鄧婭青， 江海波

(中南大學(xué)湘雅醫(yī)院眼科中心，湖南省長(zhǎng)沙市 410008)

青光眼是臨床常見的不可逆性致盲性眼病，是導(dǎo)致雙眼失明的主要原因之一，其特征是視網(wǎng)膜神經(jīng)節(jié)細(xì)胞(retinal ganglion cells，RGCs)退行性變和視神經(jīng)損傷。原發(fā)性開角型青光眼(primary open angle glaucoma，POAG)為其主要類型，POAG的主要危險(xiǎn)因素包括高眼壓、高齡、女性以及家族遺傳史等[1-2]。根據(jù)眼內(nèi)壓，POAG可分為高眼壓型青光眼(眼壓>21 mmHg)和正常眼壓型青光眼(normal tension glaucoma，NTG)(眼壓≤21 mmHg)，NTG占POAG的比例高達(dá)1/3[3]。POAG具有遺傳異質(zhì)性，與OPTN基因突變聯(lián)系密切[4]。

1 OPTN突變與POAG

2002年，Rezaie等[5]學(xué)者首次證明OPTN突變與成年發(fā)病型POAG相關(guān)，且可見于16.7%的遺傳性NTG患者中。隨后研究者發(fā)現(xiàn)在NTG的致病因素中，OPTN突變可占1.5%[6]。OPTN基因突變類型包括同義突變和錯(cuò)義突變，發(fā)生錯(cuò)義突變時(shí)Optineurin原有的正常結(jié)構(gòu)和功能將受到影響。目前發(fā)現(xiàn)與POAG相關(guān)的錯(cuò)義突變有H26D、E50K、M98K、E103D、691_692insAG(OPTN第691和第692位堿基中間插入了AG兩個(gè)堿基)、T202R、A336G、A377T、H486R、R545Q等(表1)[3,7-9]。E50K、M98K、691_692insAG、R545Q是最先從54個(gè)POAG家族中檢測(cè)到的OPTN突變，這些家族中大部分人眼壓正常[3]，其中E50K與NTG的相關(guān)性最強(qiáng)，存在于<2%的NTG和<1%的POAG患者中[6]。E50K突變和M98K突變會(huì)導(dǎo)致RGCs自噬功能異常。E50K突變最早在高加索和西班牙人群中發(fā)現(xiàn)，患者在眼壓較低時(shí)即出現(xiàn)早發(fā)性嚴(yán)重視神經(jīng)損傷，與無E50K突變者相比，E50K突變者眼壓更低、杯盤比更大、視野損失更嚴(yán)重[10]。M98K突變與其他突變類型不同的是，它引起的青光眼具有種族特異性[11]，僅與亞洲人群青光眼相關(guān)，而與高加索人群青光眼不相關(guān)。M98K突變不會(huì)直接導(dǎo)致NTG，但它可能會(huì)增加某些人群患青光眼的風(fēng)險(xiǎn)[10]。

表1 與POAG相關(guān)的OPTN突變及Optineurin變化

2 OPTN編碼Optineurin

人類OPTN基因(OMIM-602432)位于10號(hào)染色體短臂1區(qū)3帶(10p13)，跨越大約37 kb的基因組區(qū)域，由3個(gè)非編碼外顯子和13個(gè)編碼外顯子組成[7]，其編碼的蛋白質(zhì)Optineurin由577個(gè)氨基酸組成，相對(duì)分子質(zhì)量為74 kDa[9]。OPTN突變會(huì)導(dǎo)致Optineurin功能異常，與多種蛋白的相互作用發(fā)生改變，進(jìn)而引發(fā)一系列疾病，其中POAG和肌萎縮性脊髓側(cè)索硬化癥最為常見[8]。OPTN突變導(dǎo)致的其他疾病還有阿爾茨海默病、帕金森病和佩吉特氏骨病[12]。

2.1 Optineurin的結(jié)構(gòu)

Optineurin是一種不具有任何酶活性的螺旋蛋白。它包含一個(gè)泛素結(jié)合結(jié)構(gòu)域(ubiquitin-binding domain，UBD)、一個(gè)鋅指結(jié)構(gòu)域(Zinc finger，ZF)、至少一個(gè)亮氨酸拉鏈(leucine zipper，LZ)、一個(gè)微管相關(guān)蛋白1輕鏈3結(jié)合結(jié)構(gòu)域(LC3-interaction region，LIR)、多個(gè)卷曲螺旋狀結(jié)構(gòu)域(coiled coil domains)[9]，見圖1。其N端與TBK1、RAB8、MYPT1、LC3、mGluR1等蛋白相互作用，C端與Htt、RIP1、Myosin VI、CylD等蛋白相互作用[13]。

Optineurin在人體大腦、肝臟、心臟、視網(wǎng)膜、眼球前房的小梁網(wǎng)、睫狀體的非色素纖毛上皮中都有表達(dá)，在RGCs中表達(dá)水平較高[10]。在亞細(xì)胞水平，Optineurin主要位于細(xì)胞質(zhì)、核周區(qū)域、高爾基體和跨高爾基網(wǎng)絡(luò)區(qū)域[10]。內(nèi)源性O(shè)ptineurin是一種壽命較短的蛋白質(zhì)，半衰期約為8 h，在正常的體內(nèi)平衡狀態(tài)下，內(nèi)源性O(shè)ptineurin主要通過泛素蛋白酶體系統(tǒng)降解[7]。

2.2 Optineurin的功能

Optineurin通過與多種蛋白質(zhì)如Rab8、Myosin VI、Huntigtin、TBC1D17、TFRC等相互作用，具有參與自噬、囊泡運(yùn)輸、調(diào)節(jié)細(xì)胞死亡、有絲分裂、細(xì)胞保護(hù)、抗病毒等功能[9]。自噬是細(xì)胞內(nèi)一種參與維持細(xì)胞內(nèi)環(huán)境穩(wěn)態(tài)的程序性分解代謝過程，廣泛存在于各種真核細(xì)胞中，和泛素蛋白酶體系統(tǒng)共同成為細(xì)胞內(nèi)兩種主要的蛋白質(zhì)降解途徑[14]。自噬可調(diào)節(jié)凋亡、炎癥和適應(yīng)性免疫，很多情況下在細(xì)胞中起保護(hù)作用，但自噬的過度激活對(duì)細(xì)胞有害，可能導(dǎo)致細(xì)胞死亡[15-16]。自噬功能異常與一些神經(jīng)退行性疾病的發(fā)生、發(fā)展有關(guān)，如阿爾茨海默病和青光眼[17]。

Optineurin作為一種選擇性自噬受體，在選擇和招募需要被降解的蛋白質(zhì)和細(xì)胞器中起著關(guān)鍵作用[18]。它通過UBD結(jié)構(gòu)域與泛素化的蛋白質(zhì)或細(xì)胞器結(jié)合，通過LIR結(jié)構(gòu)域招募LC3，形成自噬小體包裹需要被降解的蛋白質(zhì)或細(xì)胞器(圖2)[19]。Optineurin與LC3的相互作用是通過TBK1來調(diào)控的，TBK1是一種絲氨酸激酶，使Optineurin第177位的絲氨酸(位于LIR結(jié)構(gòu)域)磷酸化，從而增強(qiáng)Optineurin與LC3的相互作用[4]。

圖1 Optineurin結(jié)構(gòu)以及其與POAG相關(guān)的突變類型示意圖

圖2 Optineurin參與自噬過程示意圖

3 RGCs自噬與POAG

RGCs是位于視網(wǎng)膜最終段的神經(jīng)細(xì)胞，其軸突為視神經(jīng)纖維，分布于視網(wǎng)膜表面，匯聚于視乳頭，穿出篩板后形成視神經(jīng)。RGCs的進(jìn)行性死亡是POAG最重要的病理學(xué)表現(xiàn)，但其具體死亡機(jī)制目前仍不明確[20]。POAG中RGCs進(jìn)行性死亡的可能機(jī)制是凋亡，但近年來研究發(fā)現(xiàn)自噬也參與這個(gè)過程[21]。研究發(fā)現(xiàn)，自噬可介導(dǎo)慢性高眼壓引起的RGCs死亡，從而參與POAG的發(fā)病機(jī)制[22-23]。RGCs自噬可由缺血、缺氧、興奮性氨基酸增多等應(yīng)激狀態(tài)激活，正常情況下對(duì)RGCs起保護(hù)作用，但當(dāng)應(yīng)激達(dá)到一定閾值時(shí)凋亡被激活，RGCs發(fā)生死亡[24]。除RGCs自噬之外，小梁網(wǎng)細(xì)胞自噬、神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞自噬等也參與POAG的發(fā)病機(jī)制[25]。

4 不同OPTN突變類型致RGCs自噬異常

4.1 E50K突變

2014年Chalasani等[26]發(fā)現(xiàn)，表達(dá)E50K突變蛋白的RGC-5中自噬小體數(shù)量增多而自噬溶酶體數(shù)量減少，認(rèn)為E50K突變蛋白可能使RGC-5自噬過程受阻而發(fā)生死亡，且自噬受阻可能發(fā)生在自噬小體形成之后。用雷帕霉素(自噬誘導(dǎo)劑)處理RGC-5可顯著抑制E50K突變蛋白誘導(dǎo)的RGC-5死亡。E50K突變致RGCs自噬功能受阻與其和TBK1、Rab8、TFRC等在自噬過程中起重要作用的蛋白相互作用異常有關(guān)[8]。Ying等[27]得出E50K突變蛋白可以誘導(dǎo)大鼠RGCs自噬增強(qiáng)。同時(shí)VanderWall等[28]用胚胎干細(xì)胞系模型證明E50K突變的RGCs自噬過程受阻。

4.2 M98K突變

M98K突變致青光眼的主要機(jī)制為增強(qiáng)細(xì)胞內(nèi)自噬，導(dǎo)致TFRC降解過多以及RGCs凋亡過度[11]。Sirohi等[11]在RGC-5中表達(dá)M98K突變蛋白，發(fā)現(xiàn)與沒有表達(dá)M98K突變蛋白的RGC-5相比，前者誘導(dǎo)更多的自噬小體形成，這與M98K突變蛋白S177(第177位絲氨酸)磷酸化增強(qiáng)有關(guān)，S177磷酸化增強(qiáng)可使M98K突變蛋白與LC3相互作用增強(qiáng)，促進(jìn)自噬小體的形成。M98K突變蛋白S177磷酸化增強(qiáng)是由TBK1調(diào)節(jié)的，M98K突變蛋白表達(dá)后激活TBK1，兩者相互作用。在RGC-5中過表達(dá)M98K突變會(huì)導(dǎo)致自噬體和自溶酶體數(shù)量增加，自噬增強(qiáng)，使用自噬抑制劑阻斷TFRC降解、過表達(dá)TFRC或者在細(xì)胞培基中加入鐵離子，都可減少M(fèi)98K突變誘導(dǎo)的細(xì)胞死亡[13]。M98K突變蛋白誘導(dǎo)的自噬增強(qiáng)也可能依賴于Rab12 GTP酶[12]。M98K突變蛋白過度激活自噬也可能與其和泛素、Rab12間的相互作用出現(xiàn)異常有關(guān)[13]。

5 總結(jié)與展望

自噬作為一種潛在的治療靶點(diǎn)，已經(jīng)在很多領(lǐng)域引起關(guān)注，尤其在神經(jīng)退行性疾病相關(guān)領(lǐng)域[29]。E50K和M98K突變致RGCs自噬功能異常引起RGCs死亡在POAG的發(fā)病機(jī)制中起重要作用，因此調(diào)節(jié)自噬功能相關(guān)藥物可能具有預(yù)防和治療POAG相關(guān)RGCs死亡的潛力[8]。TBK1蛋白激酶抑制劑、TBC1D17、雷帕霉素等已被證明具有調(diào)節(jié)自噬的功能，可能會(huì)減少自噬功能異常導(dǎo)致的RGCs死亡[8]，它們能否成為一種新型的抗青光眼藥物，尤其在治療正常眼壓型青光眼方面的價(jià)值，還值得進(jìn)一步研究。