青光眼與谷氨酸、細胞凋亡的研究

關(guān)鍵詞：青光眼 

　【摘要】  人們對眼壓升高致視神經(jīng)損害提出了機械學說和血流學說，但隨著對青光眼神經(jīng)損害機制研究的深入，發(fā)現(xiàn)興奮性神經(jīng)遞質(zhì)谷氨酸在視網(wǎng)膜神經(jīng)節(jié)細胞損傷中起著重要作用，且神經(jīng)節(jié)細胞是以凋亡的方式死亡的。本文就谷氨酸致視網(wǎng)膜神經(jīng)節(jié)細胞凋亡以及其可能的防治方法等方面進行綜述。

　　【關(guān)鍵詞】  視網(wǎng)膜神經(jīng)節(jié)細胞；谷氨酸；凋亡

　    青光眼是嚴重損害視力的常見眼病，其發(fā)病率占全民的1%，所以一直是眼科工作的重點和難點，但目前對該病的病因和發(fā)生發(fā)展機制上不十分清楚，長期以來人們對青光眼關(guān)注的唯一目標是眼壓，并就眼壓升高對視神經(jīng)的損害提出兩個學說：機械學說和血流學說。這些學說認為高眼壓對眼球內(nèi)部組織，特別是對神經(jīng)的壓迫，超過了它的承受限度，直接影響視神經(jīng)的功能；另外又壓迫從篩板通過的神經(jīng)纖維，使節(jié)細胞軸漿流動受阻，神經(jīng)營養(yǎng)因子不能流向胞體，導致細胞正常代謝障礙而死亡。血流學說認為青光眼視神經(jīng)損害的部分原因是由于視乳頭的血流異常所致［1］，近年來采用彩色多普勒、激光多普勒測速儀檢查發(fā)現(xiàn)青光眼視網(wǎng)膜及眼動脈的血流存在異常，以慢性單純性青光眼為多［2］。
　　1  谷氨酸在青光眼發(fā)生發(fā)展中的作用
　　隨著對青光眼神經(jīng)損害的研究深入，發(fā)現(xiàn)視神經(jīng)損害是以視網(wǎng)膜神經(jīng)節(jié)細胞(RGC)凋亡的形勢發(fā)生的［3～4］，而導致青光眼神經(jīng)損害，即視網(wǎng)膜神經(jīng)節(jié)細胞凋亡的主要因素是谷氨酸。近年來針對視網(wǎng)膜缺血缺氧后興奮性氨基酸(EAA)釋放過多，EAA受體敏感性增高，人們提出“興奮毒性”這一概念。谷氨酸是中樞性神經(jīng)遞質(zhì)，同時也是視網(wǎng)膜主要的神經(jīng)遞質(zhì)［5］，它主要存在于神經(jīng)末梢谷氨酸囊泡內(nèi)，釋放后作用于其受體，很快被酶降解和神經(jīng)元膠質(zhì)細胞重攝取而清除。谷氨酸是視網(wǎng)膜的主要興奮性遞質(zhì)，它在神經(jīng)元內(nèi)以較高濃度存在，在局部（突觸內(nèi)）短暫釋放，正常情況下不引起毒性。但在眼壓升高時，視網(wǎng)膜缺血缺氧，引起谷氨酸大量釋放，對視網(wǎng)膜神經(jīng)節(jié)細胞產(chǎn)生毒性作用。由于下面3種原因引起細胞外谷氨酸濃度升高：（1）升高的壓力作用于細胞體造成受損細胞細胞膜的通透性增加，細胞外谷氨酸增加；（2）Müller細胞具有清除谷氨酸的功能，在高眼壓缺血缺氧時損害了Müller細胞的功能，清除減少；（3）死亡細胞崩解溢出大量的谷氨酸［6］。谷氨酸對視網(wǎng)膜的損傷機制：細胞間隙大量谷氨酸過度刺激突觸后神經(jīng)元細胞膜上對應(yīng)的受體，受體門控離子通道開放，使Ca2+、Na+、Cl-、水進入細胞內(nèi)，水鈉潴留，導致神經(jīng)元細胞水腫壞死，細胞外高K+、低Na+進一步加重神經(jīng)元損傷；同時細胞內(nèi)Ca2+重新分布；谷氨酸刺激細胞表面受體，尤其是NMDA受體后，引起大量Ca2+內(nèi)流，大量Ca2+激活了鈣敏感酶，如核酸內(nèi)切酶、蛋白激酶C、一氧化氮合成酶（NOS）等。NOS催化L-精氨酸合成一氧化氮（NO）,NO可直接對鄰近細胞產(chǎn)生毒性，同時合成毒性復合物ONOO-及其他氧自由基，導致神經(jīng)節(jié)細胞死亡；酸中毒也加重損傷。Lucas等［7］給小鼠皮下注射谷氨酸發(fā)現(xiàn)引起視網(wǎng)膜神經(jīng)節(jié)細胞和內(nèi)核細胞神經(jīng)元的損傷和死亡，Vorwerk等［8］在鼠玻璃體腔內(nèi)每隔5天注射2.5mmol/L的谷氨酸1μl，連續(xù)3個月，RGC數(shù)為56000±9600，而對照組RGC數(shù)為96500±8500,Dryer等［6，9］報道青光眼患者玻璃體中谷氨酸的濃度是白內(nèi)障患者玻璃體中谷氨酸濃度的2倍；實驗性猴青光眼玻璃體中谷氨酸濃度為（59.7±1.3）μmol/L，視網(wǎng)膜表面是（80.3±7.8）μmol/L，而正常猴玻璃體和視網(wǎng)膜表面的谷氨酸濃度分別為（12.3±1.5）μmol/L和（12.3±2.3）μmol/L。但值得一提的是也有文獻報道NMDA受體激活不是通過電壓門控依賴鈣通道引起鈣內(nèi)流；鈣離子通道阻滯劑尼群地平不能減少谷氨酸介導的鈣離子升高；且鈣離子進入細胞內(nèi)的機制不同，對神經(jīng)元的毒性也不同：Ca2+通過谷氨酸受體進入細胞可導致細胞的死亡［10］，而K+［11］或氰化物［12］也可使Ca2+濃度增加，卻對神經(jīng)元無毒性。因此導致神經(jīng)元死亡的鈣離子升高的機制和來源還不完全清楚。
　　2  谷氨酸受體拮抗劑及其作用
　　針對谷氨酸對視神經(jīng)細胞損傷機制，可采取各種相應(yīng)的保護措施：（1）針對視網(wǎng)膜的缺血缺氧造成的能量耗竭和營養(yǎng)不足，給予擴血管藥及能量補充，如氟吡汀，能提高視網(wǎng)膜ATP水平；（2）也可通過突觸后抑制的途徑，減少谷氨酸的釋放；（3）應(yīng)用鈣通道阻滯劑，如維拉帕米、硝苯地平等，阻滯Ca2+內(nèi)流造成的細胞內(nèi)Ca2+的蓄積，減少NO及各種氧自由基的產(chǎn)生，同時通過Na+-Ca2+交換機制，減少Na+內(nèi)流，從而減少水Na+潴留；（4）谷氨酸受體拮抗劑的使用。一般谷氨酸受體分5種，即N-甲基-D-天門冬氨酸鹽（NMDA）受體，α-氨基-3-羥基-5-甲基-4-異惡唑丙酸（AMPA）受體，海仁藻（KA）受體，α-氨基-4-磷定酸（L-AP4）受體及親代謝性受體，后4種又稱為非NMDA受體。目前一些研究證實NMDA受體在神經(jīng)節(jié)細胞毒性中起主要作用［13～15］。抑制谷氨酸和受體結(jié)合可保護視神經(jīng)，其作用原理是抑制谷氨酸對受體的刺激，尤其是對NMDA受體的刺激，不使門控離子通道大量開放，Ca2+不能大量內(nèi)流而激活其他的酶，不產(chǎn)生大量NO，抑制DNA的降解等損傷機制，保護細胞。NMDA受體抑制劑有MK-801、右美沙芬、美金剛等。MK-801是非競爭性NMDA受體拮抗劑，是劑量依賴性，但其有神經(jīng)毒性，可引發(fā)運動障礙，空間學習能力下降，臨床醫(yī)用受到限制［16］。美金剛也是一種非競爭性受體拮抗劑，它對谷氨酸的毒性抑制是電壓依賴性，對高濃度NMDA抑制比低濃度更強，當谷氨酸達到毒性濃度時起到阻滯作用。而該藥在臨床上用于抗帕金森病已有20年歷史，相對副作用小，有希望成為治療青光眼的理想藥物［6］。
　　3  視網(wǎng)膜神經(jīng)節(jié)細胞的損害與凋亡
　　大量研究發(fā)現(xiàn)視網(wǎng)膜神經(jīng)節(jié)細胞死亡是以凋亡形勢發(fā)生的。凋亡是指有核細胞在一定條件下，通過啟動其自身內(nèi)部機制（主要是通過內(nèi)源性DNA內(nèi)切酶的激活）而發(fā)生的一種自然死亡的過程。它不同于壞死，是在生理狀態(tài)下，發(fā)生在單個細胞的死亡，死亡時無溶酶體釋出，無滲出性炎癥，無瘢痕形成，形成細胞凋亡體。DNA斷裂發(fā)生在核體間。原位缺口翻譯技術(shù)（ISNT），脫氧核糖核苷酸末端轉(zhuǎn)移酶介導的缺口末端標記技術(shù)（TUNEL）及瓊脂凝膠電泳產(chǎn)生的梯形現(xiàn)象都是特征性DNA片斷的具體應(yīng)用［17］。
　　Kerrigan等［4］研究原發(fā)性開角型青光眼18眼，有10眼TUNEL陽性，而對照組21眼僅有1眼陽性，高出對照組15.2倍。細胞凋亡是基因表達的結(jié)果，與凋亡有關(guān)的基因有bcl-2家族，bcl-2,bcl-x為抗凋亡因子［18，19］，bax是凋亡因子［20］；ICE家族、ICE及17kb是凋亡因子［21，22］；轉(zhuǎn)錄因子brn-3b、c-jun以及營養(yǎng)因子等均參與凋亡的調(diào)控［23］。細胞凋亡是以Caspase激活起始的，Caspase是一族蛋白酶系統(tǒng)，各種凋亡刺激使線粒體功能及通透性發(fā)生改變，導致細胞色素C釋放，細胞色素C與人細胞凋亡蛋白激活因子-1（APAFL）結(jié)合，在dATP參與下結(jié)合Caspase 9前體，激活Caspase 9，活化的Caspase 9激發(fā)Caspase級聯(lián)反應(yīng)，活化的Caspase可以激活核酸內(nèi)切酶，后者使DNA以180bp為單位酶解；同時活化的Caspase也可對核膜薄層蛋白酶解，從而使細胞凋亡。在凋亡過程中，凋亡基因的調(diào)控發(fā)揮著重要作用。例如有實驗證明促進bcl-2表達可提高細胞凋亡的閾值，增加細胞抵抗各種凋亡刺激的能力。Bonfanti［24］等研究發(fā)現(xiàn)新生bcl-2轉(zhuǎn)基因鼠自然死亡的視網(wǎng)膜神經(jīng)節(jié)細胞數(shù)明顯少于野生鼠，轉(zhuǎn)基因鼠視網(wǎng)膜神經(jīng)節(jié)細胞90%能存活至成年，而野生鼠僅40%存活至成年；在視神經(jīng)切斷術(shù)24h后野生鼠視網(wǎng)膜神經(jīng)節(jié)細胞50%發(fā)生變性，而轉(zhuǎn)基因鼠節(jié)細胞全部存活。bcl-2和bax在細胞內(nèi)正常情況下處于平衡狀態(tài)，當細胞受到死亡刺激時，bcl-2減少或bax增加，使細胞凋亡。由此可見，轉(zhuǎn)基因治療在青光眼的神經(jīng)保護方面是很有希望的。但是在青光眼視網(wǎng)膜神經(jīng)節(jié)細胞凋亡過程中，其信號傳導、線粒體的變化和Caspase的級聯(lián)反應(yīng)機制還不十分清楚。
　　近年來許多研究表明谷氨酸興奮毒性是觸發(fā)缺血缺氧視網(wǎng)膜神經(jīng)節(jié)細胞凋亡級聯(lián)反應(yīng)最主要的因素［25，26］，通過視網(wǎng)膜神經(jīng)節(jié)細胞凋亡來理解青光眼發(fā)病及損害，可綜合為以下途徑（見圖1）：（1）神經(jīng)營養(yǎng)素及受體的缺失；（2）通過谷氨酸及其受體-Ca2+-NO和氧自由基途徑圖1  視網(wǎng)膜神經(jīng)節(jié)細胞凋亡過程
　　4  總結(jié)
　　視網(wǎng)膜神經(jīng)節(jié)細胞的凋亡與基因表達的關(guān)系尚未起步，現(xiàn)認為谷氨酸釋放、Ca2+內(nèi)流可能使神經(jīng)營養(yǎng)素改變，而神經(jīng)營養(yǎng)素、NO、氧自由基可能調(diào)控谷氨酸的釋放，而谷氨酸、Ca2+、NO、自由基又可作為凋亡的刺激因素，通過一系列信息傳遞激活凋亡基因，觸發(fā)凋亡，構(gòu)成惡性循環(huán)。谷氨酸及其受體抑制劑的研究有可能打破此循環(huán)，有效的保護視網(wǎng)膜神經(jīng)節(jié)細胞。從青光眼神經(jīng)細胞凋亡的機制入手，阻斷其使動因素以及調(diào)控基因的控制研究，將在今后青光眼研究的深入發(fā)展中起到很大的促進作用，為青光眼的治療展現(xiàn)一個廣闊的前景。

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