核转录因子NF-κB与青光眼关系的研究进展
【摘要】 核转录因子NF-κB是一种多功能转录因子家族，它广泛存在于人体组织和细胞中，参与到机体炎症反应、免疫反应、氧化反应、细胞凋亡等细胞的生理、病理过程中。本文从小梁网、视网膜神经节细胞和视乳头损害3方面着手，对近年来核转录因子NF-κB与青光眼关系的研究进展作一综述。
【关键词】 核转录因子NF-κB 青光眼
0引言
青光眼是一组以病理性高眼压，视神经萎缩，视盘凹陷扩大及进行性视野缺损为特征性的眼部疾患。作为人类不可逆致盲疾病的第2位原因，人类对其各方面的研究从未停止。核转录因子NF-κB近年来已引起国内外学者的关注，现对其在青光眼方面的研究进展作一综述。
1 NF-κB的结构和功能
核转录因子NF-κB在1986年由Sen 和Baltimore提出。他们将B淋巴细胞核提取物中一种能与免疫蛋白κ轻链基因增强子的κB序列（5'－GGGACTTTCC－3'）特异结合的蛋白因子命名为核转录因子NF-κB。后来，NF-κB被发现几乎存在于所有的组织和细胞中，成为一种多功能转录因子家族，参与到机体炎症反应、免疫反应、氧化反应、细胞凋亡等细胞的生理、病理过程中[1]。NF-κB主要由NF-κB/Rel蛋白家族成员组成，包括NF-κB-1(P50及其前体分子P105)，NF-κB-2(P52及其前体分子P100)，P65（relA）, relB , C-rel等。另在果蝇细胞中发现两个新成员：Dorsal, Dif[2.3]。Rel家族的许多成员都可与其他Rel蛋白聚合成同源或者异源二聚体，以形成具有序列特异性的DNA诱导活化因子，如RelB/P50, RelB/P52,P65/P50,P65/P65和P65/C-Rel等。所有NF-κB/ Rel蛋白的氨基末端均有一段由大约300个氨基酸组成的Rel同源结构域（RHD），包括二聚体化结构域、IκB结合位点、核定位信号（NLS）和DNA结合部位等。通常情况下，大多数细胞中的NF-κB与其抑制因子IκB蛋白家族成员（包括IκBα,IκBβ,IκBγ,IκBε和BCL-3等，其中IκBα是最重要的NF-κB活性调控成员）相结合，或与其前体P100或者P105相结合而滞留于胞质中，不具有转录活性[4]。IκBα通过其锚蛋白重复序列与RHD相结合而掩盖了NF-κB的核定位信号(NLS)，阻止NF-κB转位进入细胞核内调控基因的转录与表达。当细胞受到各种因素的刺激，包括各种应激性刺激、细菌粘多糖、病毒、氧自由基和多种细胞因子等时，IκB氨基末端的丝氨酸残基被IκB蛋白激酶（Iκκ）磷酸化，磷酸化的IκB被泛素化，进一步被蛋白酶降解,使NF-κB从NF-κB-IκBS复合物中解离，暴露出NLS并转位于细胞核，与NF-κB反应基因上启动子区域的NF-κB结合位点相结合，从而启动这些基因的转录，实现其对基因转录与表达的调控[5]。
2 NF-κB在青光眼发病机制中的作用
2.1 NF-κB与青光眼小梁网损害的关系
2.1.1氧化损伤 眼内压主要由房水分泌和房水排出共同决定。而小梁网是房水排出的主要途径和调节眼压的主要组织。小梁细胞属于内皮细胞，其形态和功能及其与细胞外基质的连接控制着房水排出的阻力。有研究[6]发谢和消除过氧化物和其他氧自由基的许多酶类将会随着自身降解而引起眼部组织的老化，使其产生不可逆的毒性反应，如白内障形成、角膜内皮细胞的丧失、小梁网细胞粘多糖分泌形式的改变而导致青光眼的发生。另有研究[7]认为氧化损伤将扰乱小梁细胞的功能状态，引起眼内压的升高。研究中发现短暂的低浓度的氧化剂作用将不影响小梁网内皮细胞的生存，但其与纤维连接素、层粘连素、Ⅰ型及Ⅳ型胶原等细胞外基质的主要成分的连接粘附能力显著减弱。而长期反复的高浓度的氧化损伤可能导致小梁网细胞数量、相互连接及其完整性遭到破坏。但无论氧化剂的浓度大小，小梁网内皮细胞核中NF-κB的结合活性都增强。其抑制亚单位IκBα蛋白被磷酸化降解，引起NF-κB激活，从细胞浆转位入细胞核，其相关基因便被转录和表达。
2.1.2 MYOC/TIGR基因 MYOC/TIGR基因目前已被证实是青年性开角型青光眼（JOAG）和原发性开角型青光眼（POAG）的致病基因[8]。其表达的TIGR蛋白引起细胞外基质组成的改变，从而可使房水由小梁网流出受阻[9]，同时通过改变细胞骨架的形状，导致小梁网细胞形态发生变化，使房水流出通道受阻[10]。国外学者[9]通过培养人小梁细胞，用500nmol/L地塞米松作用10d以建立TIGR的cDNA文库和估计其mRNA诱导情况后发现TIGR启动子包含NF-κB等多种与氧化损伤、DNA损伤、剪切力等有关的序列结合位点。Kirstein 等[11]的研究也发现控制小梁细胞MYOC/TIGR基因转录的关键因素——USF（上游因子）的5'端包含NF-κB序列的结合位点。这就意味着NF-κB激活进入核内可与MYOC/TIGR相关位点结合，上调其表达，促使JOAG 和POAG的发生。
2.1.3内皮白细胞粘附分子－1（ELAM-1） ELAM－1是E选择素(E—selectin)家族成员，能在特定的细胞因子或促炎症因子作用下迅速合成，而在非活化的内皮细胞中不表达，因此被认为是内皮细胞活化的标志。多项对血管性疾病的研究认为ELAM-1与内皮细胞相结合,其上调可能引起细胞形态的改变，影响细胞之间的连接。有学者[12]研究ELAM-1对猪眼小梁细胞形态及细胞骨架的作用中发现ELAM-1会影响小梁细胞肌动蛋白微丝细胞骨架，改变其形态及细胞粘附性，同时还会增加细胞的丢失量，破坏内皮细胞层的完整性，影响小梁网的结构和功能，促使房水外流的阻力增加。ELAM-1在小梁细胞中的具体调控机制已有报道。Wang等[13]的研究发现各型青光眼的小梁网细胞中始终存在着ELAM-1的附着，其ELAM-1的表达受控于NF-κB参与的IL-1自分泌反馈环。IL-1-NF-κB自分泌反馈环可在组织修复、疾病、及细胞老化中被激活。ELAM-1基因的转录启动子中包含NF-κB反应元件。内生性的IL-1通过激活NF-κB来调控青光眼小梁细胞ELAM-1的表达。而NF-κB也介导炎症细胞因子IL-1α、IL-1β和IL-6的表达。最初的氧化损伤等刺激可使小梁网细胞ELAM-1,IL-1/IL-6基因自身少量表达，激活NF-κB，激活的NF-κB又将反过来增加IL-1/IL-6 和ELAM-1基因的表达，由此形成IL－1/NF-κB/ELAM-1自分泌反馈环。因此，这一信号通路成为了眼部房水流出通道受损的代偿性反应，并为青光眼早期诊断提供了第一位的检测信号。Wang等[14]进一步研究，他们取正常和有青光眼病史的人眼标本,观察由超声波作用前后其小梁细胞内IL-1,NF-κB和ELAM-1的变化时发现，正常人眼的小梁细胞中未检测到IL-1、 ELAM-1，但经过超声波作用后，其小梁细胞中出现了IL-1和ELAM-1，且NF-κB由胞质进入胞核。而青光眼标本小梁细胞在未进行任何处理的情况下就可检测到IL－1、ELAM－1和激活的NF-κB。经过超声波作用后，细胞中IL－1和ELAM－1的量有所增加，由此推测超声波可能有激活小梁细胞信号通路的作用。学者们认为IL－1/NF-κB /ELAM－1的表达可能是青光眼自我代偿机制之一。当房水外流通路组织受到外界刺激如氧化应激时，小梁细胞可表达ELAM-1以代偿应激反应，通过控制肌动蛋白微丝骨架，影响细胞与细胞及细胞与细胞外基质的粘附性，引起细胞舒张和细胞分离，改变细胞形态，提高房水外流通畅性并降低眼压。ELAM-1引起细胞粘附性降低的同时增加细胞丢失量，破坏了内皮细胞层完整性，影响小梁网结构和功能。青光眼通过NF-κB介导以持续高表达ELAM-1可能会加重青光眼的。
2.1.4 CD44 NF-κB在青光眼患者的小梁细胞中有上调趋势，且以多个基因为靶基因，其中包括许多重构和稳定细胞外基质的基因，以CD44尤为明显。粘附分子CD44是细胞膜表面上的一种糖蛋白，在内皮细胞等多种细胞表面均有表达，其配体主要为透明质酸，后者是细胞外基质的一种成分。多项实验发现CD44分子异常表达或不同形态可影响小梁细胞的功能。可溶性CD44（sCD44）可能使小梁细胞变圆、分离、细胞集簇性，并对抗小梁细胞的生长导致其生存能力降低、细胞丢失[15]。Miller等[16]用1，10，40mmol/L的乳酸盐处理人眼小梁细胞，Western Blot显示处理组与对照组的胞质中都有P50持续存在，而核裂解物中对照组缺乏P50，各处理组5min后出现P50免疫阳性。6h后与对照组比较，40mmol/L处理组的胞质及各处理组胞核内P65 增高。各处理组培养悬浮物中可溶性CD44（sCD44）浓度不同程度升高，小梁细胞生存力降低。两者提示乳酸盐能使NF-κB在人眼小梁细胞核内易位，并推测POAG患者房水中sCD44含量增高也可能是通过NF-κB干预的。但NF-κB是如何具体调控CD44的，还有无其他信号转导机制参与其中尚不清楚。
2.2 NF-κB与青光眼视网膜损害的关系 青光眼早期，视网膜神经纤维层便可出现局限性萎缩。青光眼导致视功能损害的病理基础主要是视网膜神经节细胞的凋亡和神经纤维的丧失。多项研究表明，细胞抗凋亡作用的启动信号仍然是各种生存因子通过受体激酶的介导，激发以NF-κB为中心的正向级联放大的信号转导通路,促使NF-κB调控的抗凋亡基因包括IAP、 bcl-2家族成员等的激活及JNκ、Bax 、Caspase-9等凋亡相关基因的下调。Choi等[17]为了探索NF-κB在视网膜神经节细胞死亡过程中的作用，他们将成年小鼠视神经从距眼球5 mm处截断，分别用光学和显微镜观察视网膜神经节细胞形态改变，并用免疫组化法测定NF-κB活化情况。结果发现活化的NF-κB（p50和p65）随时间推移而显著增加，视网膜神经节细胞也相应出现核固缩等凋亡表现，因此推断出NF-κB与视网膜神经节细胞凋亡可能有密切关系，但NF-κB对神经节细胞的凋亡是起介导作用还是代偿作用仍不清楚。他们在继续研究中用溴化乙锭和NF-κB抗体对小鼠视网膜神经节细胞行双着色实验，以确立NF-κB的活化与视网膜神经节细胞死亡的相关性[18]。结果显示NF-κB只出现在存活的神经节细胞中，且在视神经截断3d后其活化转移入细胞核中。同时他们应用NF-κB抑制剂柳氮磺胺吡啶阻断NF-κB的活化以观察神经节细胞数量的相应变化，发现应用后存活的神经节细胞数量明显减少。国内也有学者[19-22]通过免疫组化技术对大鼠视网膜缺血再灌注损伤中NF-κB的表达及bFGF（碱性成纤维细胞因子）对NF-κB表达的影响进行研究，发现大鼠视网膜缺血再灌注后的损伤可导致神经元的凋亡，凋亡细胞随时间变化的和NF-κB表达随时间变化的规律相同，且bFGF应用后NF-κB的活化明显增加。Fuchs等[23]在有氧和缺血的环境中分别培养纯净的和混杂有其他视网膜细胞的视网膜神经节细胞以观察TNF-α对其生长的影响，发现混合培养基中神经节细胞对TNF-α不敏感，它们生长良好。而纯净的神经节细胞在TNF-α的作用下出现凋亡。究其原因发现混合培养基中其他视网膜细胞能够释放某些分子以促进神经节细胞中NF-κB的激活，因而阻止了TNF-α诱导的视网膜神经节细胞的凋亡。取出生后10d的SD大鼠眼球分别行视网膜神经节细胞和神经胶质细胞的原代培养，以观察TNF-α对二者的作用及其分子机制。同Fuchs的实验结果相符，神经节细胞在TNF-α诱导下发生凋亡，而神经胶质细胞存活。通过作cDNA序列分析、RT-PCR和免疫组化分析，他们发现神经节细胞和神经胶质细胞内均有NF-κB激活的迹象，但神经节细胞中没有足量的 NF-κB P65的磷酸化，因而由其介导的核转录活动处于静止状态，NF-κB为中心的信号转导通路在神经节细胞中未被激活，TNF-α诱导神经节细胞出现凋亡。Ando等[25]在血清丰富的RPNV640培养基中培养出PC12细胞（神经元分化细胞株），然后去除血清诱发PC12细胞凋亡，通过分别往其中加入不同剂量Nipradilol(尼普地洛)进行观察。此药能在去除血清2h后使NF-κB激活，细胞生存能力明显增强，12h后下调与凋亡相关的Bax基因表达，24h后下调Caspase-9和Smac/DIABLO基因表达，从而能抗细胞凋亡，对细胞有保护作用。可见激活的NF-κB可能具有保护视网膜神经节细胞的功能，它在抗神经节细胞凋亡方面可能起到了积极的作用。
2.3 NF-κB与青光眼视乳头损害的关系 青光眼患者的视乳头病变最早发生于视乳头筛板区，随之细胞外间质、结缔组织及星状胶质细胞病变明显，视神经节轴突周围局部细胞病理反应可能对其神经病变起重要作用[26]。随着对一氧化氮（NO）生理及病理作用机制的研究发现，过量的NO具有细胞毒性作用，能导致神经细胞变性[27]。诱导型一氧化氮又称二型一氧化氮（NOS-2），在生理状态下不表达，但被多种因素如细胞因子或内毒素等诱导后可导致大量NO产生，对邻近细胞产生毒性作用。Neufeld等[28]通过实验对NOS-2进行研究，发现其大量存在于青光眼患者的视乳头中，且NOS-2抑制类药可显著抑制青光眼患者神经节细胞死亡 [29]。后来他们[30]用免疫组化双荧光标记法对15只中、重度开角型青光眼患者视乳头标本的NOS-2进行标记，发现NOS-2主要位于视乳头的星状胶质细胞内且NOS-2阳性的星状胶质细胞多位于神经组织结构紊乱区，特别是神经纤维损害区，提示青光眼视乳头病变中，表达NOS-2的星状胶质细胞可能对神经节细胞的轴突损害起重要作用。但视乳头内星状胶质细胞表达NOS-2的调控机制并未被证实。他们继续研究发现在细胞激酶（干扰素γ/IL-1β）或高静水压刺激下，人类视神经星状胶质细胞能在体外产生NOS-2[31]。为了弄清是否有不同的信号转导机制参与到视神经星状胶质细胞的这种反应，他们分别用NF-κB抑制剂SN50和CAGE，P38丝裂原活化蛋白激酶抑制剂SB202190和SB203580来阻断相应的信号转导通路。分析数据后他们发现无论是细胞激酶还是高静水压的刺激，只要应用了NF-κB抑制剂，视神经细胞均不能产生NOS-2，而P38丝裂原活化蛋白激酶抑制剂只能阻断细胞激酶诱导的NOS-2合成。由此可推测，青光眼病变过程中的高眼压可能导致视乳头星状胶质细胞NOS-2的表达，视神经星状细胞可能通过NF-κB的激活控制NOS-2基因的转录而促进NOS-2的合成。至于NF-κB具体调控NOS-2合成的机制有待进一步研究。
由以上的研究资料可以看出，核转录因子NF-κB在青光眼发生过程中起着重要作用。但无论是对小梁网等前部眼组织还是视网膜等眼后部组织，它所扮演的角色及其具体作用机制并未完全清楚。相信随着分子生物学和其他相关学科的发展，NF-κB与青光眼的关系将进一步明确，必将为青光眼的诊断和提供新的途径。
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