楊倩，于靖

高爾基體(golgi apparatus)亦稱(chēng)高爾基復(fù)合體、高爾基器，是真核細(xì)胞中內(nèi)膜系統(tǒng)的組成之一。常分布于內(nèi)質(zhì)網(wǎng)與細(xì)胞膜之間，由于其功能的多樣性和結(jié)構(gòu)的獨(dú)特性，以及在許多疾病中的作用，備受大家關(guān)注。近年來(lái)，高爾基體在眼科疾病中的作用也在逐漸被挖掘，可能成為研究眼部疾病的新方向。

1 高爾基體的結(jié)構(gòu)與功能

哺乳動(dòng)物細(xì)胞中的高爾基復(fù)合體由極化堆積的扁平池狀膜組成，扁平池狀膜通過(guò)小管連接，形成與微管組織中心緊密連接的膜網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)[1]。該高度動(dòng)態(tài)的膜網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)可以在有絲分裂進(jìn)程中可逆地解體。同時(shí)，關(guān)鍵的分泌通路蛋白也可以以細(xì)胞周期依賴(lài)的磷酸化方式分解高爾基體。高爾基復(fù)合體是真核細(xì)胞膜轉(zhuǎn)運(yùn)調(diào)控的核心，是蛋白質(zhì)的分類(lèi)和處理的主要場(chǎng)所[2]，是參與細(xì)胞代謝的關(guān)鍵細(xì)胞器，主要參與修飾、分類(lèi)和包裝大分子，并將內(nèi)質(zhì)網(wǎng)合成的蛋白質(zhì)運(yùn)送到細(xì)胞特定的部位或者分泌到細(xì)胞外。在正常情況下，哺乳動(dòng)物高爾基體是微管組織中心附近的成堆池狀的膜。蛋白質(zhì)以分泌途徑進(jìn)入高爾基體的順式面，當(dāng)它們通過(guò)高爾基體膜時(shí)被處理，并在反式面被分類(lèi)成囊泡，運(yùn)輸?shù)剿鼈兊念A(yù)定目的地。反式高爾基體在篩選內(nèi)吞蛋白和在細(xì)胞膜和細(xì)胞內(nèi)膜室之間循環(huán)方面同樣也發(fā)揮著重要作用，這為高爾基體與細(xì)胞的其他部分及其周?chē)h(huán)境的交流提供了良好前提基礎(chǔ)，使其處于感知和整合細(xì)胞狀態(tài)及環(huán)境信息的首要位置。

2 高爾基體參與眼科疾病的方式

高爾基體最主要的作用是對(duì)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)合成的蛋白質(zhì)進(jìn)行加工、分揀與運(yùn)輸，再將其分別運(yùn)送到細(xì)胞特定的部位或分泌到細(xì)胞外，其次是參與細(xì)胞分泌作用，進(jìn)行膜的轉(zhuǎn)化，將蛋白水解為活性物質(zhì)，參與形成溶酶體，參與蛋白質(zhì)糖基化等。然而高爾基體在不同眼部疾病中參與的方式不同，目前認(rèn)為可能有如下幾種方式：(1)眼部相關(guān)蛋白與高爾基體共定位，調(diào)控高爾基體的囊泡轉(zhuǎn)運(yùn)；(2)高爾基體為相關(guān)物質(zhì)的合成和結(jié)合提供場(chǎng)所[3]；(3)高爾基體解體，促進(jìn)細(xì)胞凋亡，加速疾病的發(fā)生發(fā)展。

3 高爾基體與眼科疾病

3.1 高爾基體和色素性視網(wǎng)膜炎 色素性視網(wǎng)膜炎(retinitis pigmentosa, RP)即視網(wǎng)膜色素變性，是一種慢性、進(jìn)行性、遺傳多樣性的視網(wǎng)膜色素上皮營(yíng)養(yǎng)不良性眼病，其特征是進(jìn)行性光感受器細(xì)胞變性[4]?；颊咭砸姑ぐY和周?chē)曈X(jué)喪失為主要表現(xiàn)，目前RP的發(fā)病機(jī)制尚不明確，可能由于視桿細(xì)胞及視錐細(xì)胞的相繼凋亡，視網(wǎng)膜退化進(jìn)展至中央視網(wǎng)膜，導(dǎo)致特征性的視野狹窄，最終失明。

光感受器是復(fù)雜的纖毛感覺(jué)神經(jīng)元。光感受器的基底體和膽周嵴與高爾基體復(fù)合體共同作用，調(diào)節(jié)內(nèi)段蛋白向外段感覺(jué)軸索的輸出。Arl3(ADP-ribosylation factor-like3)是一種廣泛存在的微管相關(guān)蛋白(microtubule-associated protein，MAP)，定位于光受體連接纖毛[5-6]，參與纖毛功能且Arl3在高爾基體至纖毛的囊泡轉(zhuǎn)運(yùn)中起著重要作用[6]。視網(wǎng)膜色素變性蛋白(retinitis pigmentosa protein，RP2)為Arl3的負(fù)調(diào)控因子，定位于光感受器纖毛基部的基底體和相關(guān)的中心粒，光感受器的高爾基體和脊，這提示RP2可通過(guò)控制Arl3活性來(lái)調(diào)控高爾基體囊泡的轉(zhuǎn)運(yùn)和對(duì)接過(guò)程[7]。有研究[8-9]指出RP2對(duì)Arl3的調(diào)控對(duì)于維持高爾基體的內(nèi)聚力，促進(jìn)囊泡的轉(zhuǎn)運(yùn)和對(duì)接，將蛋白從光受體連接纖毛的底部，轉(zhuǎn)運(yùn)到外段非常重要。且此作用對(duì)纖毛光感受器的維持、穩(wěn)定和代謝具有長(zhǎng)期的影響。在色素性視網(wǎng)膜炎中RP2的缺失和Arl3的失調(diào)破壞了高爾基復(fù)合體的內(nèi)聚力，導(dǎo)致高爾基體破碎，影響了纖毛蛋白(如IFT20)的位置和轉(zhuǎn)運(yùn)，而細(xì)胞纖毛轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白20(intraflagellar transport 20，IFT20)同時(shí)也具有調(diào)節(jié)高爾基體的結(jié)構(gòu)和轉(zhuǎn)運(yùn)的功能，二者相輔相成。高爾基網(wǎng)絡(luò)(trans golgi network，TGN)的碎片化會(huì)導(dǎo)致分揀錯(cuò)誤和貨物裝載到小泡上的受損，從而剝奪重要的細(xì)胞細(xì)胞器(如光感受器纖毛蛋白質(zhì))，導(dǎo)致光感受器纖毛的逐漸退化隨后出現(xiàn)視網(wǎng)膜變性。所以，進(jìn)一步研究應(yīng)該關(guān)注RP中導(dǎo)致高爾基體破碎相關(guān)的信號(hào)通路的調(diào)控機(jī)制以及IFT20是如何影響高爾基體的結(jié)構(gòu)與功能的，探究抑制高爾基體解體是否可以作為防控纖毛退化，視網(wǎng)膜變性的一個(gè)可行目標(biāo)。

3.2 高爾基體和糖尿病病視網(wǎng)膜病變 糖尿病性視網(wǎng)膜病變(diabetic retinopathy，DR)是目前成年人視力不可逆喪失的主要原因之一。糖尿病視網(wǎng)膜病變是一種影響視網(wǎng)膜血管系統(tǒng)、神經(jīng)元和膠質(zhì)細(xì)胞正常功能的復(fù)雜疾病。高血糖、晚期糖基化終產(chǎn)物(glycosylation end products，AGEs)、血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子(vascular endothelial growth factor，VEGF)等多種因素參與了糖尿病視網(wǎng)膜病變的發(fā)病過(guò)程[10]。在糖尿病視網(wǎng)膜病變中，高血糖致使內(nèi)皮細(xì)胞功能障礙、凋亡，最終導(dǎo)致視網(wǎng)膜微血管系統(tǒng)的丟失[11]。學(xué)者[12]認(rèn)為VEGF是糖尿病視網(wǎng)膜病變晚期增強(qiáng)血管通透性和內(nèi)皮細(xì)胞存活、增殖、遷移和新生血管形成的關(guān)鍵介質(zhì)。

VEGF家族成員與細(xì)胞表面受體結(jié)合，調(diào)節(jié)生理和病理血管生成。眾所周知，糖尿病視網(wǎng)膜病變中，內(nèi)皮細(xì)胞中有大量的新生血管生成，這是由于高血糖誘導(dǎo)血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子受體2(vascular endothelial growth factor，VEGF2)在高爾基體的積累，并與高爾基體標(biāo)記物共定，此外，新合成的VEGF2從高爾基體運(yùn)輸?shù)劫|(zhì)膜被激活[13]，它的質(zhì)膜水平受高爾基體的內(nèi)吞和分泌轉(zhuǎn)運(yùn)調(diào)節(jié)。因此新合成的VEGFR2向細(xì)胞膜的轉(zhuǎn)運(yùn)似乎是血管生成的重要限制因素。到目前為止，VEGF2轉(zhuǎn)運(yùn)通過(guò)高爾基體的機(jī)制仍未完全確定。最近的幾項(xiàng)研究陸續(xù)揭示了VEGFR2從高爾基體到細(xì)胞膜轉(zhuǎn)運(yùn)的分子機(jī)制。其中一項(xiàng)，突觸融合蛋白6 (Syntaxin-6)是一種高爾基定位的靶膜可溶性n -乙基馬來(lái)酰亞胺附著蛋白受體(t-SNARE)蛋白。當(dāng)Syntaxin-6受到抑制，會(huì)干擾VEGFR2轉(zhuǎn)運(yùn)至細(xì)胞膜，向溶酶體降解。在另一項(xiàng)研究中，已證明kinesin家族加端分子馬達(dá)(kinesin-3 motor protein，KIF13B)可以將VEGFR2從高爾基體運(yùn)送到細(xì)胞膜表面。具體來(lái)說(shuō)，KIF13B是將VEGFR2從高爾基體轉(zhuǎn)運(yùn)到內(nèi)皮細(xì)胞表面所必需的分子馬達(dá)，在微管上直接與VEGFR2相互作用，在內(nèi)皮細(xì)胞表面介導(dǎo)血管生成[14]，但是研究[15]證實(shí)，KIF13B介導(dǎo)的VEGFR2轉(zhuǎn)運(yùn)到質(zhì)膜只在VEGF激活后才出現(xiàn)。KIF13B缺失對(duì)含VEGFR2囊泡的結(jié)構(gòu)運(yùn)輸沒(méi)有影響，這表明在沒(méi)有VEGF刺激的情況下發(fā)生的VEGFR2基礎(chǔ)運(yùn)輸與KIF13B無(wú)關(guān)。綜上兩種轉(zhuǎn)運(yùn)途徑，目前并沒(méi)有研究證明syntaxin-6和KIF13B將VEGFR2從高爾基體運(yùn)送到細(xì)胞膜表面之間的關(guān)系，但在將VEGFR2轉(zhuǎn)運(yùn)到質(zhì)膜的運(yùn)輸周期的不同時(shí)期，SNARE機(jī)制和KIF13B可能以一種相互排斥的方式發(fā)揮作用。

3.3 高爾基體與老年黃斑變性 老年黃斑變性(age-related macular degeneration，AMD)是導(dǎo)致50歲以上老年人中心視力下降，不可逆失明的最主要原因之一[16]。其中干性AMD發(fā)展到晚期會(huì)出現(xiàn)地圖樣萎縮，盤(pán)狀變性等，導(dǎo)致視力嚴(yán)重下降。而慢性炎癥是導(dǎo)致干性AMD進(jìn)展的主要病因[17]。最新研究[18]表明，在神經(jīng)退行性疾病中，隨著Aβ的沉積，Aβ誘發(fā)Ca2+涌入,激活鈣蛋白酶使得CDK5磷酸化，從高爾基體結(jié)構(gòu)蛋白GRASP65失活，進(jìn)而促進(jìn)高爾基體解體，這一過(guò)程損害了許多基本蛋白的分類(lèi)、運(yùn)輸、修飾和分泌通路的完整性，從而激活炎癥反應(yīng)。

炎性小體是控制炎癥反應(yīng)和天然免疫防御的多蛋白信號(hào)平臺(tái)，是一種存在于受刺激的免疫細(xì)胞胞漿中的高分子量復(fù)合物[19]。這種復(fù)合物是由模式識(shí)別受體組裝而成，在檢測(cè)到宿主細(xì)胞胞漿中的致病微生物和危險(xiǎn)信號(hào)后，它們激活炎性效應(yīng)凋亡蛋白酶(caspases)產(chǎn)生細(xì)胞因子，啟動(dòng)下游反應(yīng)，誘發(fā)細(xì)胞凋亡[20]。NOD樣受體3(NOD like receptor pyrin domain-3 ，NLRP3)炎癥小體的不同之處在于它可以由多種不同的刺激觸發(fā)[21]，但考慮到這些刺激因素的化學(xué)和結(jié)構(gòu)多樣性，以及缺乏NLRP3直接與任何這些分子相互作用的證據(jù)，NLRP3被激活的機(jī)制仍然未知。而在最近發(fā)表在《自然》雜志上的一項(xiàng)研究[22]表明，跨高爾基體網(wǎng)絡(luò)(trans-golgi network， TGN)的分散是不同激動(dòng)劑作用下激活NLRP3早期所需要的常見(jiàn)應(yīng)激事件。NLRP3刺激下游的新的共同細(xì)胞信號(hào):TGN解體成各種分散的結(jié)構(gòu)，形成dTGN，NLRP3通過(guò)其保守的多堿性區(qū)域與dTGN上帶負(fù)電荷的磷脂酰肌醇-4-磷酸(PtdIns4P)之間的離子鍵作用被募集到分散的TGN (dTGN)中。然后dTGN作為NLRP3聚合成多個(gè)小點(diǎn)的支架，誘導(dǎo)適配器蛋白ASC聚合，從而激活下游信號(hào)級(jí)聯(lián)。dTGN上的NLRP3和PtdIns4P相互作用的中斷阻斷了NLRP3的聚集和下游信號(hào)。這些結(jié)果[23]表明，NLRP3向dTGN的募集是一種早期的、常見(jiàn)的細(xì)胞事件，致使NLRP3在不同刺激下聚集和激活。文獻(xiàn)證明，在干性AMD的患者視網(wǎng)膜中存在Aβ淀粉樣變性，以此筆者猜想，在干性AMD中，Aβ誘發(fā)炎癥導(dǎo)致高爾基體解體，解體的高爾基體進(jìn)一步募集炎癥小體，促發(fā)炎癥級(jí)聯(lián)反應(yīng)，加重AMD。因此，挽救有缺陷的高爾基體可能會(huì)延遲干性AMD的發(fā)展，此想法有待本課題組進(jìn)一步驗(yàn)證。

3.4 高爾基體與視紫紅質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn) 視紫紅質(zhì)是一種在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)(endoplasmic reticulum，ER)上合成和折疊的七次跨膜蛋白，是光感受器細(xì)胞的重要分子組成部分，在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)折疊的視紫紅質(zhì)被動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)至高爾基體，而從內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中轉(zhuǎn)出的視紫紅質(zhì)可能是通過(guò)COPII被膜介導(dǎo)[24]。在高爾基體內(nèi)視紫紅質(zhì)與ADP 核糖基化因子4(ADP-ribosylation factor 4，Arf4)、Rab11家族相互作用蛋白-3(family interacting protein-3，F(xiàn)IP3)、腺苷二磷酸核糖基化因子鳥(niǎo)苷酸激酶1(adenosine diphosphate ribosylation factor guanylate kinase 1，ASAP1)、Rab家族蛋白8(rab-family proteins 8，Rab8)和鳥(niǎo)嘌呤核苷酸交換因子(guanine nucleotide exchange factor，Rabin8)相互作用[3]，在高爾基體網(wǎng)絡(luò)中形成視紫紅質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)載體。其中Arf4的結(jié)合是轉(zhuǎn)運(yùn)視紫紅質(zhì)的關(guān)鍵步驟，它促進(jìn)了ASAP1、Rab11、Rabin8、Rab8等聚集到視紫紅質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)載體上，并且在ASAP1的作用下，形成Rab11-Rabin8-Rab8復(fù)合物，該復(fù)合物將視紫紅質(zhì)靶向運(yùn)輸至纖毛[25]，其中IFT20對(duì)于視紫紅質(zhì)靶向運(yùn)輸至纖毛至關(guān)重要。IFT20通過(guò)一種卷曲的蛋白Elipsa間接與Rab8結(jié)合。Elipsa位于纖毛，與IFT20和Rabaptin5結(jié)合，其中Rabaptin5可以與Rab8相互作用。因此，IFT20可能將高爾基體中的視紫紅質(zhì)轉(zhuǎn)出高爾基體，并將視紫紅質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)載體傳遞到纖毛基部并在此過(guò)程中發(fā)揮重要作用[26]。視紫紅質(zhì)在高爾基體內(nèi)的這種精細(xì)轉(zhuǎn)運(yùn)，對(duì)于維持眼部正常的視物能力至關(guān)重要。

3.5 高爾基體與干眼癥 干眼癥是由于淚液分泌不足或質(zhì)量下降導(dǎo)致的角膜干燥或結(jié)膜受損。其發(fā)病機(jī)制包括淚膜的高滲透性和眼表及淚腺的炎癥[27]。干眼癥在臨床上分為兩種亞型:一種是淚液分泌減少(水缺乏)，另一種是淚液蒸發(fā)增加(過(guò)度蒸發(fā))[28]。

DNA損傷誘導(dǎo)蛋白(DNA damage-inducible protein,GADD34)是一種應(yīng)激誘導(dǎo)的磷酸酶PP1的調(diào)節(jié)亞基，在高滲透應(yīng)激中發(fā)揮作用，促進(jìn)應(yīng)激適應(yīng)[29]。對(duì)于細(xì)胞外滲透壓變化極為敏感的角膜上皮細(xì)胞來(lái)說(shuō)，適應(yīng)高滲透壓對(duì)維持其正常功能和形態(tài)至關(guān)重要，而細(xì)胞外滲透壓的變化會(huì)導(dǎo)致干眼癥[30]。GADD34在高滲透應(yīng)激期間促進(jìn)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上合成的蛋白質(zhì)加工。GADD34/PP1磷酸酶活性可逆轉(zhuǎn)高滲透壓誘導(dǎo)的高爾基體碎裂，并對(duì)鈉偶聯(lián)中性氨基酸轉(zhuǎn)運(yùn)體2(sodium-coupled neutral amino acid transporter 2 ，SNAT2)的順式高爾基體到反式高爾基體運(yùn)輸起到重要作用，從而促進(jìn)SNAT2質(zhì)膜定位和功能[31-32]。未來(lái)的研究將確定GADD34/PP1如何在高滲透環(huán)境中調(diào)控細(xì)胞骨架動(dòng)力學(xué)，從而促進(jìn)高爾基體完整性，確保滲透適應(yīng)的成功啟動(dòng)。除了在眼病方面的研究成果外，筆者發(fā)現(xiàn)GADD34/PP1在高爾基體中的作用揭示了一種未被認(rèn)識(shí)的分子機(jī)制，該機(jī)制可以控制細(xì)胞對(duì)應(yīng)激誘導(dǎo)的高爾基體斷裂的敏感性，從而以細(xì)胞類(lèi)型特異性的方式影響疾病的發(fā)展。

4 結(jié)語(yǔ)與展望

在這篇綜述中，多種研究表明，不應(yīng)該把高爾基體簡(jiǎn)單的看作處理蛋白質(zhì)和脂質(zhì)的細(xì)胞器。相反的是完整的高爾基體參與了許多眼部疾病發(fā)病的關(guān)鍵步驟，如信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)，影響神經(jīng)因子分泌，質(zhì)膜轉(zhuǎn)運(yùn)等。從這些方面說(shuō)明高爾基體為研究眼部疾病開(kāi)辟了新的路徑。然而，高爾基體的完整性遭到破壞，將會(huì)導(dǎo)致蛋白質(zhì)的加工轉(zhuǎn)運(yùn)出現(xiàn)障礙，細(xì)胞器膜的結(jié)構(gòu)等出現(xiàn)改變，使細(xì)胞的功能下降，細(xì)胞壞死。因此，從高爾基體的結(jié)構(gòu)完整性上來(lái)防控這些損傷，可從病因上更好的獲取治療方法。但目前對(duì)于高爾基體的研究尚不成熟，還需大量的實(shí)驗(yàn)性研究來(lái)驗(yàn)證。