祁玉麟，賈茜鈺，葉河江

0引言

視網(wǎng)膜退行性疾病如視網(wǎng)膜色素變性(retinal pigmentosa，RP)、年齡相關(guān)性黃斑變性(age-related macular degeneration，ARMD)、糖尿病視網(wǎng)膜病變(diabetic retinopathy，DR)等是一類致盲性眼病，雖然發(fā)病機制和臨床特點各不相同，但感光細胞進行性凋亡和視網(wǎng)膜色素上皮細胞的功能障礙及損失是其共有的病理改變，最終導致患者失明。有研究表明CX3CR1及其配體CX3CL1參與此類疾病的病理生理過程，而趨化因子受體CX3CR1在視網(wǎng)膜中由小膠質(zhì)細胞特異性表達，在調(diào)節(jié)小膠質(zhì)細胞活化及神經(jīng)元存活中發(fā)揮重要作用[1]。由于CX3CR1信號多種功能和作用機制復雜，其在不同病理情況下發(fā)揮神經(jīng)保護和神經(jīng)毒性作用的關(guān)系尚不清楚。本文就趨化因子受體CX3CR1的結(jié)構(gòu)、功能及其與小膠質(zhì)細胞在視網(wǎng)膜退行性疾病的作用研究做如下綜述。

1 CX3CR1結(jié)構(gòu)與生理功能

趨化因子的功能行使主要由趨化因子受體介導，參與細胞的黏附與遷移[2]。CX3CR1是由1 065個核苷酸編碼、355個氨基酸組成的功能蛋白[3]，受CX3CR1基因編碼的G蛋白偶聯(lián)受體，含有7個跨膜區(qū)的結(jié)構(gòu)形態(tài)。人類CX3CR1的編碼基因在染色體上位于3p21，具有2個單核苷酸多態(tài)性(single nucleotide polymorphisms，SNP)即V249I(rs3732379，纈氨酸替換為異亮氨酸)和T280M(rs3732378，蘇氨酸替換為甲硫氨酸)[4-5]。G蛋白能與CX3CR1胞內(nèi)區(qū)的相應(yīng)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生結(jié)合，可引發(fā)相關(guān)的磷酸化反應(yīng)，參與相應(yīng)的信號轉(zhuǎn)導[6-7]。全身的單核細胞、樹突細胞和自然殺傷細胞可普遍表達CX3CR1[8-9]，但這些細胞在正常情況下很少能夠通過血腦屏障進入健康大腦中，因此認為CX3CR1表達的唯一來源是小膠質(zhì)細胞。

CX3CR1是趨化因子CX3CL1的特異性、高親和力受體[10-11]，視網(wǎng)膜作為中樞神經(jīng)系統(tǒng)的延伸，研究發(fā)現(xiàn)CX3CR1受體在虹膜、睫狀體、視網(wǎng)膜色素上皮、視網(wǎng)膜小膠質(zhì)細胞以及Müller細胞上有表達[12]。CX3CR1通過與CX3CL1的結(jié)合介導細胞的遷移和黏附，對流動的單核細胞、T細胞、NK細胞的黏附作用強[13-14]。研究發(fā)現(xiàn)在多種疾病中CX3CL1-CX3CR1與小膠質(zhì)細胞關(guān)系密切，提供了視網(wǎng)膜神經(jīng)元和小膠質(zhì)細胞之間的細胞間信號傳導方式，已成為多種疾病新的治療介入點。

2 CX3CR1與小膠質(zhì)細胞

CX3CR1作為趨化因子受體在機體的神經(jīng)組織、淋巴組織及髓細胞系等系統(tǒng)均有表達[15-16]，而在中樞神經(jīng)系統(tǒng)及視網(wǎng)膜中則由小膠質(zhì)細胞特異性表達。小膠質(zhì)細胞是在中樞神經(jīng)系統(tǒng)(central nervous system,CNS)和視網(wǎng)膜中的一類膠質(zhì)細胞，作為免疫監(jiān)控及免疫效應(yīng)細胞，同時在視網(wǎng)膜發(fā)育階段對維持視網(wǎng)膜的生長及神經(jīng)發(fā)生穩(wěn)定具有關(guān)鍵作用[17]。在正常情況下，小膠質(zhì)細胞呈現(xiàn)靜息狀態(tài)，通過宿主監(jiān)測、組織修復以維持自身平衡穩(wěn)定。當出現(xiàn)代謝異常、損傷、炎癥時小膠質(zhì)細胞被激活，活化的小膠質(zhì)細胞發(fā)生顯著形態(tài)改變?yōu)椤鞍⒚装蜆印盵18]，進而發(fā)揮作用。

CX3CR1在小膠質(zhì)細胞表面高度表達，CX3CL1則表達于健康視網(wǎng)膜神經(jīng)元及細胞。有研究表明，小膠質(zhì)細胞可通過CX3CL1-CX3CR1信號通路影響光感受器細胞形成，缺失CX3CR1信號通路可導致纖毛蛋白分布的改變和外節(jié)段無法延伸，最終致視錐細胞受損[19]。

CX3CL1-CX3CR1對小膠質(zhì)細胞的作用表現(xiàn)出疾病及器官特異性，在不同的疾病模型或致病機制中，表現(xiàn)出不同作用甚至相反。一方面，在外傷、炎癥等急性損傷性疾病中，CX3CL1-CX3CR1誘導小膠質(zhì)細胞激活，促使其遷移到受損部位，發(fā)揮吞噬細胞的毒性作用，引起分泌多種炎癥因子包括NO、TNF-α、IL-1β等造成神經(jīng)元損傷[20]；另一方面，在某些退行性疾病中CX3CL1-CX3CR1表現(xiàn)出可抑制小膠質(zhì)細胞而發(fā)揮對神經(jīng)元的保護作用[21]。隨著對趨化因子及其受體的發(fā)現(xiàn)及功能研究，發(fā)現(xiàn)CX3CL1-CX3CR1與小膠質(zhì)細胞的活化之間存在著十分密切的關(guān)系，可作為抑制小膠質(zhì)細胞活化的一個環(huán)節(jié)或靶點。在許多視網(wǎng)膜疾病模型中，維持適當水平的信號可能具有重要的致病性，如CX3CR1信號降低與疾病轉(zhuǎn)歸惡化和小膠質(zhì)細胞活化增加有關(guān)。因此，CX3CL1-CX3CR1與小膠質(zhì)細胞的功能要在具體的疾病模型中進行具體分析。

3 CX3CR1與小膠質(zhì)細胞在視網(wǎng)膜退行性疾病中的作用

3.1視網(wǎng)膜色素變性RP是人類嚴重的視力障礙最常見的原因之一，致病基因突變、細胞應(yīng)激、炎癥反應(yīng)和視網(wǎng)膜重塑等與RP的發(fā)病機制有關(guān)，其結(jié)果是感光細胞的丟失凋亡，導致視力喪失和夜盲[22]。在RP眼中小膠質(zhì)細胞受凋亡光感受器的吸引，從視網(wǎng)膜內(nèi)層移行至外層，吞噬變性的光感受器胞質(zhì)成分，并且激活的小膠質(zhì)細胞也釋放一些毒性物質(zhì)，損害周圍正常神經(jīng)元[23]。

有研究發(fā)現(xiàn)視網(wǎng)膜小膠質(zhì)細胞活化導致RP視網(wǎng)膜嚴重受損[24]，其證實CX3CR1缺陷導致外核層(outer nuclear layer，ONL)中活化小膠質(zhì)細胞的積累增多并且光感受器脆弱性增加。rd10小鼠視網(wǎng)膜的小膠質(zhì)細胞激活發(fā)生在神經(jīng)退行性變之前，表現(xiàn)為CX3CR1，Aif1，Irf8等小膠質(zhì)細胞特異性基因表達上調(diào)[25]。在CX3CR1敲除rd10小鼠中觀察到ONL變薄，表明CX3CR1缺乏導致額外的視桿細胞損失，也加劇了視錐細胞的形態(tài)變化和功能喪失。CX3CR1敲除的rd10小鼠視網(wǎng)膜中小膠質(zhì)細胞向感光細胞層的浸潤顯著增加，并加速感光細胞凋亡和萎縮；缺乏CX3CR1的小膠質(zhì)細胞顯示吞噬作用增強，增加炎癥細胞因子和小膠質(zhì)細胞激活標志物的表達；當外源性CX3CL1給藥則可增加rd10視網(wǎng)膜中CX3CL1-CX3CR1的信號傳導，有效減少小膠質(zhì)細胞浸潤、吞噬作用和激活，改善光感受器變性的結(jié)構(gòu)和功能特征[26]。CX3CL1-CX3CR1可抑制rd10視網(wǎng)膜中的小膠質(zhì)細胞活化，并且CX3CR1缺陷導致額外的小膠質(zhì)細胞活化對光感受器存活發(fā)揮額外的神經(jīng)毒性作用。有研究者采用孕酮類似物諾孕酮(Norgestrel)治療可上調(diào)CX3CL1-CX3CR1信號RNA水平，進而調(diào)節(jié)視網(wǎng)膜小膠質(zhì)細胞的活化和遷移來保護神經(jīng)元[27]。而采用RP的視網(wǎng)膜光損傷模型鼠，研究指出其光感受器細胞CX3CL1的表達明顯上調(diào)，小膠質(zhì)細胞的活化、CX3CL1的上調(diào)程度與視網(wǎng)膜神經(jīng)細胞的損傷程度呈正相關(guān)性[28]。視網(wǎng)膜光損傷模型大鼠中視網(wǎng)膜CX3CR1和CX3CL1蛋白IOD值、蛋白相對表達量均明顯高于對照組，表明在視網(wǎng)膜損傷過程中有一定作用[29]。視網(wǎng)膜光損傷過程中CX3CL1與CX3CR1對小膠質(zhì)細胞發(fā)揮誘導活化的作用，趨化后者生成TNF-α、IL-1β等炎癥因子，誘導過度炎癥反應(yīng)，造成神經(jīng)損傷，進而加重光感受器細胞凋亡。

最近有研究表明，通過CX3CL1-CX3CR1信號通路小膠質(zhì)細胞還可影響光感受器的形成，CX3CR1信號通路的缺失可導致纖毛蛋白分布的改變和外節(jié)段延伸的失敗并最終導致視錐細胞的受損[30]。而CX3CL1是維持小膠質(zhì)細胞穩(wěn)態(tài)的調(diào)節(jié)器，在沒有損傷的情況下防止小膠質(zhì)細胞的過度活化，同時在炎癥發(fā)作期間促進小膠質(zhì)細胞和星形膠質(zhì)細胞的活化[31-32]。小膠質(zhì)細胞的激活與光感受器的損傷有著直接聯(lián)系，通過CX3CL1-CX3CR1信號通路調(diào)控小膠質(zhì)細胞活性可能成為阻止神經(jīng)元細胞損傷和提高存活的一種治療方式。

3.2糖尿病視網(wǎng)膜病變作為世界范圍內(nèi)的嚴重致盲眼病，DR的發(fā)病率日趨增長。DR在臨床上可分為兩種階段：(1)早期非增生性階段(non-proliferative diabetic retinopathy，NPDR)，其特征是血管滲透性增加，視網(wǎng)膜微血管系統(tǒng)變性，基底膜增厚以及視網(wǎng)膜毛細血管中的周細胞喪失；(2)晚期增生性階段(PDR)則涉及病理性新生血管形成、玻璃體出血以及視網(wǎng)膜脫離[33]。研究指出在DR出現(xiàn)微血管障礙前神經(jīng)元細胞就已經(jīng)出現(xiàn)病理改變[34]，表現(xiàn)為視網(wǎng)膜神經(jīng)節(jié)細胞凋亡增加、神經(jīng)膠質(zhì)細胞反應(yīng)性增高和小膠質(zhì)細胞活化等[35]。研究顯示在早期DR的NPDR階段視網(wǎng)膜活化的小膠質(zhì)細胞可在尚未出現(xiàn)微血管病變及神經(jīng)元壞死之前檢測出來，進而表明小膠質(zhì)細胞在DR早期已經(jīng)能夠產(chǎn)生相應(yīng)作用[32]。

在早期DR中CX3CR1調(diào)控小膠質(zhì)細胞功能形態(tài)變化。研究使用CX3CR1基因敲除Ins2糖尿病小鼠發(fā)現(xiàn)視網(wǎng)膜中小膠質(zhì)細胞網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的紊亂，表現(xiàn)出無規(guī)則排列，呈現(xiàn)典型活化形態(tài)，而視網(wǎng)膜中還未出現(xiàn)微血管病變和神經(jīng)元的壞死；小膠質(zhì)細胞的活化時間明顯縮短，顯著加重網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)破壞，同時CX3CR1基因敲除后小鼠視網(wǎng)膜不斷堆積數(shù)量眾多的巨噬細胞，為小膠質(zhì)細胞活化遷移的重要標識[36]。Ins2AkitaCX3CR1敲除小鼠在20周齡時即表現(xiàn)視網(wǎng)膜神經(jīng)節(jié)細胞(retinal ganglion cell，RGC)層神經(jīng)元細胞數(shù)量減少，小膠質(zhì)細胞數(shù)量增加和星形膠質(zhì)細胞反應(yīng)降低[37]。CX3CR1缺失的情況下小膠質(zhì)細胞反應(yīng)失調(diào)導致了DR神經(jīng)元的炎癥介導性損傷。CX3CR1缺失的DR小鼠中全身炎癥導致纖維蛋白原外滲區(qū)域中增殖的小膠質(zhì)細胞呈現(xiàn)強烈血管周圍聚集，并誘導小膠質(zhì)細胞和星形膠質(zhì)細胞中炎癥因子IL-1β表達[38-40]。

CX3CR1缺失加速DR視網(wǎng)膜血管的病理改變，增加視網(wǎng)膜細胞的凋亡，同時激活局部小膠質(zhì)細胞或巨噬細胞浸潤[40]。CX3CR1在DR模型中高度表達發(fā)揮對神經(jīng)元保護，其抑制小膠質(zhì)細胞活化的效應(yīng)也被證實。有研究指出增生性DR組患者玻璃體腔的CX3CL1表達水平較對照組顯著上升，伴隨血管內(nèi)皮細胞出現(xiàn)自身顯著加強的趨化性，表明在增生性DR中視網(wǎng)膜新生血管的形成有CX3CL1-CX3CR1參與[41]。DR中喪失CX3CL1-CX3CR1信號可引起小膠質(zhì)細胞活化失調(diào)，進而破壞全身炎癥過程中視網(wǎng)膜的血管完整性，因此調(diào)節(jié)CX3CR1信號傳導可能是減輕糖尿病視網(wǎng)膜組織病理變化的相關(guān)替代方法。

3.3年齡相關(guān)性黃斑變性ARMD是一種致盲性的眼底疾病并已成為發(fā)達國家老年人失明的主要原因[42]。人類CX3CR1的編碼基因在染色體上位于3p21，具有2個SNP為V249I和T280M[5]。有研究對ARMD患者CX3CR1兩個SNP的等位基因的關(guān)聯(lián)程度進行檢測分析發(fā)現(xiàn)其可能與ARMD的易感性相關(guān)[43-44]。對827例ARMD患者進行基因分型發(fā)現(xiàn)ARMD的風險增加與CX3CR1兩個等位基因的多態(tài)性顯著相關(guān)[45]。在攜帶M280等位基因的ARMD患者眼中，黃斑區(qū)CX3CR1水平比周圍視網(wǎng)膜低，但在健康人眼中未檢測到類似差異[46]，證實CX3CR1的多態(tài)性可能是ARMD發(fā)病的危險因素之一。

在ARMD患者眼底視網(wǎng)膜變性及CNV發(fā)生部位可發(fā)現(xiàn)大量小膠質(zhì)細胞的聚集，積聚的小膠質(zhì)細胞則表達CX3CR1陽性，并在玻璃膜疣中發(fā)現(xiàn)CX3CR1沉積物，故CX3CR1陽性小膠質(zhì)細胞的積聚可能與ARMD玻璃膜疣形成、光感受器變性及新生血管形成有關(guān)[47]。新生血管性ARMD患者視網(wǎng)膜中CD8+T細胞上CX3CR1的表達顯著降低[48]。采用ARMD的經(jīng)典動物模型CX3CR1基因敲除小鼠模型進行研究，有研究觀察發(fā)現(xiàn)活化后的小膠質(zhì)細胞形態(tài)出現(xiàn)腫脹變性，導致在其病變部位呈現(xiàn)出玻璃膜疣樣改變，光感受器外節(jié)盤膜出現(xiàn)脫落[49]。通過將視網(wǎng)膜中表達CX3CR1的小膠質(zhì)細胞募集至病變部位，并與外層視網(wǎng)膜細胞的相互作用對視網(wǎng)膜變性起到調(diào)節(jié)作用[50]。在CX3CR1基因敲除鼠視網(wǎng)膜中檢測到數(shù)量眾多的活化小膠質(zhì)細胞，小膠質(zhì)細胞CX3CR1依賴性的堆積在視網(wǎng)膜內(nèi)發(fā)揮作用與實驗性CNV的惡化相關(guān)，疾病發(fā)展也因此進一步加重。隨著CX3CR1基因敲除鼠年齡增長，其視網(wǎng)膜中可見局灶性的視網(wǎng)膜色素上皮(RPE)及光感受器的萎縮，與ARMD的改變類似[51]。也有研究指出[52]敲除CX3CR1基因的小鼠表現(xiàn)出視網(wǎng)膜退行性改變?nèi)缥s的光感受器細胞，而濕性、進行性ARMD的典型改變尚未被發(fā)現(xiàn)。當CX3CR1基因敲除鼠暴露在光損傷的環(huán)境中，發(fā)現(xiàn)視網(wǎng)膜更容易在慢性光損傷的刺激下呈現(xiàn)ARMD病變，TNF-α等炎癥因子的含量也因此上升[53]。缺乏CX3CR1可能引發(fā)視網(wǎng)膜RPE及光感受器的萎縮，病變情況可在光損傷等外界因素的影響下呈現(xiàn)進一步加重的趨勢。在ARMD動物模型中，CX3CR1具有抑制小膠質(zhì)細胞活化，保護神經(jīng)元作用。故對CX3CR1與小膠質(zhì)細胞展開大量深入研究，已成為ARMD治療的重要靶點。

3.4青光眼青光眼是一類導致不可逆性失明的神經(jīng)退行性疾病，患者視力逐漸喪失終致失明[54]，其病理特征在于視網(wǎng)膜神經(jīng)節(jié)細胞及其軸突逐漸消亡，視網(wǎng)膜神經(jīng)纖維層變薄和視盤凹陷[55],具體病因和發(fā)病機制尚不清楚。盡管眼內(nèi)壓升高是其發(fā)病主要因素之一，但與免疫機制有關(guān)的因素在青光眼發(fā)病機制中也起著關(guān)鍵作用[56]。小膠質(zhì)細胞作為中樞神經(jīng)系統(tǒng)及視網(wǎng)膜中的免疫細胞，在青光眼的人類和動物模型的研究中均顯示出小膠質(zhì)細胞是青光眼中神經(jīng)炎癥過程持久化的重要因素[57]，其長期過度活化導致神經(jīng)元細胞變性，尤其是RGC的喪失[58]。神經(jīng)膠質(zhì)細胞的活化在疾病早期引起青光眼損害的發(fā)展[59]，在青光眼動物模型中僅在眼壓升高后2h小膠質(zhì)細胞表達明顯增加并早于RGC死亡[60]。

在慢性青光眼和高眼壓的動物模型中早期小膠質(zhì)細胞即在視網(wǎng)膜、視神經(jīng)、視路中激活并重新分布[61-62]。在短暫性眼內(nèi)壓(IOP)升高的青光眼模型小鼠中，CX3CR1缺失會增強小膠質(zhì)細胞的神經(jīng)毒性作用，進而引起更為廣泛的RGC丟失，提示CX3CR1可在IOP升高下抑制小膠質(zhì)細胞的激活[63]。在慢性青光眼模型DBA/2J小鼠中，CX3CR1基因敲除后發(fā)現(xiàn)視神經(jīng)頭早期的小膠質(zhì)細胞增生與神經(jīng)病理的晚期嚴重程度顯著相關(guān)[64]。研究表明CX3CR1缺失可增加RGC數(shù)量的早期下降并加劇RGC軸突功能障礙，同時CX3CL1信號喪失促進營養(yǎng)不良的RGC產(chǎn)生，加劇軸突運輸功能障礙。缺乏CX3CR1可導致DBA/2J小鼠視網(wǎng)膜髓樣細胞中一氧化氮合酶2(NOS-2)的表達增加，引起Ccr2+單核細胞/巨噬細胞浸潤的增強并選擇性地加劇軸突運輸功能障礙[65]。因此研究CX3CR1對青光眼RGC的作用機制可成為疾病新的治療介入點。

4結(jié)語

綜上，CX3CR1及其配體CX3CL1引導的信號通路對小膠質(zhì)細胞進行調(diào)控以發(fā)揮對神經(jīng)元及視網(wǎng)膜細胞組織的效應(yīng)作用。CX3CL1-CX3CR1的作用機制復雜多樣，在不同疾病、不同作用途徑中其效應(yīng)作用不同甚至相反。不斷深入研究CX3CR1功能和其對視網(wǎng)膜小膠質(zhì)細胞的調(diào)控和功能重建，有助于干預小膠質(zhì)細胞活化后的促炎、自身免疫、自噬等效應(yīng)作用，保留免疫監(jiān)視和保護視網(wǎng)膜的有益功能。對于CX3CR1及其配體CX3CL1的多角度不斷探索研究為視網(wǎng)膜退行性病變提供重要的研究方向與思路，也為防治視網(wǎng)膜退行性疾病提供了新的治療研究靶點。