原因。Wordinger等[32]最近研究也發(fā)現(xiàn)LOX和LOXL1在TM中有表達，并且可通過轉化生長因子-β(TGF-β亞型)來調節(jié)。該研究團隊證實了外源性TGF-β2和gremlin增加了培養(yǎng)的人TM細胞中交聯(lián)酶的表達，TGF-β2和gremlin在青光眼TM中的水平升高會增加LOX，LOXL1的表達和分泌。隨后由于TM中膠原蛋白和/或彈性纖維的交聯(lián)可增加局部硬度，房水流出阻力和眼壓升高。Sethi等[33]也發(fā)現(xiàn)LOX水平升高可能至少部分導致了小鼠的眼壓升高和房水流出阻力增加，從而導致青光眼。青光眼濾過手術(小梁切除術)是治療青光眼的最有效方法，是處理這種致盲疾病的關鍵程序。但不幸的是，術后傷口過度愈合并隨后形成瘢痕，通常會導致手術失敗。由于LOXs通過交聯(lián)膠原蛋白和彈性蛋白在纖維化過程中起著重要作用，這些酶可能是青光眼手術中抗纖維化輔助策略的良好靶點候選者。于是Van Bergen等[34]通過建立標準的青光眼手術兔模型，證實了兔青光眼小梁切除術手術后LOX和LOXL2在Tenon囊和結膜中均上調。重要的是，由于LOX和LOXL2的水平早在青光眼手術后的第3d就被上調，因此說明了這兩種蛋白可能在術后傷口愈合的早期階段都可能發(fā)揮重要作用。綜上所述，這些數(shù)據表明LOX在青光眼的發(fā)病機制中及青光眼小梁術后瘢痕形成中可能發(fā)揮作用。

2.4形覺剝奪性近視近視是全世界最常見的視力障礙。在過去的幾十年里，近視的患病率急劇上升，在一些東亞國家，這種疾病的發(fā)病率高達80%。來自臨床研究的強有力證據表明，與近視相關的常見結構異常主要是眼軸長度(axial length，AL)。鞏膜重塑，特別是在眼后極部，已被證明在近視眼軸延長中起重要作用。Yuan等[35]通過對豚鼠近視模型研究發(fā)現(xiàn)近視鞏膜中LOX表達明顯降低。形覺剝奪性近視(form-deprivation myopia，F(xiàn)DM)組鞏膜LOX和膠原基因及蛋白水平均顯著低于正常對照眼組。FDM組膠原纖維直徑較對照組明顯減小，研究表明實驗性近視鞏膜LOX和Ⅰ型膠原表達減少。調節(jié)LOX的表達可引起膠原纖維的異常堆積和生物力學強度的改變，提示這種交聯(lián)酶可能在鞏膜重塑過程中起關鍵作用。這些發(fā)現(xiàn)表明，調節(jié)鞏膜LOX的表達可能成為近視的潛在治療靶點。

2.5翼狀胬肉翼狀胬肉是一種起源于角膜緣的翼狀、上皮覆蓋的纖維血管病變，涉及細胞增殖、遷移、血管生成、纖維化和細胞外基質重塑。雖然翼狀胬肉的確切病理機制尚不清楚，但人們認為其起源于角膜結膜形成的慢性紫外線照射引起的角膜緣干細胞改變[36]。視力損害可能是由于病變向中央角膜遷移引起的散光和視軸阻塞所致。目前，手術切除仍然是翼狀胬肉的最終治療方法。Pérez-Rico等[37]將翼狀胬肉和正常結膜樣本根據年齡(<50/≥50歲)和性別進行分組研究發(fā)現(xiàn)分析LOX基因表達水平，正常對照結膜和翼狀胬肉之間的LOX mRNA水平上沒有發(fā)現(xiàn)顯著差異；但按年齡劃分時，病理老年組的LOX基因表達高于健康老年結膜的LOX基因表達。在分析LOX蛋白表達時，不論年齡和性別，病理人群中的LOX表達均增加。在健康組中，LOX蛋白水平隨著年齡的增長而降低，翼狀胬肉老年組的結締組織中LOX的表達顯著增加。

2.6原發(fā)性孔源性視網膜脫離視網膜的裂孔導致視網膜下的液體積聚，從而導致視網膜神經上皮層與視網膜色素上皮層分離時，就會發(fā)生孔源性視網膜脫離(rhegmatogenous retinal detachment，RRD)。在增殖型DR和RRD等玻璃體視網膜疾病中，存在廣泛的ECM重塑。盡管LOX下調和RRD的機制尚不清楚，但正常對照組與RRD患者的玻璃體樣品顯示RRD玻璃體樣品中的LOX活性較低。這種作用可能導致膠原蛋白交聯(lián)不足，導致RRD發(fā)生細胞外基質的變化[13]。Yu等[38]也表明LOX基因多態(tài)性與對RRD敏感性增加有關，并暗示了LOX與眼部炎癥之間的潛在相關性。

2.7年齡相關性黃斑變性由脈絡膜和視網膜脈管系統(tǒng)異常引起的最常見的眼后段致盲疾病是年齡相關性黃斑變性(age-related macular degeneration，ARMD)。這種退行性疾病不僅以脈絡膜新血管形成(choroidal neovascularization，CNV)為特征，而且以黃斑水腫、視網膜退行性變、玻璃體出血和纖維血管瘢痕形成為特征。確實，導致ARMD失明的主要病理生理過程是視網膜對損傷的反應，即導致視網膜下纖維化的慢性傷口愈合。纖維化的過程可能導致周圍組織的破壞，例如感光細胞和視網膜色素上皮的破壞，這可能與永久性視力喪失有關。由于CNV和纖維化的直接作用，ARMD患者中有10%至15%會失去中心視力。目前，抗VEGF藥物仍然是治療CNV的金標準。但是抑制血管生成分子不能解決炎癥和纖維化的潛在病理生理過程。因此，仍然需要治療ARMD的替代策略。Van Bergen等[39]使用激光誘導的ARMD的CNV小鼠模型通過數(shù)據表明LOX和LOXL2參與視網膜纖維化的過程。研究表明LOX和LOXL2在CNV的發(fā)病機制中起作用。除纖維化外，用抑制性單克隆抗體(AB0023)靶向LOXL2比靶向LOX對減少血管生成和炎癥具有更廣泛的功效。

3展望

盡管大多數(shù)致盲性眼病與血管滲漏和纖維化引起的眼組織結構破壞有關，但關于LOX參與眼部疾病的信息仍然有限。繼續(xù)進一步探索LOX參與的眼部疾病的病理過程的顯得尤為重要，同時也為今后LOX靶向治療眼部疾病診治提供新的策略及思路。